Video digital

1. Video digital

2. Video digital • Sistema de almacenamiento, procesado o transmisión de datos en forma digital, en lugar de analógica • Los primeros sistemas de almacenamiento eran analógicos • Las primeras aplicaciones con video digital eran para corregir bases de tiempo y efectos digitales • Se digitalizaba el video para su procesado y finalmente se regresaba a analógico • Finales de los 70’s: Bosch, Ampex y RCA desarrollaron las grabadoras digitales de video, pero no fueron comercializadas

3. Video digital • 1986: Sony D-1, almacenados en cinta, digitalmente, en medio analógico de banda alta • Caro, sólo usado por las cadenas de televisión • Eventualmente reemplazado por un formato comprimido: Digital Betacam, aún ampliamente utilizado

4. Video digital • Llegó a los consumidores en la forma de QuickTime, por Apple • Inicialmente, de baja calidad • Requería equipo digitalizador caro • MPEG1 y MPEG2: mejores esquemas de compresión y equipo más rápido = mayor calidad • Proliferación de sistemas de video digital: almacenamiento y transmisión

5. Formatos básicos de captura • Entrelazado • Exploración de campo con líneas pares y campo con líneas impares, conformando un cuadro • 60 campos por segundo, 30 cuadros por segundo (25 en PAL) • Más barato y menor parpadeo • Progresivo • Exploración progresiva del cuadro completo en una sola exploración • 29.97 (30/1.001) campos por segundo (25 en PAL) • Más caro ya que para reducir el parpadeo emplea circuitos especializados. • La imagen es mejor

6. Video digital: edición • El video digital permite la edición-no-lineal mediante • Equipo especializado, por hardware • Computadoras, por software • Final Cut Pro (Apple) • Adobe Premiere • Sony Vegas • Inicialmente, el video digital fue utilizado para TV, pero no para películas, porque no tenía la calidad necesaria. • Si el video está comprimido, se puede editar sin pérdidas (adicionales) mientras se preserven las tramas (cuidado con el manejo de los diferentes tipos de tramas).

7. Video digital: ventajas • Permite la visualización inmediata, sin procesamiento (químico) • Las cintas pueden ser reutilizadas muchas veces (a diferencia del film) • El medio es considerablemente barato: • US$3 por una cinta MiniDV de una hora • US$1000 por minuto de film de 35mm, sin procesamiento • Existen muchos canales de distribución: TDT, HDTV, DBS (satélite), Internet, DVD, Blu Ray, etc.

8. Compresión de video digital • Existen muchos formatos de compresión disponibles, siendo los más conocidos: • MPEG1, utilizado en VCD • MPEG2, utilizado en DVD, DBS, Super-VCD • MPEG4, utilizado en Internet • H.264 (MPEG4 Parte 10, o AVC)

9. Moving Picture Experts Group • Grupo de trabajo de ISO/IEC, a cargo del desarrollo de estándares de codificación de audio y video • Primera reunión fue en Mayo de 1988, en Ottawa, Canadá • Miembros procedentes de: • Industrias • Universidades • Centros de investigación • Desarrollos: • MPEG1, MPEG2, MPEG3 (abandonado), MPEG4, MPEG7 y MPEG21

10. MPEG1 • Se buscaba un estándar para poner video en CDs • Tasa de transferencia requerida: 1.5Mb/s • 352x240, 29.97 fps • 352x288, 25 fps • Sólo video progresivo • Utilizado en VCD • Calidad equivalente a una cinta VHS • La capa 3 de audio es utilizada para música (MP3) • Partes: • 1: Sincronía y multiplexado de audio y video • 2: Video, codec de compresión de video no-entrelazado • 3: Audio, codec de compresión de audio, con tres capas de complejidad • MP1, o MPEG-1 Parte 3 Capa 1 • MP2, o MPEG-1 Parte 3 Capa 2 • MP3, o MPEG-1 Parte 3 Capa 3 • 4: Procedimientos de prueba • 5: Software de referencia

11. MPEG2 • Un estándar para video con mayor calidad que MPEG1 • Utilizado para TV: • Transmisión en aire terrestre • Cable • DBS • DVD • HDTV • Cada aplicación utiliza de MPEG2 lo que requiere • Se han desarrollado perfiles de utilización de MPEG2 tales como: • MP@ML (720x480,30; 720x576,25) 9.8Mb/s: DVD • MP@H14 (1920x1080,30; 1280x720,60) 80Mb/s: ATSC (1080i, 720p) HDTV • La sección de video es semejante a la de MPEG1, pero soporta video entrelazado

12. MPEG2, compresión de video • Los siguientes mecanismos son utilizados • Reducción de datos sobre color, pues la vista es más sensible a intensidad • Tramas I: compresión espacial (redundancia) y supresión de detalles, con bloques de 8x8 pixeles a los que se les aplica la transformada coseno • Tramas P: se construyen a partir de tramas I: sólo se expresan las diferencias • Tramas B: se construyen a partir de la trama P e I precedentes. Nunca son usadas como referencia. Presentan la mayor compresión posible. • Una serie de tramas (GOP) puede ser: • IBBPBBPBBPBB-I...

13. MPEG2, compresión de audio • Métodos: • Codificación de baja velocidad: MPEG-1 Capa 1,2,3 • Codificación multicanal hasta 5.1 canales • MPEG-2 AAC

14. MPEG2, patentes • Las especificaciones de MPEG-2 están cubiertas por 640 patentes, propiedad de 20 corporaciones y una universidad, por lo que se deben pagar regalías por su uso a la MPEG Licensing Association.

15. MPEG3 • Se pretendía definir una nueva especificación para TV de alta definición • Se dieron cuenta que no era necesaria, pues MPEG2 era suficiente • Fue abandonado

16. MPEG4 • Uso principal: • Flujos de medios audiovisuales • Distribución en CD • Transmisión bidireccional por videófono • TV • Toma características de MPEG-1 y MPEG-2, incorporando otros estándares como • VRML (modelos 3D) • Archivos compuestos orientados a objetos • Gestión de derechos digitales • Interactividad avanzada • No hay sistema que implemente todas las características de MPEG4, se aplican perfiles y niveles

17. MPEG4, partes • 1: Sistemas: Describe la sincronización y la transmisión simultánea de audio y vídeo. • 2: Visual: Un códec de compresión para elementos visuales (video, texturas, imágenes sintéticas, etc.). Uno de los muchos perfiles definidos en la Parte 2 es el Advanced Simple Profile (ASP). • 3: Audio: Un conjunto de códecs de compresión para la codificación de flujos de audio; incluyen variantes de Advanced Audio Coding (AAC) así como herramientas de codificación de audio y habla. • 4: Conformidad: Describe procedimientos para verificar la conformidad de otras partes del estándar. • 5: Software de referencia: Formado por elementos de software que demuestran y clarifican las otras partes del estándar. • 6: Delivery Multimedia Integration Framework (DMIF). • 7: Software optimizado de referencia: Contiene ejemplos sobre cómo realizar implementaciones optimizadas (por ejemplo, en relación con la Parte 5). • 8: Transporte sobre redes IP: Especifica un método para transportar contenido MPEG-4 sobre redes IP. • 9: Hardware de referencia: Provee diseños de hardware que demuestran implementaciones de otras partes del estándar. • 10: Advanced Video Coding (AVC): Un códec de señales de vídeo técnicamente idéntico al estándar ITU-T H.264. • 12: Formato para medios audiovisuales basado en ISO: Un formato de archivos para almacenar contenido multimedia. • 13: Extensiones para el manejo y protección de Propiedad Intelectual (IPMP). • 14: Formato de archivo MPEG-4: El formato de archivo de contenedor designado para contenidos MPEG-4; basado en la Parte 12. • 15: Formato de archivo AVC: Para el almacenamiento de vídeo Parte 10, basado en la Parte 12. • 16: Animation Framework eXtension (AFX). • 17: Formato de subtítulos (en elaboración - el último avance en su revisión data de enero de 2005). • 18: Compresión y transmisión como flujo de fuentes tipográficas (para fuentes OpenType). • 19: Flujos de texturas sintetizadas. • 20: Representación liviana de escenas (LASeR). • 21: Extensión de MPEG-J para rendering (en elaboración - el último avance en su revisión data de enero de 2005).

18. QuickTime (Apple) • Tecnología de medios desarrollado por Apple • Está compuesto por: • Reproductor • Framework (API para la utilización de codecs en programas) • Formato de archivo .mov

19. QuickTime • Audio: • Apple Lossless • AIFF • Digital audio • 16 bit (CDDA) • 24 bit • 32 bit entero y flotante • 64 bit flotante • MIDI • MPEG-1 Layer 3 Audio (mp3) • MPEG-4 AAC Audio (.m4a, m4b, m4p) • QDesign Music • Qualcomm Pure Voice • Sun AU Audio • ULAW y ALAW Audio • Wave form audio (WAV) (quiso decir PCM)

20. QuickTime • Video: • 3GPP & 3GPP2 file formats • AVI file format • Bitmap (BMP) codec and file format • DV file (DV NTSC/PAL and DVC Pro NTSC/PAL codecs) • Flash & FlashPix files • GIF and Animated GIF files • H.261, H.263, and H.264 codecs • JPEG, Photo JPEG, and JPEG-2000 codecs and file formats • MPEG-1, MPEG-2, and MPEG-4 Video file formats and associated codecs (such as AVC) • Quartz Composer Composition (.qtz, Mac OS X only) • QuickTime Movie (.mov) and QTVR movies • Sorenson Video 2 and 3 codecs • Other video codecs: Apple Video, Cinepak, Component Video, Graphics, and Planar RGB • Other still image formats: PNG, TIFF, and TGA • Cached information from streams: QTCH

21. MPEG-4 parte 2 • Estándar de compresión de video basada en la transformada coseno discreta • Incluye perfiles que van desde cámaras de baja resolución hasta TV de alta definición

22. DivX • Códec de video comprimido basado en MPEG-4 parte 2 • Comenzó a desarrollarse como formato para transmisión de video de alta definición • Se dividió en dos líneas: • DivX, versión comercial, aún existente • OpenDivX, versión libre y abierta, que fue suspendida, pero posteriormente continuada en Xvid • Stage6 • Sitio web con repositorio de videos de alta calidad basados en el códec DivX

23. Xvid (antes XviD) • Popular códec • Proyecto de software libre por programadores voluntarios de todo el mundo, después de que el proyecto OpenDivX fuera cerrado en julio de 2001 • Basado en el estándar MPEG-4 ASP • El formato fue creado como una alternativa libre a otros códecs comerciales de vídeo • Su calidad y eficiencia lo han convertido en uno de los códecs más populares • La reproducción de películas Xvid está soportada en los reproductores de DVD más modernos. • Puede comprimir una película completa con una calidad cercana a la de la fuente original para que ocupe tan solo 700 MB

24. Windows Media Video • Conjunto de algoritmos de compresión y descompresión, propiedad de Microsoft • Incluye versión no estandarizada de MPEG-4 • Se empaqueta con .avi, .asf, .wmv (si es sólo video) • Incluye características de DRM (gestión de derechos digitales) • Eliminables con Sidda, DRMCreep, drmdbg, drm2wmv

25. DVD • Formato de almacenamiento óptico • Semejante al CD pero de mayor densidad • Formato de archivos UDF (Universal Disk Format) (extensión del ISO 9660) • IBM actuó como mediador entre • Multimedia Compact Disc (MMCD): Philips y Sony • Super Density Disc (SD): Toshiba, Time Warner, Matsushita, Hitachi, Pioneer, Thompson, JVC • Acordaron SD con modificaciones que redujeron capacidad de 5GB a 4.7GB pero con mayor resistencia a arañazos

26. DVD, información técnica • DVD capa simple: 4.7GB • Laser de 650nm • CRC • Reed-Solomon • Modulación Eight-to-Fourteen Modulation Plus • Velocidad de transferencia

27. Tipos de DVD • Por contenido • DVD video • DVD audio (alta fidelidad) • DVD datos • Por capacidad de regrabado • DVD-ROM (fábrica, por prensa) • DVD-R (grabable una vez) • DVD-RW (regrabable) • DVD-R DL (doble capa) • DVD-RW DL • DVD-RAM (regrabable de acceso aleatorio) • DVD+R • DVD+RW • DVD+R DL • DVD+RW DL

28. Tipos de DVD • Por número de capas • DVD-5: una cara, capa simple, 4.7GB • DVD-9: una cara, doble capa, 8.5GB • DVD-10: dos caras, capa simple, 9.4GB • DVD-14: dos caras, capa simple y cara doble, 13.3GB • DVD-18: dos caras, capa doble, 17.1 • Tamaño físico • DVD 12cm • DVD 8cm (1.5GB)

29. Estándares oficiales • DVD Forum: • DVD-ROM/R/RW/RAM • Logotipo: DVD • Alliance: • DVD+R/RW • Logotipo: RW (posible confusión) • La diferencia radica en la codificación • Son parcialmente compatibles

30. DVD Video • Video • MPEG-2 • 720x480 (NTSC) o 720x576 (PAL) • 5 Mbps, variable bitrate (máximo: 8.5Mbps) • Audio • Lineal PCM, DTS, MPEG, Dolby Digital

31. Funcionalidades DVD • Subtítulos • Pistas adicionales para los subtítulos • Son imágenes como mapas de bits • Limitados a 4 colores, incluyendo color de transparencia • Marcadores de capítulos • Permiten el desplazamiento rápido • Ángulos • Secciones con diferentes ángulos o contenidos adaptados al idioma elegido • Estructuras e interacciones • Permite juegos, galerías y contenidos dinámicos

32. Restricciones • Cuatro sistemas para restringir el uso de los contenidos • Macrovision: para evitar duplicados • Content Scrambling System (CSS): Codificación de contenido, para evitar que programas no autorizados procesen los datos • Códigos de región: para sólo permitir la reproducción de los discos en las regiones especificadas • Inhabilitación de operaciones: para bloquear acciones de los usuarios en ciertas secciones

33. Códigos de región • Los discos traen indicaciones sobre la o las regiones en los que puede ser reproducido. Los reproductores DVD vienen con código de región

34. Códigos de región • 0 Informal, significa que puede ser "reproducido en todas las regiones" • 1 Bermudas, América del Norte (Excepto México y Groenlandia) y territorios estadounidenses (incluyendo Puerto Rico) • 2 Groenlandia, Centro y occidente de Europa, Oeste de Asia, Egipto, Sudáfrica, Japón y territorios de países europeos • 3 Sudeste de Asia y Corea del Sur • 4 América Central, América Latina (Excepto Guyana Francesa), Caribe y Oceanía (Excepto Nueva Caledonia) • 5 África (excepto Sudáfrica y Egipto) y norte, centro y sur de Asia • 6 China • 7 Reservado para uso futuro • 8 Viajes internacionales como aviones, cruceros, etc.

35. DTS (Digital Theater System / Sound / Surround) • Codificación de 6 canales de audio en una sola señal comprimida • Aplicaciones: • Cine • Parques temáticos • Juegos • Simuladores • Canales • 3 Laterales y central: 20-20,000 Hz • 2 Surround: 80-20,000 Hz • 1 LFE: 20-120 Hz

36. DTS • No todos los reproductores DVD lo soportan • Muchas PC’s realizan la decodificación DTS por software, pero requieren hardware especial para su conexión a las bocinas correspondientes • Para el cine, los datos DTS no vienen en la cinta, sino en CD-ROM separado, con un eficiente sistema de sincronía

37. Dolby Digital (AC-3) • Ampliamente utilizado, pero no totalmente. • Canales • 5 principales: central, derecho, izquierdo, posterior derecho, posterior izquierdo: 20-20,000 Hz • 1 LFE: 20-120 Hz

38. SDTV (Estándar Definition Television) • Televisión de definición estándar • Denota televisión, digital o analógica con definición estándar: • NTSC, PAL, SECAM (4:3) • VCD, VHS, Beta, SVCD

39. EDTV (Enhanced Definition Television) • Televisión con definición mejorada • Técnica que permite mejorar la calidad de la imagen de televisión • Consiste en convertir una fuente entrelazada en progresiva • Evita el parpadeo de bordes y líneas causado por el entrelazado • Requiere consolas que conviertan el formato, y televisiones que permitan su despliegue progresivo • La aplicación más usual es con reproductores avanzados de DVD

40. HDTV (High Definition Television ) • Formato de televisión de resolución alta, en contraste con SDTV y EDTV • Algunos aparatos podrían tener relación con HDTV, por lo que hay que aclarar: • HD compatible: Acepta la señal de alta definición, pero su resolución nativa no lo es, será adaptada. • HD ready: Tiene entrada de datos HDMI y soporta la resolución HD (720p o 1080i), aunque no cuenta con sintonizador de canales HD (cable o TV aérea). • HD full: soporta la resolución, e incluyen un sintonizador.

41. HDTV comparación

42. HDTV comparación

43. HDTV detalles técnicos • Razón de aspecto 16:9 • 1920 pixels × 1080 líneas entrelazado (1080i) • 1280 píxeles × 720 líneas progresivo (720p) • Codecs: MPEG-2, H.264, VC-1 (Windows Media Video 9) • Imágenes 5 veces más definidas que SDTV

44. HDTV historia • MUSE • Desarrollado por los japoneses en 1982 • Transmisiones continuas desde 1992 • 1035 líneas de resolución • Ocupaba 5 veces más ancho de banda que los canales estándar • HD-MAC • Estándar digital Europeo para SDTV y HDTV • No era comprimido, por lo que consumía mucho ancho de banda (36MHz) y no fue muy utilizado • Abandonado en 1993 para dar paso a DVB

45. HDTV estándares actuales • ATSC. Aprovecha los transmisores NTSC y puede coexistir con canales no digitales. Norteamérica y algunos paises latinoamericanos • DVB-T. También es portable, y se usa principalmente en Europa y algunos países asiáticos. DVB-T soporta HDTV pero prefieren usarlo con EDTV para acomodar un número mayor de canales. • ISDB-T. También permite la transmisión de servicios multimedia. Japón y Brasil

46. HDTV grabación • D-VHS (Data-VHS) y W-VHS • D-VHS graba 28.2Mbps en cinta VHS • TiVo (con DirecTV) o DVR921 y DVR942 (con DISH Network) • PC con tarjeta decodificadora HDTV • Disco duro • Codificando con DivX o H.264 • Sin codificar • Grabadoras BluRay o HD-DVD (guerra actual de formatos)

47. HD-DVD • Estándar de video de alta definición, desarrollado por Toshiba, Microsoft y NEC • Características parecidas a DVD • Láser azul, 405nm • 1 capa: 15GB (4 horas de HD) • 2 capas: 30GB • MPEG-2, VC1 (MS-WMV9), H264/MPEG-4 AVC • Protección AACS (versión mejorada del CSS, codificación de 128 bits, ya roto) e ICT (image constraint token, evita poner video de alta definición en medio analógico) • HD-DVD tiene soporte en Xbox360 • Se pueden producir discos que incluyen contenido DVD y HD-DVD • Contenidos interactivos “pop-up”

48. Blu-ray • Estándar creado por Philips y Sony • Respaldado por una cantidad mayor de fabricantes de computadoras y estudios que HD-DVD • Incorpora ventajas especiales • Mayor enfoque de láser 405nm • Resistencia a rayones • Mejor codificación que permite corregir errores y mayor compresión • 1 capa: 25GB • 2 capas: 50GB • En desarrollo discos de 100GB (firmware) y 200GB • MPEG-2, MPEG-4, VC1 • Plataforma BD-J (Blu-ray Disc Java) para contenidos interactivos avanzados • Protección BD+ (permite cambiar dinámicamente las claves de los contenidos originales), ROM-Mark (marca de agua), ICT (igual que HD-DVD) • Se pueden producir discos que incluyen contenido DVD y Blu-ray

49. Compara DVD, HD-DVD, Blu-ray