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Video y Televisión digital

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by

Claudio Decastelli

on 3 October 2018

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Transcript of Video y Televisión digital

Video y
Televisión
digital

Video:
Secuencia de imágenes fijas
Tomadas sucesivamente
Durante un lapso determinado
A una velocidad específica
Al ser reproducidas a esa misma velocidad generan en el ser humano la sensación de una imagen en movimiento. En la mayoría de los casos, esas imágenes van acompañadas por audio.
Definición
Valores estándar de FPS

Dibujos animados: 15 fps
Cine: 24 fps.
TV o video PAL: 25 fps.
TV o video NTSC: 30 fps

Fotogramas, cuadros o frames.
Frames por segundo (Fps)
Eventualmente, la existencia de una pista de audio

Claves derivadas de la definición
Cada uno de esos frames, como en el caso de las imágenes estáticas, contienen la siguiente información, determinada por los estándares de la industria:

Cantidad de píxeles absolutos
Relación de aspecto.
Profundidad de color.

Como la fotografía

Son clave:

Los formatos de compresión y sus correspondientes códecs.
El bitrate o tasa de transferencia o tasa de bits de la tecnología en la que será reproducido, que, como en el caso del audio, determinarán la calidad final del producto.


Como el audio
Crominancia: información de color RGB. Blanco = 30% de rojo, 59% de verde y 11% de azul.
Luminancia: información de luz o brillo.
TV y video analógicos

Luminancia y crominancia
Cinta magnética, en diferentes formatos según las tecnologías:
U-matic, betacam, VHS, etc.
Deterioro
Volumen
Calidad
Lineal:
tiempo real
pérdida de calidad de imagen en el proceso.
Soportes
Edición
Tubo de rayos catódicos
El tubo de la imagen en color, lleva incorporados tres cañones de electrones, uno para cada color primario, rojo, verde y azul. La ráfaga emitida por cada cañón, pasa por un soporte perforado que lo dirige a cada punto luminiscente de su correspondiente color y hacerlo activo con su distinto nivel de brillo.



El tubo de rayos catódicos tiene un cañón que dispara electrones que barren la pantalla, de arriba hacia abajo y de izquierda a la derecha.

Forman líneas horizontales escaneando la pantalla a una determinada frecuencia por segundo.

Todo este trazado de líneas es lo que forman los distintos sistemas de transmisión televisivos, PAL, NTSC y SECAM.

Dependerá del número de líneas trazadas y fotogramas por segundo para determinar un sistema u otro.

Cómo se forma la imagen analógica

"Séquentiel Couleur avec Mémoire"
625 líneas, de 25 frames por segundo.

Normas TV analógica

La edición lineal es la que se ha utilizado tanto en el cine como en el video analógico.

Esta forma de edición no permite cortar un fotograma de forma libre sin ningún orden, se sigue de forma secuencial la filmación.

Por ejemplo si queremos retocar o eliminar un fotograma que se encuentra en el intervalo 200, debemos pasar del 1 al 199 y cortarlo y luego volver a juntarlo.

Esto conlleva una pérdida de tiempo a la hora de editar un video.

Edición lineal

Entrelazado:
El pasaje de un frame a otro no se produce por completo, sino en dos cuadros sucesivos se entrelazan dibujándose un cuadro distinto en cada una de las 625 líneas horizontales, o dos semicuadros simultáneamente. Uno de los campos contiene las líneas pares, mientras que el otro contiene la impares.

Progresivo:
Implica una mejora en la calidad ya que en cada período se actualizan todas las líneas de cada cuadro, pero no es soportado por los sistemas de televisión analógico.


Transición entre frames (barrido)
El modo más fácil de comparar relaciones de aspecto es reducirlas a común denominador haciendo una simple división:
4/3 = 1,33
16/9 = 1,78

Relación de aspecto
Proporción entre el alto y el ancho de la imagen
Distorsión
Video digital
El video digital en una PC no tiene especiales limitaciones en resolución, pero los formatos digitales de discos de video como VCD, SVCD, y DVD sólo permiten ciertas resoluciones y relaciones de aspecto.
Píxeles y relación de aspecto
Ejemplos

Una imagen 16:9 aparece bordeada con bandas negras si se reproduce en una pantalla 4:3, pero llena completamente el área visible en televisiones panorámicas. Los DVDs que usan este formato se etiquetan como “panorámicos.”

Una imagen 4:3 llena el área visible de una pantalla 4:3, pero puede ser estirada o bordeada con bandas negras cuando es reproducida en una televisión panorámica. Los DVDs que usan este formato se etiquetan como “pantalla completa.”
 

La resolución de un video en píxeles en ocasiones tiene poca semejanza con la relación de aspecto del video

En DVD 720/480 = 1.5 Ocurre que el DVD fue diseñado para desenvolverse bien tanto con 1.33:1 (televisión 4:3) como con 1.78:1 (16:9) panorámico).

Cada video se marca con un bit de información diciendo al lector de DVD si se ha de usar 4:3 o 16:9 en la reproducción. El reproductor DVD entonces automáticamente realiza el encogido o estirado requeridos para restaurar las proporciones normales.



Relación de aspecto DVD
La resolución de 3D para video se mide en voxels (elementos de volumen de imagen, que representan un valor en el espacio tridimensional).

640x480 Archivo de calidad estándar para computadora, con relación de aspecto 4:3 (1,33)

720x480 Formato de calidad estándar para TV (SDTV), con relación de aspecto 4:3 en sistema NTSC

720x576 Formato de calidad estándar para TV (SDTV), con relación de aspecto 4:3 en sistema PAL

1280x720 Formato de alta calidad (HD Ready), para TV digital, con relación de aspecto 1,77

1920x1080 Formato de muy alta calidad (HD Full), para TV digital, con relación de aspecto 16:9 (1,77)

3840×2160 Formato de calidad superior (Quad HD) con relación de aspecto 16;9

4096x2160 Formato de calidad superior (4K) con relación de aspecto 16:9

Estándares de la industria

La Resolución está relacionada con las ondiciones de captura original

Remite a la cantidad de píxeles a lo ancho por la cantidad a lo alto.

Se pueden tener diferentes resoluciones posibles en una misma relación de aspecto.

Resolución y Relación de aspecto
Como en la fotografía, la
profundidad de color

remite al número de colores distintos que pueden ser representados por un pixel y, como sabemos, depende del número de bits por pixel.

A mayor cantidad de bits por píxel, mayor cantidad posible de colores a representar, con el consiguiente efecto en el tamaño final del archivo.

También en este caso, el tamaño del archivo de video será el producto de la cantidad de píxeles, por la cantidad de bits que informa a cada uno, pero multplicado por la cantidad de frames por segundo, por la cantidad de segundos que dura el video:
Profundidad de color y tamaño
Fotografía: El tiempo que demora un sistema nunca afecta a la exhibición misma de la imagen

Audio y Video: Si la tasa de transferencia que admite el soporte es inferior a la que requiere el archivo para reproducirse en tiempo real su visualización adecuada se tornará imposible. De tal modo que la tasa de transferencia pasa a ser un dato inherente al propio archivo de video.
Tasa de transferencia
Las figuras 1 y 5 son las denominadas keyframes, o fotogramas tipo I, que son imágenes completas; entre dos keyframes sólo cambia en pantalla aquellas partes con movimiento.



Intraframe: espacial (fotografía)

Interframe: temporal



Compresión de video
Los videos digitales se pueden guardar en archivos de distintos formatos. Cada uno se corresponde con una extensión específica del archivo que lo contiene. Existen muchos tipos de formatos de video. Aquí se citan algunos de los más utilizados. Asimismo cada tipo de archivo admite en cada momento un códec de compresión distinto.

AVI (Audio Video Interleaved = Audio y Video Intercalado)
MPEG (Moving Pictures Expert Group = Grupo de Expertos de Películas)
MOV 
WMV 
RM 
FLV 


Formatos contenedores de video

Es la reproducción de video en tiempo real a través de Internet. Puede ser en vivo o pregrabado.

La tecnología de streaming se utiliza para optimizar la descarga y reproducción de archivos de audio y video, de modo de poder comenzar su reproducción antes de que se complete la descarga.

Streaming de video
En el Video:
1) El códec de compresión de video utilizado: MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, Intel Indeo, Cinepak, DivX, etc.
2) Método de BitRate. Utilizar un bitrate variable VBR puede optimizar la calidad del video y repercutir en el peso final del archivo frente a un bitrate constante CBR.
3) Configurar bitrates más bajos: 1000 Kbps, 768 kbps, 360 Kbps, etc.
4) Dimensiones. Achicar la altura y anchura en píxeles de los fotogramas de un video.
5) Velocidad de fotogramas. Se puede reducir el número de fotogramas por segundo que mostrará el video: 30, 24, 20, 16, etc.
6) Fotogramas Clave. Durante la compresión también se puede indicar cada cuánto se guardará un fotograma completo (fotograma clave): 24, 48, 96, 128, etc. Cuanto mayor sea esta cadencia más bajo será el peso del archivo resultante.
Optimización de compresión de video

Requiere
1. Cámaras de video digitales, que trabajan a resoluciónes mucho más altas que las cámaras análogas.
2. Transmisión digital
3. Display digital, de alta resolución (Ej: LCDs, Plasmas)


Televisión digital

La televisión digital acepta varios formatos de transmisión, a diferentes resoluciones, lo que permite a los productores de televisión crear sub canales de transmisión.

480i - La imagen mide 720×480 pixeles, desplegada a 60 cuadros entrelazados por segundo (30 cuadros completos por segundo).
480p - La imagen mide 720×480 pixeles, desplegada a 60 cuadros completos por segundo.
576i - La imagen mide 720×576 pixeles, desplegada a 50 cuadros entrelazados por segundo (25 cuadros completos por segundo).
576p - La imagen mide 720×576 pixeles, desplegada a 50 cuadros completos por segundo.
720p - La imagen mide 1280×720 pixeles, desplegada a 60 cuadros completos por segundo.
1080i - La imagen mide 1920×1080 pixeles, desplegada a 60 cuadros entrelazados por segundo (30 cuadros completos por segundo).
1080p - La imagen mide 1920×1080 pixeles, desplegada a 60 cuadros completos por segundo.
Los formatos 480i, 480p, 576i y 576p, son conocidos como Definición Standard (o SD, en inglés).


Formatos de transmisión

Los canales radioeléctricos de la televisión digital de alta definición ocupan menor ancho de banda
(6MHz)
cuando se usa el codec MPEG-4 (o igual cuando se usa el MPEG-2) que los canales utilizados por la televisión analógica a pesar de transportar mucha más información.

TV digital saca provecho de la compresión: tienen capacidad para múltiples señales de televisión
Puede optar entre una única señal de alta definición o hasta cinco con calidad similar a la analógica (PAL), o incluso más con calidad video.

Ancho de banda
TDT – Televisión Digital Terrestre

TDC - Televisión Digital por Cable

TDS - Televisión Digital por Satélite

IPTV - Protocolo de Televisión IP
Tipos de TV Digital

Normas digitales
Utiliza una proporción de aspecto 16:9. La alta resolución de las imágenes (1920 pixels × 1080 líneas o 1280 píxeles × 720 líneas) permite mostrar mucho más detalle en comparación con la televisión analógica o de definición estándar (Standard Definition, de 720 píxeles x 576 líneas según el estándar PAL).

El códec utilizado para la compresión puede ser MPEG-2, MPEG-4 o H.264 aunque el MPEG-2 se está quedando desfasado actualmente por su baja eficiencia de compresión comparado con los otros códecs. Las imágenes HDTV son hasta 5 veces más definidas que las de la televisión de definición normal, comparando el formato PAL con la resolución HDTV más alta.

La resolución 1920x1080 suele estar en modo entrelazado, para reducir las demandas del ancho de banda. Las líneas son rastreadas alternativamente 60 veces por segundo, de forma similar entrelazado a 60 Hz en NTSC. Este formato se denomina 1080i, o 1080i60. En las áreas donde tradicionalmente se utiliza la norma PAL a 50 Hz se utiliza 1080i50.


TV Alta definición

NTSC
PAL
SECAM
National Televisión Systems Committee, es el que se utiliza Japón y Estados Unidos.
525 líneas en la pantalla a una velocidad de unos 30 fotogramas por segundo
Phase Alernating Line
Europa, Australia, China y Sudamérica.
625 líneas 25 fotogramas por segundo o fps
La resolución más habitual para DVDs comerciales es
720×480 para NTSC
720×576 para PAL

Además, DVD soporta varias otras resoluciones:
352×480 (352×576 PAL) y 352×240 (352×288 PAL).
Las resoluciones mayores dan mejor detalle y calidad, pero ocupan más espacio en el disco.

DVD puede contener entre 2 y 10 horas de video según el códec de compresión y la calidad de la imagen.
Es la cantidad de información contenida en un flujo o secuencia de video necesaria para su reproducción
Bitrate:
Píxeles x Bits por píxel x Fps = Bps
La información surgirá de multiplicar píxeles por bits por fotogramas por segundo, lo que arrojará una cifra que se medirá en bits por segundo (bps) o en sus múltiplos, como megabits.
Métodos de compresión de video:
Es necesario disminuir el tamaño de los archivos para manipularlos. Es una de las funciones de los códecs de compresión
• Si la conexión experimenta ligeros descensos de velocidad durante la reproducción, el cliente podría seguir mostrando el contenido consumiendo la información almacenada en el buffer. Si llega a consumir todo el buffer se detendrá hasta que se vuelva a llenar.
1. Conexión con el servidor. El reproductor cliente conecta con el servidor remoto y éste comienza a enviarle el archivo.

2. Buffer. El cliente comienza a recibir el fichero y construye un buffer o almacén donde empieza a guardarlo.

3. Inicio de la reproducción. Cuando el buffer se ha llenado con una pequeña fracción inicial del archivo original, el reproductor cliente comienza a mostrarlo mientras continúa en segundo plano con el resto de la descarga.

El streaming funciona de la siguiente forma:
En el Audio:
1) El códec de compresión de audio utilizado: MPEG Layer 1, MPEG Layer 2, MP3, etc.
2) Resolución. Establecer resoluciones más pequeñas: 32-bits, 16-bits, 8-bits, 4-bits, etc.
3) Tasa de muestreo. Definir valores inferiores: 44100 Hz., 22050 Hz., 11025 Hz, etc.
4) Velocidad de transmisión (bitrate). Configurar bitrates más bajos: 128 Kbps, 96 Kbps, 64 Kbps, etc.
5) Calidad estéreo/mono. Reducir la calidad de “stereo” a “mono”

Es el conjunto de tecnologías de transmisión y recepción de imagen y sonido, a través de señales digitales.
Es flexible, ya que no sólo se pueden enviar señales de audio e imagen, sino también servicios multimedios. Desarrollada en Japón con Mpeg-2. Adaptada por Brasil a Mpeg-4 y empleada en Argentina y casi todo sudamérica. 
Desarrollado en Europa, y empleado en India, China, Sudáfrica, Australia y algunos países asiáticos. Es compatible con dispositivos portables. Utiliza el codec Mpeg-2
Diseñado para agregar un transmisor digital a cada transmisor NTSC sin interferencias entre las señales. Utilizado en México, Corea del Sur, Canadá, Estados Unidos y algunos países de Latinoamérica. 
ATSC
DVB-T
ISDB-T
Códecs
COmpressor / DECompressor
Algoritmo de compresión y descompresión para video y audio, que permite disminuir el tamaño de los archivos sin pérdida significativa de calidad.
Características:
Factor de compresión: se expresa comúnmente como una relación (por ejemplo 10:1, que indica que el archivo original es diez veces más grande que el comprimido)
Velocidad del proceso (tasa de bits)
Cantidad de frames o fotogramas por segundo
A
lgunos códecs:
Xvid
Divx
H264
WMV
MPEG-2
MPEG-4
Esta técnica se sostiene en lo que se conoce como Persistencia de la Visión (POV) que es la capacidad del ojo y el cerebro humano para interpretar imágenes estáticas sucesivas como si fueran continuas.
640 x 480 tiene una relación de aspecto de 4:3 (640/480 = 4/3 = 1,33).
1280 x 960 tendrá una relación de aspecto 4:3 (1280/960=1,33).
Los dos son 4:3, pero primero tendrá una calidad estándar y el segundo será de alta definición.
Las normas desarrolladas para la televisión digital optaron por cambiar la relación de 4:3 a 16:9
para acercarla a la visión panorámica del cine, por lo que se suele asociar erróneamente relación de aspecto con calidad.
Para video o TV analógica la resolución no se mide en píxeles sino en líneas horizontales (barrido), aunque se ha logrado desarrollar procedimientos que traducen la información entrelazada del video analógico al formato digital.

Píxeles x Bits por pixel x Fps x Seg. = Tamaño
Para un video con:
Resolución: 1280 x 720 píxeles,
Profundidad de color: 8 bits por canal, es decir, 24 bits
FpS: 25


1280x720=921.600 píxeles
921.600 píxeles x 8 bits x 3 canales = 22.118.400 bits
22.118.400 bits x 25 frames por segundo = 552.960.000 bits por Segundo =
530Mbps
(aprox.)

Tamaño de archivo y ancho de banda
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