El video es una secuencia de imágenes sincronizadas, las cuales poseen las siguientes características: (Pavón Anrango , 2016)
2.4.1. Número de fotogramas por segundo.
Velocidad de carga de las imágenes (cadencia), es el número de imágenes por unidad de tiempo de grabación, para cámaras mecánicas es cargan de seis a ocho fotogramas por segundo (fps) o 120 imágenes por segundo o más para las cámaras profesionales actuales. Los estándares PAL (Europa, Asia, Australia, etc.) y SECAM (Francia, Rusia, partes de África, etc.) especifican 25 fps, mientras que NTSC (EEUU, Canadá, Japón, etc.) especifica 29,97 fps. El cine es más lento con una velocidad de 24 fps, lo que complica un poco el proceso de transferir una película de cine a vídeo. Para lograr la ilusión de una imagen en movimiento, la velocidad mínima de carga de las imágenes es de unas quince imágenes por segundo, sin embargo, el ojo humano puede distinguir movimiento mucho más fluido por encima de los 48 fotogramas por segundo.
2.4.2. Sistema de barrido. 2.4.2.1. Progresivo.
En los sistemas de barrido progresivo, en cada período de refresco se actualizan todas las líneas de exploración como se puede apreciar en la figura 2(a). El desarrollo de sistema de representación de imagen diferentes al tubo de imagen, como las pantallas de TFT y de plasma, han permitido desarrollar sistemas de televisión de barrido progresivo.
Un procedimiento conocido como desentrelazado puede ser utilizado para transformar el flujo entrelazado, como el analógico, el de DVD, o satélite, para ser procesado por los dispositivos de barrido progresivo, como el que se establece en los televisores TFT, los proyectores y los paneles de plasma.
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2.4.2.2. Entrelazado.
La exploración entrelazada 2/1, característica de los sistemas de televisión PAL, NTSC y SECAM así como de algunos otros desarrollados posteriormente, consiente en analizar cada cuadro (frame) de la imagen en dos semicuadros iguales denominados campos (field), de forma que las líneas resultantes estén imbricadas entre si alternadamente por superposición. Uno de los campos contiene las líneas pares, se le denomina "campo par", mientras que el otro contiene la impares, se le denomina "campo impar" al comienzo de cada uno de ellos se sitúa el sincronismo vertical. Hay un desfase de media línea entre un campo y otro para que así el campo par explore la franja de imagen que dejó libre el campo impar. La exploración entrelazada de un cuadro de dos campos exige que el número de líneas del cuadro sea impar para que la línea de transición de un campo al otro sea divisible en dos mitades.
Las especificaciones abreviadas de la resolución de vídeo a menudo incluyen una i para indicar entrelazado. Por ejemplo, el formato de vídeo PAL es a menudo especificado como 576i50, donde 576 indica la línea vertical de resolución, i indica entrelazado, y el 50 indica 50 cuadros (la mitad de las imágenes) por segundo.
2.4.3. Resolución.
El tamaño de una imagen de vídeo se mide en píxeles para vídeo digital, o en líneas de barrido horizontal y vertical para vídeo analógico. En el dominio digital, la televisión de definición estándar (SDTV) se especifica como 720/704/640 × 480i60 para NTSC y 768/720 × 576i50 para resolución PAL o SECAM. Sin embargo, en el dominio analógico, el número de líneas activas de barrido sigue siendo constante (486 NTSC/576 PAL), mientras que el número de líneas horizontal varía de acuerdo con la medición de la calidad de la señal: aproximadamente 320 píxeles por línea para calidad VCR, 400 píxeles para las emisiones de televisión, y 720 píxeles para DVD. Se conserva la relación de aspecto por falta de píxeles cuadrados.
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Los nuevos dispositivos de visualización de alta definición (HDTV) son capaces de reproducir en resoluciones de hasta 1920 × 1080 p60, es decir, 1920 píxeles por la línea de barrido por 1080 líneas, a 60 fotogramas por segundo. La resolución de vídeo en 3D para vídeo se mide en voxels (elementos de volumen de imagen, que representan un valor en el espacio tridimensional). Por ejemplo, 512 × 512 × 512 voxels, de resolución, se utilizan ahora para vídeo 3D simple.
2.4.4. Relación de aspecto.
La relación de aspecto se expresa por la anchura de la pantalla en relación con la altura. El formato estándar hasta el momento en que se comenzó con la estandarización de la televisión de alta definición tenía una relación de aspecto de 4/3. El adoptado es de 16/9. La compatibilidad entre ambas relaciones de aspecto se puede realizar de diferentes formas.
Una imagen de 4/3 que se vaya a ver en una pantalla de 16/9 puede presentarse de tres formas diferentes:
Con barras negra verticales a cada lado (letterbox). Manteniendo la relación de 4/3 pero perdiendo parte de la zona activa de la pantalla. Agrandando la imagen hasta que ocupe toda la pantalla horizontalmente.
Se pierde parte de la imagen por la parte superior e inferior de la misma. Deformando la imagen para adaptarla al formato de la pantalla. Se usa toda
la pantalla y se ve toda la imagen, pero con la geometría alterada (los círculos se ven elipses con el diámetro mayor orientado de derecha a izquierda).
Una imagen de 16/9 que se vaya a ver en una pantalla de 4/3, de forma similar, tiene tres formas de verse:
Con barras horizontales arriba y abajo de la imagen (letterbox), se ve toda la imagen, pero se pierde tamaño de pantalla (hay varios formatos de letterbox dependiendo de la parte visible de la imagen que se vea (cuanto más grande se haga más se recorta), se usan el 13/9 y el 14/9).
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Agrandando la imagen hasta ocupar toda la pantalla verticalmente, perdiéndose las partes laterales la imagen.
Deformando la imagen para adaptarla a la relación de aspecto de la pantalla se ve toda la imagen en toda la pantalla, pero con la geometría alterada (los círculos se ven elipses con el diámetro mayor orientado de arriba a abajo).
2.4.5. Espacio de color y bits por pixel.
El nombre del modelo del color describe la representación de color de video. El sistema YIQ se utilizó en la televisión NTSC. Se corresponde estrechamente con el sistema YUV utilizado en la televisión NTSC y PAL; y con el sistema YDbDr utilizado por la televisión SECAM. El número de colores distintos que pueden ser representados por un pixel depende del número de bits por pixel (bpp). Una forma de reducir el número de bits por píxel en vídeo digital se puede realizar por submuestreo de croma (por ejemplo, 4:2:2, 4:1:1, 4:2:0).
2.4.6. Calidad del video.
La calidad de vídeo se puede medir con métricas formales como PSNR o subjetivas con calidad de vídeo usando la observación de expertos.
La calidad de vídeo subjetiva de un sistema de procesamiento de vídeo puede ser evaluada como sigue:
Elegir las secuencias de vídeo a usar para la realización de la prueba. Elegir los ajustes del sistema a evaluar.
Elegir un método de prueba para presentar las secuencias de vídeo a los expertos y recopilar su valoración.
Invitar a un número suficiente de expertos, preferiblemente un número no menor de 15.
Realizar las pruebas.
Calcular la media para cada HRC basándote en la valoración de los expertos o no expertos.
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Hay muchos métodos de calidad de vídeo subjetiva descritos en la recomendación BT.500. de la ITU-T. Uno de los métodos estandarizados es el Double Stimulus Impairment Scale (DSIS). En este método, cada experto ve una referencia intacta del vídeo seguida de una versión dañada del mismo video. El experto valora entonces el vídeo dañado utilizando una escala que va desde “los daños son imperceptibles” hasta “los daños son muy molestos”.
2.4.7. Método de compresión de video.
Se usa una amplia variedad de métodos para comprimir secuencias de vídeo. Los datos de vídeo contienen redundancia temporal, espacial y espectral. En términos generales, se reduce la redundancia espacial registrando diferencias entre las partes de una misma imagen (frame); esta tarea es conocida como compresión intraframe y está estrechamente relacionada con la compresión de imágenes. Así mismo, la redundancia temporal puede ser reducida registrando diferencias entre imágenes (frames); esta tarea es conocida como compresión interframe e incluye la compensación de movimiento y otras técnicas. Los estándares mayormente usados son MPEG-4 usado para los sistemas de vídeo domésticos y en otros casos DIVX.
2.4.7.1. Tasa de bits.
La tasa de bits es una medida de la tasa de información contenida en un flujo o secuencia de video. La unidad en la que se mide es en bits por segundo (bit/s o bps) o también Megabits por segundo (Mbit/s o Mbps). Una mayor tasa de bits permite mejor calidad de vídeo. Por ejemplo, el VideoCD, con una tasa de bits de cerca de 1Mbps, posee menos calidad que un DVD que tiene una tasa de alrededor de 20Mbps. La VBR (Variable Bit Rate – Tase de Bits Variable) es una estrategia para maximizar la calidad visual del vídeo y minimizar la tasa de bits. En las escenas con movimiento rápido, la tasa variable de bits usa más bits que los que usaría en escenas con movimiento lento, pero de duración similar logrando una calidad visual consistente. En los casos de vídeo streaming en tiempo real y sin buffer, cuando el ancho de banda es fijo (por
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ejemplo, en videoconferencia emitida por canales de ancho de banda constante) se debe usar CBR (Constant Bit Rate – Tasa de Bits Constante).
2.4.7.2. Compresión de videos.
Las técnicas de compresión están basadas en un conocimiento preciso y exhaustivo de cómo el cerebro y los ojos trabajan en combinación para formar el complejo sistema visual humano. Como resultado de estos estudios se produce una reducción significativa del tamaño del archivo de video sin prácticamente ningún efecto para la calidad visual.
A finales de los 80, se formó el Motion Picture Expert Group (MPEG, Grupo de Expertos en Imágenes en Movimiento) con el propósito de definir un estándar para la codificación de imágenes en movimiento y audio. Desde entonces ha producido los estándares para MPEG-1, MPEG-2 y MPEG-4. Para reducir las sobrecargas del medio en la distribución de esas secuencias y con el fin de conseguir la reducción deseada de los datos de las imágenes se emplean los siguientes criterios:
Reducir matrices de color en la imagen.
Reducir la resolución de color respecto a la intensidad de luz prevaleciente.
Reducir partes pequeñas, invisibles de la imagen.
En el caso de una secuencia de vídeo, las partes de una imagen que no cambian se dejan en su forma original.
2.4.8. Estructura de los videos.
Un contenedor de video es el formato de archivo que incluye los meta- datos, video, audio e información de sincronización y corrección de errores. El trabajo del contenedor es envolver las transmisiones de video y audio, así como proporcionar sincronización y soporte de streaming.
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Las pistas de vídeo y audio suelen ir comprimidas, siendo los distintos códecs utilizados dentro de cada uno de los contenedores los encargados de descomprimir la información para su reproducción.
Un archivo de video por lo general contiene un flujo de video y un flujo de audio, sin embargo, múltiples flujos pueden ser incluidos. Por ejemplo, el video 3D puede contener dos flujos de video independientes, es decir, uno para cada ojo, o en otros casos omitir el audio.
Figura 7: Estructura de un archivo de video. Fuente: (Systemic Pty Ltd, 2014)
Dependiendo del formato a utilizar en el almacenamiento se estructuras los datos de video y audio. Todos los formatos actuales, que se enumeran a continuación, están basados en PCM (Modulación por impulsos codificados).
CCIR 601 usado para estaciones de difusión.
MPEG-4 bueno para la distribución en línea de vídeos grandes y vídeo grabado en memoria flash.
MPEG-2 usado para DVD y Super-VCD. MPEG-1 usado para video CD.
H.261, H.263.
H.264 también conocido como MPEG-4 Part 10, o AVC.