Estàndards de Codificació i Compressió de Vídeo Digital

Norma Digital per Components

Durant molt de temps es va mantenir un debat entorn a quin dels dos models de codificació s’havia d’imposar en la televisió digital.

Models de Codificació del Senyal de Televisió

Hi havia dues formes bàsiques de codificar el senyal de televisió:

• Codificació en compost: Es feia segons el sistema de televisió del país: NTSC (EUA), PAL (Europa) o SECAM (França). Aquest mètode no permetia la compatibilitat entre els diferents sistemes.
• Codificació per components: Es digitalitza la informació de luminància (Y) i crominància (R-Y i B-Y). Aquest mètode permet la compatibilitat entre sistemes.

Norma Digital per Components 4:2:2

Aquesta norma fa referència especialment a la freqüència de mostreig del senyal digital.

En la digitalització, l’amplitud dels senyals de diferència de color, B-Y i R-Y, es modifiquen i passen a anomenar-se Cb i Cr (també coneguts com a Pb i Pr en alguns textos americans).

La característica principal de la norma 4:2:2 és que, per cada 4 mostres de Y, s'agafen 2 de C_B i 2 de C_R. Aquesta norma es caracteritza per presentar el doble de resolució horitzontal de luminància que de crominància, mentre que la resolució vertical és la mateixa en ambdós casos.

Família de Normes de Mostreig: 4:4:4, 4:2:2, 4:2:0 i 4:1:1

La norma 4:2:2 dona origen a tota una família de normes, que s’obtenen multiplicant o dividint les freqüències de mostreig bàsiques.

Norma 4:4:4

La norma 4:4:4 proporciona el màxim d’informació de crominància, ja que en aquesta norma tots els píxels tenen tota la informació. És a dir, cada píxel està representat pels tres valors digitals: Y, Cr, Cb.

Variants de Qualitat Inferior

Si fem un submostreig d’un senyal 4:2:2, podem obtenir variants de qualitat inferior, com ara:

• Sistema de mostreig 4:1:1: S'agafen 4 mostres de senyal de luminància per cada una de les senyals de diferència de color.
• Norma 4:2:0: Significa que durant una línia es transmeten únicament mostres de luminància i de la component Cr, mentre que en la línia següent se substitueix per la component Cb. Per a ser estrictes, aquest sistema s’hauria d’anomenar com a 4:2:0 4:0:2.

Formes Digitals i Sistemes de Compressió

L’enorme flux de dades generat per les càmeres va fer que les empreses comercials desenvolupessin sistemes per a comprimir aquestes dades per a la seva gravació en cintes o altres suports.

Aquesta compressió es basa en la utilització d’algoritmes que coneixem com a còdecs (codificador-descodificador).

La compressió no és una solució estàndard, sinó que és una sèrie de solucions que ofereixen els fabricants de càmeres o els diferents equips de postproducció.

Objectius de la Compressió

L’objectiu principal de la compressió és:

• Reduir el pes dels arxius.
• Reduir el flux de dades sense que hi hagi una pèrdua considerable de la informació.

L’eficiència de la compressió serà més alta com més gran sigui la compressió i menor la pèrdua d’informació.

La compressió es realitza en l’etapa d’enregistrament (sigui en cinta o targeta).

Les càmeres ofereixen sortides d’àudio i vídeo estandarditzades que proporcionen el senyal descomprimit o descodificat.

Còdecs: Llicències i Patents

Els còdecs són solucions industrials que acostumen a tenir una llicència o una patent comercial.

Quan tenen patent, formen part del secret tecnològic de les empreses i es consideren còdecs propietaris o tancats.

En aquests casos, es necessitarà una llicència tant per a la codificació com per a la descodificació.

Tipus de Còdecs segons la seva Funció

S’ha de diferenciar entre diferents tipus de còdecs segons la seva aplicació:

• Còdecs per a arxius de captació.
• Còdecs per a arxius de postproducció.
• Còdecs per a arxius de distribució.
• Còdecs per a treballs sense compressió.

Tipus de Compressió: Intraframe i Interframe

Existeixen dues grans famílies de compressions:

• Compressió Intraframe (Dins del quadre)

  Es comprimeix cada quadre o fotograma individualment, un a un. Aquest mètode té més qualitat, tot i que també pesa més i ocupa més memòria.

• Compressió Interframe (Entre diversos quadres)

  Aquesta compressió treballa entre grups d’imatges o GOPs (Group of Pictures). La idea és que entre un fotograma i un altre hi ha pocs aspectes que canvien, generant informació redundant que es repeteix al llarg dels fotogrames. Aquesta és la informació més fàcil de comprimir.

  En un GOP, es disposen generalment de tres tipus de quadres comprimits:

  • Quadre I (Intra-coded picture): És el quadre complet comprimit que inicia el GOP fins al següent quadre I.
  • Quadre P (Predictive-coded picture): Compara la informació entre els dos quadres I successius, obvia la informació redundant i comprimeix la restant.
  • Quadre B (Bi-directional predictive-coded picture): Compara la informació entre els quadres I i P (tant anteriors com posteriors) i procedeix de manera similar per a la compressió.

  La compressió interframe és generalment més eficient en ràtio de compressió que la intraframe.

Aplicació en Càmeres

• Generalment, les càmeres professionals treballen amb còdecs intraframe.
• En les càmeres prosumer, és més comú trobar equipaments amb compressió interframe.