FORMATOS DE COMPRESIÓN DE DATOS. Diseño de Redes. Bonaventura, Dany Perez, Juan Penagos, José Useche, Julio

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1 FORMATOS DE COMPRESIÓN DE DATOS. Diseño de Redes. Bonaventura, Dany Perez, Juan Penagos, José Useche, Julio Maracay, marzo de 2009

2 Taxonomía de protocolos XDR: (External Data Representation) es un protocolo de presentación de datos, según el Modelo OSI. Permite la transferencia de datos entre máquinas de diferentes arquitecturas y sistemas operativos. Trabaja al nivel de ordenamiento de byte, códigos de caracteres y sintaxis de estructura de datos para servir a este propósito. ASN.1: (notación sintáctica abstracta 1) es una norma para representar datos independientemente de la máquina que se esté usando y sus formas de representación internas. Es un protocolo de nivel de presentación en el modelo OSI. XML: (Extensible Markup Language) es un metalenguaje extensible de etiquetas desarrollado por el World Wide Web Consortium (W3C) que permite definir la gramática de otros lenguajes específicos. Por lo tanto XML no es realmente un lenguaje en particular, sino una manera de definir lenguajes para diferentes necesidades HTML: (HyperText Markup Language) es el lenguaje de marcado predominante para la construcción de páginas web. Es usado para describir la estructura y el contenido en forma de texto, así como para complementar el texto con objetos tales como imágenes. Compresión de información Consiste en la reducción del volumen de información tratable (procesar, transmitir o grabar). En principio, con la compresión se pretende transportar la misma información, pero empleando la menor cantidad de espacio. La compresión de datos se basa fundamentalmente en buscar repeticiones en series de datos para después almacenar solo el dato junto al número de veces que se repite. Así, por ejemplo, si en un fichero aparece una secuencia como "AAAAAA", ocupando 6 bytes se podría almacenar simplemente "6A" que ocupa solo 2 bytes, en algoritmo RLE. En realidad, el proceso es mucho más complejo, ya que raramente se consigue encontrar patrones de repetición tan exactos (salvo en algunas imágenes). Se utilizan: lgo compresión Por un lado, algunos buscan series largas que luego codifican en formas más breves.

3 Por otro lado, algunos algoritmos, como el algoritmo de Huffman, examinan los caracteres más repetidos para luego codificar de forma más corta los que más se repiten. Otros, como el LZW, construyen un diccionario con los patrones encontrados, a los cuales se hace referencia de manera posterior. Compresión sin perdidas y Compresión con perdidas Compresión sin pérdidas. Los datos antes y después de comprimirlos son exactos en la compresión sin pérdida. En el caso de la compresión sin pérdida una mayor compresión solo implica más tiempo de proceso. El bitrate siempre es variable en la compresión sin pérdida. Se utiliza principalmente en la compresión de texto. Compresión con pérdidas. Puede eliminar datos para reducir aún más el tamaño, con lo que se suele reducir la calidad. En la compresión con pérdida el bit rate puede ser constante o variable. Hay que tener en cuenta que una vez realizada la compresión, no se puede obtener la señal original, aunque sí una aproximación cuya semejanza con la original dependerá del tipo de compresión. Se utiliza principalmente en la compresión de imágenes, videos y sonidos. Compresión de Imagen Compresión con pérdida y sin pérdida Una compresión sin pérdidas devuelve la imagen descomprimida exactamente igual a la original. Por el contrario, la compresión con pérdidas acepta alguna degradación en la imagen de cara a una mayor compresión. Cantidad de colores Las imágenes más simples contienen sólo dos colores: blanco y negro, y sólo se necesitan 1 bit para representar cada píxel. La mayoría de las tarjetas de video en los PC soportaban sólo 16 colores prefijados. Más adelante soportaban 256 y en la actualidad admiten 2 24 o 16 millones de colores. TIFF (Tagged Image File Format)

4 TIFF es, en principio, un formato muy flexible con o sin pérdida. Los detalles del algoritmo de almacenamiento de la imagen se incluyen como parte del fichero. En la práctica, TIFF se usa casi exclusivamente como formato de almacenamiento de imágenes sin pérdidas y sin ninguna compresión. Consecuentemente, los archivos en este formato suelen ser muy grandes. Algunas veces se usan un algoritmo de compresión sin pérdidas llamado LZW, pero no siempre. PNG. PNG es también un formato de almacenamiento sin pérdida. Al contrario que ocurre con el formato TIFF puede comprimir la imagen. Además tal compresión es totalmente reversible y por tanto la imagen que se recupera es exacta a la original. GIF. GIF crea una tabla de 256 colores a partir de una de 16 millones. Si la imagen tiene menos de 256 colores, GIF puede almacenar la imagen sin pérdidas. Cuando la imagen contiene muchos colores, el software que crea el archivo GIF usa algún algoritmo para aproximar los colores de la imagen con una paleta limitada de 256 colores disponibles. Un buen algoritmo de este tipo, tratará de encontrar un conjunto óptimo de 256 colores. Algunas veces, GIF usa el color más cercano para representar cada píxel, y algunas veces usa un "error de difusión" para ajustar los colores de los píxeles vecinos y así corregir el error producido en cada píxel. Como GIF lleva a cabo la compresión. GIF produce compresión de dos formas. Primero, reduce el número de colores de la imagen a 256 y por tanto, reduce el número de bits necesario por píxel. Después, remplaza áreas de color uniforme usando código de secuencias: en lugar de almacenar "blanco, blanco, blanco, blanco, blanco" almacena "5 blanco" Por tanto, GIF es una compresión de imágenes sin pérdida sólo para imágenes de 256 colores o menos. Sin embargo, para una imagen de 16 millones de colores GIF puede "perder" el % de los colores. JPG. Es el método de compresión más adecuado para fotografías e imágenes de tonos continuos similares que contiene muchos colores. Permite obtener unos radios de compresión muy altos manteniendo a su vez una calidad en la imagen muy elevada. JPG analiza las imágenes y elimina la información que no es apreciable. JPG almacena imágenes de 16 millones de colores. JPG permite distintos niveles de compresión. En niveles de compresión de imágenes moderado, es muy difícil discernir las diferencias de la imagen original.

5 Compresión de Audio. La compresión de audio es una forma de compresión de datos, específicamente en la reducción del tamaño de los archivos de audio. Los algoritmos de compresión de audio normalmente son llamados códec de audio. Para convertir una señal analógica a una señal digital se toman las muestras de la señal e intervalos fijos. Frecuencia de muestreos comunes El numero de muestras tomadas por segundo se conoce como (sampling) Razón de Muestras por seg. Calidad del muestreo sonido KHZ Baja KHz Media 44.1 KHz Alta Cada vez que se toma una muestra de onda de sonido, se almacena un valor que representa la amplitud del sonido. Dependiendo de la técnica de grabación que se utilice, se graba un valor de 8 a 16 kbps. El tamaño del valor afecta la calidad del sonido. Muestreo de Sonido Una muestra de sonido de 8 bits según su amplitud se toma valores en el rango de 0 a 255

6 Un valor de 16 bits, sin embargo, puede representar una amplitud de señal utilizando valores en el rango del 0 al El valor 0 corresponde a la señal en la línea base y el valor corresponde al volumen máximo. Aunque una muestra de 16 bits representa con mayor precisión la onda original, se duplica la cantidad de datos requerida para representar la onda

7 Teorema de Nyquist El teorema de de muestreo de Nyquist establece la mínima razón de muestreo que puede usarse para un sistema PCM especifico. Para que una muestra sea reprocida correctamente en el receptor cada ciclo debe muestrearse por lo menos dos veces.

8 El estándar ISO/MPEG El estándar MPEG Audio contempla tres niveles diferentes de codificación - decodificación de la señal de audio, de los cuales sólo los dos primeros están totalmente terminados. El otro es aplicable, y de hecho se utiliza habitualmente, pero sigue abiertos a ampliaciones. Estos tres niveles son: MPEG-1: "Codificación de imágenes en movimiento y audio asociado para medios de almacenamiento digital hasta 1 5 Mbit/s" MPEG-2: "Codificación genérica de imágenes en movimiento e información de audio asociada" MPEG-3: la planificación original contemplaba su aplicación a sistemas HDTV; finalmente fue incluido dentro de MPEG-2. MPEG-4: "Codificación de objetos audiovisuales" Ogg. Es un formato de archivo contenedor multimedia, desarrollado por la Fundación Xiph.org y es el formato nativo para los códecs multimedia que también desarrolla Xiph.org. El formato es libre de patentes y abierto al igual que toda la tecnología de Xiph.org, diseñado para dar un alto grado de eficiencia en el "streaming" y la compresión de archivos. Ogg encapsula datos comprimidos (e incluso sin comprimir) y permite la interpolación de los datos de audio y de vídeo dentro de un solo formato conveniente LAME. LAME (acrónimo recursivo de LAME Ain't an MP3 Encoder, Lame no es un códec MP3) es un codificador (códec) de MPEG Audio Layer III (MP3) que puede ser usado con la mayoría de programas que convierten archivos WAV a archivos MP3 o desde otros formatos o soportes. Destaca por su espectacular rapidez, por la posibilidad de elegir la tasa de bits (calidad, 128 Kbps, 160 Kbps, variable,..) y el modo joint stereo. Este software tiene una licencia código abierto, lo cual permite que personas de todo el mundo trabajen en su desarrollo. Este códec funciona por intérprete de órdenes o bien integrado en otras aplicaciones capaces de usarlo como: Audacity, AudioCrusher, Audiograbber, Text Aloud MP3, Easy CD-DA Extraction, CDex, ALF, etc. FFmpeg. Es una colección de software libre que puede grabar, convertir y hace streaming de audio y vídeo. Incluye libavcodec, una biblioteca de códecs. FFmpeg está desarrollado en Linux, pero puede ser compilado en la mayoría de los sistemas operativos, incluyendo Windows

9 Compresion de Video MPEG. Es el estándar de compresión fue desarrollado por Moving Picture Experts Group, o dicho de otra forma, expertos en imágenes en movimiento. El método de compresión que utiliza es el de similitud de contenidos, si percibe una parte común a todo guarda un ejemplar eliminando el resto. De esta manera se consigue una reducción de espacio. Este formato se clasifica en: MPEG-1, MEPG-2, MEPG-3, MPEG-4 y actualmente en desarrollo MPEG-7. MPEG1. Es te formato de compresión de vídeo digital, surgió durante el año Su calidad se parece al del sistema VHS. La principal finalidad de este tipo de formato de compresión fue el de poder colocar el vídeo digital en un soporte muy conocido para todos nosotros, el CD- ROM. Su tamaño es de 1,5 mega bits por segundo y se presentaba a una resolución de 352 x 240 píxeles NTFS o 352 x 288 en PAL. Actualmente este formato se utiliza bastante para visualizar vídeos por internet. MPEG-2. Aparece en 1994 y es uno de los formatos de compresión que ofrece mayor calidad de imagen, alcanza a su vez una velocidad en la transmisión de datos de 3 a 10 Mbits de ancho de banda Este formato ofrece la transmisión de ficheros de vídeo digital a pantalla completa o broadcast. El MPEG2, es el utilizado por la televisión digital y para la codificación del DVD de vídeo trabaja con resoluciones desde 352 x 480 y 1920 x 1080 píxeles o 720x576 (PAL) y 720x480 (NTSC). MPEG-2 introduce y define Flujos de Transporte, los cuales son diseñados para transportar vídeo y audio digital a través de medios impredecibles e inestables, y son utilizados en transmisiones televisivas. Con algunas mejoras, MPEG-2 es también el estándar actual de las transmisiones en HDTV. Un descodificador que cumple con el estándar MPEG-2 deberá ser capaz de reproducir MPEG-1. MPEG-3. El MPEG3, se desarrolló para la televisión digital de alta calidad aunque el formato MPEG2 también cumplía perfectamente esta función. El formato MPEG3 tiene

10 mayor ancho de banda que el MPEG2 y se optó por la utilización finalmente del formato MPEG2. Por este motivo el proyecto orientado en el MPEG3 se abandonó. reproducir MPEG-1. MPEG4, formato para DivX y Xvid. Uno de los codecs utilizados en este formato son los famosos, DivX y XviD. Una de las grandes ventajas que ofrece este formato es una muy buena calidad, muy parecida al del formato DVD, a cambio de un factor de compresión mucho más elevado que otros formatos, dando como resultado archivos o ficheros más comprimidos que otros e ideales para poder transmitir los datos a través de Internet. Utiliza una resolución de 176 x 144 píxeles. MPEG7. MPEG7, este formato está en proyecto, cómo el estándar que más se utilizará en Internet y televisiones interactivas. Este formato codificará además de la imagen y sonido datos en lenguaje XML. MPEG7 servirá de gran ayuda para el avance de la nueva televisión interactiva con introducción de buscadores de contenidos, búsquedas de audiovisuales etc. AVI. (inglés: Audio Video Interleave, 'intercalado de audio y video' )? es un formato de archivo contenedor de audio y vídeo lanzado por Microsoft en El formato avi permite almacenar simultáneamente un flujo de datos de video y varios flujos de audio. El formato concreto de estos flujos no es objeto del formato AVI y es interpretado por un programa externo denominado códec. Es decir, el audio y el video contenidos en el AVI pueden estar en cualquier formato (AC3/DivX, u MP3/Xvid, entre otros). Por eso se le considera un formato contenedor DV (Digital Vídeo). El formato DV responde a las siglas de "Digital vídeo", este formato es el que utilizan las videocámaras digitales para la grabación y transferencia de datos. Toda la información que graba nuestra cámara en formato DV, es en lenguaje binario, unos y ceros. La transferencia de los datos a nuestro ordenador no necesita traducirse de ninguna forma, porque la videocámara ya los tiene digitales tal como los entiende el ordenador. El DV contiene vídeo y sonido y a través de el, podemos almacenar más de 60 minutos de vídeo. El sonido se encuentra en formato de 16 bits PCM muy parecido

11 a la calidad de una Compact Disc y el vídeo se encuentra con un factor de compresión muy elevado con lo que ocupa poco espacio y guardando la calidad de la imagen.

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