Fundamentos del Video Digital: Captura, Compresión y Distribución

Fundamentos del Video Digital

1. Captura y Conversión de Señal

Conversión de Imagen a Señal Eléctrica

• Utiliza sensores fotoeléctricos para transformar variaciones de luz en señales eléctricas.
  • CCD: Más sensibles, pero consumen más energía.
  • CMOS: Más eficientes y económicos.

Barrido o Exploración

• La cámara lee la carga eléctrica acumulada en cada punto del sensor en un orden específico para generar la señal eléctrica.

2. Digitalización del Video

Proceso similar al audio, que incluye:

• Muestreo: Captura puntos específicos de la señal.
• Cuantificación: Asigna valores numéricos a los puntos muestreados.
• Codificación: Traduce estos valores a datos digitales.

3. Codificación y Compresión de Video

Compresión Espacial

Divide la imagen en bloques (p. ej., 8x8 píxeles) y elimina información redundante.

Compresión Temporal

• Aprovecha que los cuadros sucesivos tienen cambios mínimos. Utiliza macro-bloques y vectores de movimiento para ahorrar datos.

Tipos de Cuadros

• I: Cuadros independientes.
• P: Cuadros predictivos.
• B: Cuadros bidireccionales.

Grupo de Cuadros (GOP)

• Organización de cuadros para la transmisión.

4. Formatos y Códecs de Video

M-JPEG

• Codifica cada fotograma como una imagen independiente (usado en cámaras antiguas y sistemas de edición).

5. Video en Streaming

• Los videos se transmiten en tiempo real aprovechando la compresión.

6. Ejemplo de Cálculo (Compresión 4:2:2)

• Muestras de luminancia/crominancia, régimen binario y compresión adaptada según especificaciones.

Parámetros y Estándares del Video Digital

1. Resolución

• PAL: 720x576 píxeles.
• NTSC: 720x480 píxeles.
• 4K: Aproximadamente 4000 píxeles horizontales.

2. Frecuencia de Cuadros (Frame Rate)

Frecuencia de fotogramas por segundo (fps):

• 25 fps: Televisión PAL (Europa).
• 29.97 fps: Televisión NTSC (EE. UU.).
• 24 fps: Cine tradicional.
• 48 fps: Cine digital para mayor fluidez.

3. PAR (Pixel Aspect Ratio)

Relación de aspecto entre el alto y el ancho de un píxel.

• 4:3 (1.33:1): Televisión estándar.
• 16:9 (1.77:1): Pantalla ancha (HD y UHD).

4. Formatos de Video

Combinación de tamaño de imagen y aspecto del píxel:

• Estándares comunes: SD 4:3, HDTV 16:9, Cine 2K y 4K.
• HD (Alta Definición):
  • Inicialmente usó 720p; ahora el estándar es 1080p.
  • Puede emplear píxeles cuadrados o rectangulares.

5. Códecs

Definición: Métodos para comprimir y descomprimir audio y video.

• Tipos: Nativos de cámara, para postproducción, masterización y difusión.
• Códecs comunes:
  • Apple ProRes, Avid DNx: Ofrecen alta calidad.
  • H.264, H.265: De uso generalizado y alta eficiencia.

6. Flujo de Datos (Bit Rate)

• El Bit Rate es la cantidad de datos por segundo (Mbps o Kbps).
• Factores clave: El ancho de banda de los discos (HDD/SSD) es crucial.
• Herramientas de optimización: Aplicaciones como AJA Datacalc y Blackmagic Disk Test ayudan a evaluar y optimizar el rendimiento.

7. Formatos Contenedores

Agrupan componentes de video, audio y metadatos:

• AVI: Desarrollado por Microsoft.
• MOV: Desarrollado por Apple.
• MP4: Formato genérico, ideal para streaming.
• Otros: MKV, MXF (común en cine digital), TS (utilizado en TDT).