Digitalización de imágenes y compresión MPEG en video

Digitalización de imágenes

Debido al gran nivel de prestaciones ofrecidas actualmente, debemos realizar una conversión analógica-digital de la señal de imagen. Al plantear la digitalización de la imagen, debemos tener en cuenta que cuantas más muestras tomemos, mayor será la calidad de imagen pero más espacio ocupará. Para ahorrar ese espacio, podemos tomar muestras. Al digitalizar solo los trozos de la señal de video que contienen información, aparece el concepto de Línea Activa Digital (LAD). La digitalización se aplica en la señal de componentes, lo cual mejora la calidad de la señal procesada.

Formación de la trama digital

En el sistema 4:2:2, uno de cada dos puntos muestreados lleva información cromática, mientras que el otro tiene información de blanco y negro. Al usar esta estructura de muestreo, para uno de los puntos tendremos solo información de la Y, mientras que en el siguiente será Y + 2 muestras de Cr y Cb. El periodo de repetición es de 148ns.

Una vez colocados los datos correspondientes, se establece un sistema que indica su inicio para asegurar que los datos se interpreten correctamente. El sistema empleado usa códigos de inicio de video activo (SAV) y al final de video activo (EAV).

Transmisión de la trama

El problema de la trama digital generada con este sistema es su enorme ancho de banda (0-270MHz). Si lo comparamos con los 8MHz de un canal de TV convencional, vemos la necesidad de reducirlo mediante:

Transmisión en paralelo

Podemos usar una interfaz que permita comunicar empleando 8 líneas, una para cada bit de palabra. Sin embargo, queda limitado a la conexión entre equipos.

Transmisión en serie

Si deseamos transmitir a largas distancias, en la transmisión en paralelo hay limitaciones. Por lo tanto, se enviará la trama bit a bit. Otra modificación de la comunicación de las señales es el NRZI. Este sistema codifica de tal modo que cuando se transmite 1, la señal cambia de valor sin importar el anterior, y si es 0, se mantiene la línea con el nivel anterior.

Medidas de calidad en video digital

Medir sobre la trama digital: La forma más básica de comprobar consiste en medir directamente la trama digital. La imagen que tendremos mostrará un diagrama de ojo representado en el dominio de tiempo de las diferentes señales que se están propagando por el cable.

Interpretando la trama: Algunos instrumentos de medida pueden decodificar la trama SDI, representando las señales Y, Pb (B-Y) y Pr (R-Y) que transportan el dominio en el tiempo. Se pueden visualizar las 3 componentes de manera simultánea. Con el vectoscopio, analizamos si los vectores de color se producen con las fases correctas.

Compresión de imágenes MPEG

En señales digitales, compresión equivale a reducción de datos. La diferencia entre la totalidad de datos de un mensaje y su redundancia se llama entropía y corresponde con la información esencial del mensaje.

Al comprimir una señal, el transmisor elimina la parte de la información y reduce el flujo de datos. El receptor deberá reconstruir el mensaje original a partir de la información que le llegue.

De los 4 estándares, el más implantado para aplicaciones de radiodifusión de TV digital es el MPEG2, que tiene gran resolución para el tratamiento, codificación, compresión y transmisión de las señales de video.

Los sistemas analógicos de TV transmiten una imagen tras otra, pero no tienen en cuenta que en una imagen de video aparece una gran cantidad de información redundante. Frecuentemente, un punto de imagen es igual a los que le rodean.

El inconveniente está en la transmisión de objetos móviles al ser cambiantes. Sin embargo, se puede predecir su movimiento.

Sistemas de compresión de imágenes

Compresión intracampo

Recibe este nombre por el método usado para codificar los puntos correspondientes a una semiimagen. El primer paso para conseguir la compresión es convertir el 4:2:2 con 10 bits por muestra en otro que use menos datos. La cuantificación elegida es 4:2:0, lo que supone que la calidad de Y se mantiene, mientras que las muestras de C se reducen a la mitad. Además, se reducen de 10 a 8 bits por muestra. Lo siguiente es restringir la cantidad de información comparando puntos de imagen similares. Se divide la imagen en grupos de 8x8 píxeles llamados bloques. Analizando estos bloques, se detecta la alta redundancia, por lo que se puede comprimir. La herramienta usada para la reducción de información es la Transformada Discreta del Coseno.

El problema está cuando se aplica a una imagen de mala calidad, ya que por los puntos de ruido presentará una información muy diferente. Por tanto, muchos coeficientes distintos de 0 harán que la compresión sea muy poco efectiva.

Compresión intercuadro

Una vez transmitida la información correspondiente a la imagen, se puede recrear la siguiente imagen observando los cambios que se han producido entre la captación de ambas y recolocando los objetos en sus nuevas ubicaciones. Solo queda añadir los elementos que han aparecido nuevos. Para analizar los movimientos entre dos imágenes, se comparan con macrobloques de 16x16 píxeles.