Introducción. Formatos de vídeo digital

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1 Sistemas Multimedia

2 Introducción

3 Introducción Formatos de vídeo digital La reproducción de vídeo en un ordenador es una de las tareas que más recursos consume. La sensación de movimiento se consigue con secuencias de imágenes con una velocidad de unos 30 fotogramas por segundo. Si el objetivo es vídeo a través de Internet, las limitaciones del ancho de banda de la red complican aún más el problema. Las posibilidades se reducen de nuevo al empleo de sistemas de compresión y a la reducción del tamaño de las ventanas de vídeo y del número de fotogramas por segundo. Como vimos en la sección de imágenes estáticas, una fotografia sin comprimir de 800x600 pixels de resolución ocupa aproximadamente 1,3 Mb. Así pues, secuencias de vídeo de este tamaño y con 30 fotogramas por segundo generarían ficheros de vídeo con un tamaño de 390 Mb para 10 segundos ó 11,4 Gigabytes para 5 minutos. Son imprescindibles pues drásticos sistemas de compresión para el manejo de vídeo. Los formatos de vídeo digital más empleados son AVI, utilizado por el sístema operativo Windows, MOV, basado en los ordenadores Apple, y MPEG, (Moving Pictures Experts Group). Este último tiene varias versiones, con elevadas tasas de compresión. MPEG-1 codifica secuencias de vídeo y su audio asociado a 1,5 Megas/seg, con resolución de 352x240 pixels. MPEG-2 utiliza tasas entre 3 y 10 Megas/seg. para resoluciones que oscilan entre 352x480 y 1920x1080. La calidad obtenida es excelente y es el sistema que utilizan los DVD. Sin embargo, el software para la grabación y edición de vídeos MPEG es más complejo que el de los otros formatos. La velocidad actual de internet, condiciona que los vídeos que pueden utilizarse tengan tamaño reducido. Difícilmente pueden emplearse videos de más de 320x240 pixels de resolución, y generalmente predominan los de 160x120. Con estos tamaños y con elevadas compresiones pueden generarse incluso vídeos que se transmiten en tiempo rea. Los sístemas de vídeo en tiempo real (streaming video) más usados en Internet son Real Video y Netshow.

4 Introducción Al hablar de formatos finales de video digital, podemos subdividir dos categorías: Formatos comunes de video Formatos para el web Formatos comunes de video: AVI MPEG DIVX Formatos de streaming para web: Microsoft Windows media video Real Video Apple QuickTime

5 Introducción Downloading and Streaming Content You can deliver digital media files from a server to a client by using one of two methods: downloading or streaming. Selecting a way to distribute your content will depend on factors such as how you want to administer your content and how you want your audience to experience it. Downloading In a typical downloading scenario, digital media files are hosted on a Web server (for example, a Windowsbased server running Internet Information Services (IIS)). The user navigates to a Web page and clicks a link to a digital media file. The file downloads completely to the user s computer, and then begins to play. From an administration standpoint, downloading is usually very easy to set up and maintain. From a user experience standpoint, however, downloading can be frustrating because the user must wait for the entire file to download before he or she can play it. Streaming In a typical streaming scenario, digital media files are hosted on a server running a streaming media service (for example, a Windows-based server running Windows Media Services 9 Series). The user navigates to a Web page and clicks a link to a digital media file. The file begins to play immediately as the file is streamed to the user s computer. From an administration standpoint, streaming requires somewhat more time to set up; however, it has numerous advantages, including more efficient bandwidth usage and sophisticated playlist management. From a user experience standpoint, streaming provides instant gratification because the user doesn t have to wait for the entire file to download before he or she can play it. By using the Windows Media 9 Series platform, you can also stream content from a server to low-cost consumer electronics devices, such as advanced set-top boxes. This lets network operators deploy new broadcasting services, such as Internet Protocol television (IPTV) and video-on-demand (VOD). By taking advantage of the compression efficiencies of Windows Media 9 Series, network operators can deliver more content in less bandwidth. Windows Media 9 Series supports both standard-definition (SD) and high-

6 Streaming Streaming El termino streaming (del inglés stream que significa corriente, arroyo, flujo, fluir) es una tecnología que permite la recepción instantánea, sin esperas, de información que fluye desde un servidor. Lógicamente esta tecnología, que muchos pensarán que es de reciente aparición, está muy experimentada en el campo de Internet y surge de la necesidad de acceder a tipos de información voluminosa que generan amplios tiempos de espera usando la tradicional descarga de archivos. Esta información es, fundamentalmente, de tipo audiovisual aunque puede ser sólo audio (radios en la Red) o vídeo.

7 Streaming Streaming Desde su creación, los archivos de audio y vídeo han sido (y seguirán siendo a pesar de las compresiones) muy grandes. Los tamaños de los vídeos o de cualquier elemento multimedia puede superar los MB y llegar a los GB lo que es impensable para un sistema que aún funciona demasiado lento como puede ser Internet. En definitiva, para concretar, muchos megabytes para poder ser transmitidos con facilidad. Hoy en día y gracias a las comunicaciones de banda ancha disponibles (ya sea DSL, Cable, Satélite) y a los sistemas de compresión de audio y vídeo con calidad (mp3, mpeg-4, divx, etc.) se ha hecho mucho más fácil descargarse grandes cantidades de información audiovisual aún y a pesar de los problemas legales que conlleva, aunque no vamos a entrar en eso ahora. Por eso, hace años, se pensó en una manera, tecnológicamente posible, de retransmitir con facilidad esa información y el resultado es la tecnología del streaming.

8 Streaming Streaming Mediante streaming de audio y vídeo se pretende conseguir lo que hace muchos años ya consiguió la radio y la televisión. De hecho ese es su objetivo final. Lo que ocurre es que usando los actuales sistemas de comunicación (y nos estamos refiriendo a Internet, ya que con comunicaciones dedicadas y streaming se puede conseguir calidad audiovisual muy alta) es muy difícil hacer llegar la información audiovisual a cada usuario que la solicita. De hecho una de las diferencias más importantes entre la radio y la televisión y el streaming es que, mientras los primeros realizan sus retransmisiones uno-a-muchos, el streaming es uno-auno, lo cual puede originar que los anchos de banda disminuyan en el servidor de modo geométrico según se conecten usuarios a su sistema (por consiguiente la calidad del servicio mermará). La TV o la radio, emiten sus contenidos para quien quiera sintonizarlos, lo que significa que no hay peticiones por parte del usuario. Por eso es un tipo de emisión uno-a-todos. Sin embargo, mediante el streaming por Internet el usuario realiza la petición al servidor de lo que desea visualizar, o sea, transmisión uno-a-uno. Así, el streaming funciona de la siguiente manera: 1. El usuario realiza una petición a un determinado servidor para que éste se la transmita. 2. El servidor acepta la petición y establece una comunicación hasta el usuario para hacerle llegar el contenido solicitado mediante un flujo continuo de datos que permite que aquél pueda visualizarlos en tiempo real. Todo a través de Internet y usando un protocolo de comunicaciones, que en el caso de Real se denomina rtsp.

9 Streaming Streaming

10 Streaming Streaming

11 En la imagen de la derecha se puede ver como sería una arquitectura ejemplo en la que desde un servidor principal (contra el que se está realizando una retransmisión en directo), reparte la señal a un segundo Splitter que, a su vez, la reparte a otros tres y, al mismo tiempo, a otros tres más individuales. De esta forma tendríamos 6 servidores de borde (edge servers) a los que se conectarán los usuarios directamente usando Internet. Splitting Splitting La técnica del splitting permite configurar los servidores de Real como transmisores o espejos de los contenidos en directo, de forma que los usuarios se conecten a dichos contenidos a su servidor más cercano. Con ello se logra que los usuarios se conecten con más garantías a los contenidos y se descarga el ancho de banda necesario en el servidor central y en cada uno de los incluidos en la infraestructura.

12 Por tanto, lo normal es que, a excepción de en la captura, se le aplique una compresión al vídeo AVI. Hay una infinidad de formatos de compresión. A estos compresores se les conoce como "códes de vídeo (Un codec (COmpresor / DECompresor) es una especie de programa que sirve para comprimir y descomprimir las imágenes y el audio de una película. Estas imágenes o audio, descomprimidos, ocupan normalmente mucho espacio, de ahí que se necesite comprimirlos, y para ello se inventaron los codec. La función del codec es precisamente ayudar a disminuir el tamaño del archivo sin perder calidad. Igualmente para descomprimir un video/audio necesitamos el codec con el que fue comprimido, no nos vale otro. Esto es porque cada codec tiene su forma de comprimir, sus propios algoritmos, distintos en cada caso. De ahí la gran cantidad de codecs que existen, unos mejoran calidad, otros mejoran compresión...). Formatos comunes de video AVI y AVI 2.0 El formato AVI (Audio Video Interleave), desarrollado por Microsoft, es el formato standard de video digital. Su funcionamiento es muy simple pues almacena la información por capas, guardando una capa de video seguida por una de audio. Cuando capturamos video hacia nuestra computadora llega en formato AVI. Puede generar archivos muy grandes y de difícil manejo. Cabecera Vídeo Audio Video Audio Video... Han existido dos versiones de formatos AVI: El primero que tenía algunos limitantes y la segunda versión que eliminó dichas limitantes, aunque ocasionó archivos gigantescos de video.

13 Formatos comunes de video AVI y AVI 2.0 El problema viene en que no se especifica qué formato ha de tener el video y el audio. Para el almacenamiento/reproducción de video y audio, existen varias soluciones. Así pues en audio podemos grabar audio sin ningún tipo de compresión (a esto se le llama formato PCM), o por ejemplo aplicar algún tipo de solución ingeniosa para poder reducir el número de muestras que debemos de tomar (como por ejemplo en vez de tomar muestras de la intensidad del sonido y almacenarla en 16 bits -permitiendo registrar tipos de intensidades-, registramos tan sólo la diferencia entre una muestra y su anterior y almacenarla como 8 bits, siendo esta la base de los formatos m-law y a-law). Existen varios métodos ingeniosos para que un video o un audio vean reducido su tamaño sin perder por ello demasiada calidad. En sonido tenemos varios CODECs, y cada uno es útil para algo. PCM es sonido puro directamente digitalizado y por tanto las ventajas son claras: es el formato de mayor calidad, por el contrario también es el que ocupa más espacio. A-law y M-law son los estándares que se usan en la comunicación por telefonía, ocupan poco y son de calidad transmitiendo voz, pero no así transmitiendo música o sonidos con muchos matices (realmente estos no se usan en ordenador casi nunca).

14 DivX es al video lo que el MP3 es al audio. Comprime una película enormemente y parece que estás viendo un DVD. No obstante hay otros formatos que también hacen esto como son el Xvid (si te fijas es Divx al revés puesto que parte de uno de los creadores del DivX que no le gustó nada la idea de que su compañero decidiese cobrar por el formato y ha creado un formato parecido pero de licencia pública (de hecho puedes acceder al código fuente si lo deseas). Formatos comunes de video AVI y AVI 2.0 En sonido para música y películas, los codecs más usado son MP3, OGG y AC3. MP3 por la estupenda relación calidad/tamaño, OGG porque es mejor que MP3 y además porque está libre de patente y AC3 por eso mismo y además porque incorpora nuevas funcionalidades como es soporte para pistas en varios idiomas y sonido 5.1 (exactamente como los DVDs). El codec MP3 lo tenemos ya instalado en nuestra máquina de "fábrica" pues se ha hecho tan popular que ya viene incluido con el sistema operativo. No obstante los otros no y si queremos reproducir esos formatos tendríamos que descargárnoslos. Y en video, podemos tener la película imágenes en formato MPEG-2 (este es "el formato" es el estándar de toda la vida y es en el que por ejemplo transmiten las televisiones digitales, la televisión por satélite y la televisión por cable), MPEG-4 (esta es la evolución del formato MPEG-2, con más compresión sin perder mucha calidad), DV (este es el formato de las cámaras digitales) y luego el que se está convirtiendo en el rey: el DivX.

15 Formatos comunes de video AVI y AVI 2.0 Ahora es cuando llega lo realmente importante. Un AVI puedes crearlo con un formato de video y otro de sonido. Así pues podemos encontrar un avi con DivX-MP3 o DivX-OGG o Xdiv- MP3 o MPG4-MP3,... El problema es que si no tenemos el codec adecuado en nuestro sistema, simplemente no funcionará. Si por ejemplo la película está en MPG4-OGG y no tenemos el codec OGG, pues veremos la película pero no la oiremos. Si la película está en Xvid-MP3, pues oiremos la película pero no la veremos,... Si la película está en Xvid-OGG ni la veremos ni la oiremos (siempre que no tengamos los codec xvid y OGG). Por qué no usan un mismo codec para todo? Pues muy simple: por intereses comerciales. En primer lugar están los derechos de patente del formato de sonido-video. Y en segundo lugar están los intereses de las grandes compañías audiovisuales (Windows NO soporta (ni creo que soporte) ni DivX ni Xvid (aunque este último no tiene derechos de patente y por tanto no le costaría nada ponerlo en sus sistemas operativos) y esto lo hace porque las compañías cinematográficas no desean fomentar un formato con el que la gente pueda ver sus películas).

16 BORDER="0" define el borde que circunda el vídeo. Formatos comunes de video Inserte un vídeo en formato AVI en una página web La inserción de un vídeo AVI en una página Web sólo requiere una etiqueta: <EMBED SRC="video.avi" CONTROLS="true" LOOP="-1" AUTOSTART="true" HEIGHT="200" WODTH="320" BORDER="0"> Utilice los siguientes atributos para personalizar los parámetros: CONTROLS="true" indica que se visualiza el panel de control de vídeo. Para ocultar el panel de control, asigne el valor false a este parámetro. LOOP="-1" define el número de veces que se reproduce el vídeo. El valor -1 significa que se reproducirá infinitamente el vídeo. AUTOSTART="true" solicita una reproducción automática del vídeo. Asigne a este atributo el valor false si no desea que se lea el vídeo inmediatamente después de que se cargue la página. HEIGHT="200" y WIDTH="320" definen la altura y la anchura del vídeo.

17 Formatos comunes de video AVI y AVI 2.0

18 Formatos comunes de video MPEG El formato MPEG (Moving Picture Experts Group) es un standard para compresión de video y de audio. Al ser creado se establecieron 4 tipos de MPEGs, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3 y MPEG-4. Cada uno de estos según su calidad. De aquí nace el popular formato MP3 para audio y también se habla de que el MPEG-4 que es el de mayor compresión le da vida al DivX explicado a continuación. Lo primero que debemos aclarar es que MPEG no es un formato de vídeo, sino un algoritmo de compresión de datos, utilizado en la representación de imágenes dado el volumen de información necesario para representar una imagen en movimiento, y fue establecido por la Unión Internacional de Telecomunicaciones. Originalmente se diferenciaron cuatro tipos, MPEG-1, 2, 3 y 4. La principal diferencia entre ellos es la calidad de imagen que ofrecen y el ancho de banda que necesitan. Ofrecen tres ventajas fundamentales: un gran nivel de compresión, escasa pérdida de calidad, y permite la compatibilidad con carácter retroactivo entre diferentes formatos de vídeo. Su diseño está pensado para que la descodificación sea sencilla y barata, que cualquier usuario con un software asequible pueda visualizarlo en su casa. Sin embargo, la codificación resulta más complicada y cara, aunque su precio ha descendido considerablemente en los últimos años. La cadena de datos MPEG se puede dividir en tres capas o partes bien diferenciadas: una para la compresión de audio, otra para la de vídeo y una tercera relativa al sistema, encargada de la sincronización de datos, calidad de imagen etc.

19 Formatos comunes de video MPEG MPEG-1 : Establecido en 1991, se diseñó para introducir video en un CD-ROM. Por aquel entonces eran lentos, por lo que la velocidad de transferencia quedaba limitada a 1.5 Mbits y la resolución a 352x240. La calidad es similar al VHS. Se usa para videoconferencias, el CD-i, etc. Si es usado a mayor velocidad, es capaz de dar más calidad. MPEG-2 : Establecido en 1994 para ofrecer mayor calidad con mayor ancho de banda (típicamente de 3 a 10 Mbits). En esa banda, proporciona 720x486 pixels de resolución, es decir, calidad TV. Ofrece compatibilidad con MPEG-1. MPEG-3 : Fue una propuesta de estándar para la TV de alta resolución, pero como se ha demostrado que MPEG-2 con mayor ancho de banda cumple con este cometido, se ha abandonado. MPEG-4 : Está en discusión. Se trata de un formato de muy bajo ancho de banda y resolución de 176x144, pensado para videoconferencias sobre internet, etc. Realmente está evolucionando mucho y hay fantásticos codificadores soft que dan una calidad semejante al MPEG-2 pero con mucho menor ancho de banda. Es la última moda.

20 Formatos comunes de video La compresion MPEG-2 En la actualidad el estándar de compresión más utilizado es el MPEG-2, ya que ofrece una calidad similar a la televisión, aunque la demanda de ancho de banda era bastante alta hace un tiempo, ahora es una cantidad asumible (hasta 10 Mbps). La compresión intraframe trata cada fotograma como una foto independiente, mientras que la interframe, usada por MPEG, crea fotogramas de referencia para luego comparar los anteriores o posteriores con él. Sólo las diferencias son almacenadas. Por tanto el codec no tiene que almacenar cada fotograma, sino lo distintivo con el anterior. En MPEG se distinguen tres tipos de fotogramas : I o intraframes, P o foto predicha y B o frames bidirecionales. Las I son los únicos fotogramas completos en una cadena MPEG. Contienen pues una información completa, lo que las convierte en posibles puntos de acceso aleatorio. La P es una frame basada en una anterior pero conteniendo sólo las diferencias. Están muy comprimidas. Las B tienen referencias tanto a una anterior como a una futura y son las que menos ocupan. Nunca se usan como referencia para otras.

21 Formatos comunes de video La compresion MPEG-2 Las técnicas de compresión son dos : Compensación de movimientos ( Motion Compensation ) y redundancia espacial. La primera determina cómo las frames P o B se relacionan con los fotogramas de referencias. El primer paso es dividir cada imagen en bloques de 16x16 pixels que se comparan con bloques equivalentes en otro fotograma. Si son similares se obtiene una buena compresión. Si se detecta movimiento en el bloque se almacena un "vector de movimiento". El otro método, redundancia espacial, comprime aún más describiendo las diferencias entre bloques. Usando un proceso matemático llamado Discrete Cosine Transform ( DCT ), los macrobloques son divididos aún más en bloques de 8x8 que hacen un seguimiento de los cambios de color y brillo en el tiempo. Se denomina GOP a la mínima cadena MPEG completamente decodificable por sí sola. Por tanto debe tener una frame I y sus referenciadas P o B. Este concepto es importante en el campo de la edición.

22 Formatos comunes de video DivX ;) En estos días todo trata de compresión y el DivX es una gran alternativa para esta tarea. Con mucha gente trabajando en sus diferentes codecs el DivX se ha vuelto muy popular y está bastante relacionado con los DVDs y su piratería, ya que con dicho formato mucha gente se ha dado a la tarea de pasar sus DVDs a CDs con una calidad aceptable de video. En 1999, dos jóvenes, el ingeniero de vídeo francés Jerome Rota y el programador alemán Max Morice crearon el DivX. Nació entorno a dos tecnologías: al MPEG-4 que la International Standards Organization encargó a un grupo de expertos para estandarizar el vídeo digital y el DeCSS un programa para desencriptar el código de los DVD ideado por un joven noruego de 15 años. En definitiva, Qué es el DivX? Muy fácil, un formato de vídeo que consigue por ejemplo reducir el tamaño de una película en DVD en apenas un 10% del original y conservando casi íntegramente la calidad de imagen. Para descargar la versión gratuita iremos a la página

23 Formatos comunes de video DivX ;) Codificando archivos Con los códec DivX instalados exitosamente en nuestro ordenador, podremos empezar la codificación de archivos. Por lo que necesitaremos algún editor de vídeo. Para este ejemplo hemos utilizado el popular Studio 9 de Pinnacle, pero cualquier otra aplicación comercial más sencilla nos será suficiente. Ejecutaremos la aplicación y abriremos un proyecto ya creado o un archivo de película en cualquier formato. Comenzaremos por algo sencillo.

24 Formatos comunes de video DivX ;) La edición de la película Editaremos la película a nuestro gusto utilizando las herramientas y controles del editor de vídeo que hayamos elegido. Una vez que hemos terminado de editarlo en Studio 9, nos desplazamos hasta la pestaña Hacer vídeo y pinchamos sobre la opción AVI del menú de la izquierda. Esto es porque DivX utiliza el formato de vídeo AVI como base. Ahora presionamos sobre el botón Configuración con lo que se abrirá un cuadro de diálogo.

25 Formatos comunes de video DivX ;) La visualización de todos los codecs En la pantalla principal seleccionaremos la opción Listar todos los codecs. Esto es esencial porque Studio 9 no visualiza la opción de los codificadores de DivX. En este punto visualizaremos una pop-up de advertencia sobre problemas potenciales con códecs no soportados. Pincharemos en Aceptar para cerrarlo. En la opción Compresión: buscaremos y seleccionaremos DivX Codec. Ahora se puede proceder con las opciones por defecto o hacer clic en el botón Opciones en esta pantalla para acceder a las opciones de personalización. Los valores por defecto son una codificación «Standard» y calidad alta de película. Pinchamos en Aceptar para regresar al menú inicial. El resto de editores de vídeo que hay en el mercado trabajan de forma similar que el que hemos elegido para llevar a cabo nuestro ejemplo.

26 Formatos comunes de video DivX ;) Creemos archivos de vídeo Es hora de crear el archivo de vídeo. En Pinnacle Studio 9 se realiza haciendo clic en el botón verde Crear archivo AVI. Ahora especificamos el nombre para nuestro archivo de vídeo final y la carpeta donde queramos guardarlo. Sólo queda que Studio 9 renderice el archivo de vídeo. Cuando haya terminado, buscaremos la ruta especificada en el disco duro y lo visualizaremos con Windows Media Placer, por supuesto, se puede reproducir con otras muchas aplicaciones.

27 Formatos comunes de video DivX ;) La opción MPEG Si queremos comprobar los beneficios que tiene la compresión DivX, repetiremos el proceso, pero crearemos el mismo proyecto como un archivo DVD Compatible MPEG2. Ésto podremos encontrarlo en la pestaña MPEG. Cuando el archivo ha sido renderizado y salvado, podremos comparar el tamaño y la calidad con el archivo codificado con DivX, para el que el tamaño sea significativamente menor sin una pérdida de calidad apreciable. Esta ventaja es la clave de usar DivX frente a DVD creados con calidad MPEG.

28 Formatos comunes de video DivX ;) Puede resultarnos algo extraño utilizar un editor de vídeo como Studio 9 para codificar y convertir vídeo a formato DivX. A menudo, hay otras alternativas. Se puede descargar una versión de prueba de Dr DivX de la página Únicamente está disponible la versión en inglés, alemán y francés. La versión completa cuesta $29,99.

29 Formatos de streaming Microsoft Windows Media video El windows Media video es una de las últimas propuestas de Microsoft que funciona con el Windows Media player de la versión 6.2 en adelante. Ha tenido gran impulso debido al XP y que viene integrado en dicho sistema operativo. También tiene una opción para streaming que viene incluida en el Windows 2000 Server. Las extensiones de este tipo de contenidos son las.asf y.wmv para el video y.wma para el audio. Ofrece el player y su encoder de forma gratuita a todos los interesados.

30 Formatos de streaming Real video Real en los pasados años ha sido muy utilizado para streaming de audio en diversos medios. También tiene una propuesta para video llamada Real Video. Requiere de su propio player que es el Real Player (Recientemente fue lanzado el Real One) y para hacer streaming requiere del Real Server. En el sitio de Real también hay información para convertir archivos.avi a este formato. Real siempre tiene una versión simple y limitada de sus productos y una profesional que debe ser comprada.

31 Formatos de streaming Apple Quicktime Apple también tiene una interesante opción nativa de los sistemas Mac. Sus archivos.mov requieren de un player especial que es el Quicktime player para visualizarlos. Este player tiene una versión sencilla gratuita y una versión profesional que entre otros permite realizar videos en dicho formato y editar algunas cualidades de los mismos. Ofrece dos alternativas de servidores web. El Darwind Streaming Server y el Quicktime Server, ambos para plataformas Mac. Su codec es muy utilizado para presentar películas cortas y previews de los últimos lanzamientos de hollywood por su calidad, aunque el tamaño es más pesado que otros formatos. En el sitio de Quicktime hay una amplia galería de cortos y videos para explorar.

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