DVD y Mpeg

1. Introducción

DVD y MPEG-2 son palabras que se están poniendo muy de moda. Por un lado, las dos plataformas digitales de TV transmiten con este formato. Por otro, los lectores de DVD , tanto domésticos como para ordenador, y las películas DVD están en plena expansión. Como formato digital, está relacionado con el DV. Además, en mi opinión, el formato DV es un formato de captura y edición, mientras que el DVD ( MPEG-2) es el formato de almacenamiento por excelencia. Lo que viene a continuación es, como siempre, un extracto de artículos sacados de la web. En concreto, de la revista DV Magazine de diciembre de 1996 y de la web de C-Cube Microsystems.He ido ampliando esta página y al final ha quedado un poco mezclado el MPEG-2 y el DVD.

¿ Qué es el DVD ?"Digital Versatil Disc". Es el nuevo formato de distribución de películas de vídeo ( y datos en general ). Tiene el mismo tamaño que un CD-ROM pero su capacidad de almacenamiento va de los 4.5GB hasta los 17GB dependiendo de si se usan una o dos capas / una o dos caras. En un disco de simple cara/simple capa cabe una película de duración normal. El sistema de compresión de las imágenes es el MEPG-2.

¿ Qué es MPEG ? MPEG ( Moving Picture Experts Group ) es un estándar de compresión de audio, video y datos establecido por la Unión Internacional de Telecomunicaciones. Originariamente había 4 tipos diferentes MPEG-1, 2 ,3 y 4 que se diferencian en la calidad y ancho de banda usado.

Ofrece tres ventajas : compatibilidad mundial, gran compresión y poca degradación de la imagen. El estándar no especifica cómo se debe hacer la compresión. Los diferentes fabricantes luchan para determinar el mejor algoritmo, manteniendo siempre la compatibilidad.

Está pensado de manera que la descompresión sea relativamente sencilla y barata. Sin embargo, la compresión es realmente compleja y ,hasta hace poco, cara.

Un cadena MPEG se compone de tres capas: audio, video y una capa a nivel de sistema. Esta última incluye información sobre sincronización, tiempo, calidad , etc.

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.

JPEG : Joint Photographic Experts Group . Como su nombre indica es un sistema de compresión de fotografías. Muchos de los sistemas de compresión de vídeo, tal como el M-JPEG ( motion JPEG ) Cinepak e Indeo, se basan en él. Consideran el vídeo como una sucesión de fotografias. MPEG introduce la noción de movimiento de una manera mucho más compleja y agresiva el el M-JPEG.

2. La compresión MPEG-2

Bueno, vamos con él. La compresión intraframe ( no voy a traducir esta palabra ) 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 se referencias tanto a una anterior como a una futura y son las que menos ocupan. Nunca se usan como referencia para otras.

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. Fácil ¿no?.

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.

El audio

Tema controvertido y confuso durante cierto tiempo. Originariamente había dos propuesta : para el mercado americano el sistema elegido fue el Dolby Digital. Para el europeo el sistema sería el MPEG-2 LII Audio. Creo que finalmente se ha impuesto el Dolby Digital para todo el mundo. En cualquier caso, todo decodificador debe obligatoriamente soportar, al menos, el sistema Dolby Digital. Las diferencias entre ambos son pequeñas o nulas desde el punto de vista del usuario: soportan el sistema de altavoces llamado 5.1 ( cinco canales y un subwoofer). Pero claro, a la industria americana no le interesa tener que hacer diferentes versiones o formatos. Evidentemente, para películas antiguas que no lleven el sonido en Dolby Surround, se emplean una o dos pistas de sonido PCM.

Una gran ventaja del DVD es la presencia de bandas sonoras y subtítulos en varios idomas , permitiendo cualquier combinación de ellos ( se puede oir en inglés con subtítulos en aleman para aprender dos idomas a la vez )

Hay otro tema controvertido que es el del uso de DVD como sistema de audio de alta calidad. Creo que acaba de salir el estándar, soportando 2 o 4 canales a 48/96 Khz y 20/24 bits , lo cual brinda al usuario la misma calidad que la empleada en el estudio de grabación.

Areas de distribución :

Otro tema controvertido (probablemente el que más). La industria del cine impuso una condición "bloqueante" a la hora aprobar el nuevo formato. Es el de la distribución geográfica. Esto significa que una película DVD comprada en USA ( país donde suelen aparecer antes las películas por motivos obvios ) no puede ser vista en un reproductor DVD europeo. No es un problema de formato PAL o cualquier otro motivo técnico, es simplemente, que los disco DVD y los reproductores tienen un sistema que identificación de zona que bloque el visionado de una película que no es de su zona específica. Se crearon 5 zonas a nivel mundial.

Esto ha atraido la atención inmediata de los "hackers" y existen muchas página web dedicadas a cómo saltarse esta protección. Si la reproducción se hace con DVD-ROM y un PC, es bastante sencillo.Parece ser que las unidades DVD-ROM permiten elegir la zona un cierto número de veces ( hasta 5) quedando ya bloqueada para siempre. Pero como últimamente ofrecen la posibilidad de actualizar la bios interna, basta actualizar el software con una versión "crakeada" para saltarse la protección. !Incluso hay sitios donde hablan de cómo modificar un DVD doméstico!.

Puntos de interés :

A la hora de codificar algo en formato MPEG-2 hay que mantener o usar originales de la máxima calidad. MPEG-2 no se lleva nada bien con vídeos o películas degradados y con ruido. Todo el mecanismo de predicción y compresión se vuelve loco. Incluso vídeos calidad S-VHS contiene suficiente ruido como para perturbar al codificador MPEG. Dado que el codificador está continuamente buscando cambios entre imágenes, verá un ligero ruido como un cambio, generando los correspondientes vectores de movimiento. Como dicen en la industria del MEPG : basura de entrada = megabasura de salida. Es importante usar filtros de entrada para mejorar fuentes ruidosas. A menudo, estos filtros son mucho más caros que el propio codificador MPEG. Si se dispone de fuentes digitales es mejor no pasarlas a cinta analógica, sino transcodificar directamente. De ahí la importancia de la salida Firewire de las cámaras DV.

Es importante también hacer una codificación de prueba de las escenas más difíciles de la película ( las de mayores cambios o acción ). Si los resultados no son buenos, se puede "suavizar" la fuente a expensas de perder un poco de detalle.

No todas las películas DVD están igual de bien codificadas. Hay en la red páginas dedicadas a valorar la calidad técnica de los títulos que van saliendo. Ha habido casos en que han tenido que volver a editar la película por la baja calidad del primer master.

L'MPEG (Moving Picture Experts Group)

És un sistema de compressió de vídeo i àudio implantat per la Unió Internacional

de Telecomunicacions.

És un codificador universal, no presenta incompatibilitats.

Comprimeix completament diversos fotogrames alhora, i crea dependència entre

ells. És el que es coneix com Interframe. És un sistema més complex. En el procés

de digitalització, comprimeix uns fotogrames principals, són els de vídeo i

s’anomenen key frames (cotes); i uns altres de secundaris, els que contenen la

informació de les imatges, s’anomenen delta frames.

Estalvia molt espai, però no és gaire utilitzat per a l’edició. El fet de no digitalitzar

completament cada frame per separat comporta una pèrdua de detalls no

processats, i consegüentment un recull d’informació incompleta que interfereix

considerablement en la qualitat final, amb imatges poc definides. En canvi, per la

seva característica universal, és molt apropiat per veure vídeos ja editats.

Podem fer una gran classificació d'aquesta forma:

AVI	- Audio Video Interleaving
	- Amb extensió .avi
	- És format per editar vídeo des de Studio 8, Premiere...
	- Cada clip AVI té un codec específic, propietari o genèric
	- Un dels codecs més bons de qualitat per editar és el DV-AVI, amb el qual es treballa per fireware
	- Una excepció és el divx, que és format final, no editable, i té extensió *.avi , encara que no deixa de tenir estructura interna mpeg,

MPEG	- Motion Picture of Experts Group
	- Amb extensió .mpg
	- És format final, mai per editar vídeo.
	- MPEG-1: Dissenyat per poder introduir vídeo en un CD-ROM, amb una qualitat d’imatge i so raonable. - MPEG-2: Pensat per a televisió digital i per als DVD, per la seva alta resolució. - MPEG-4: Amb un format i una resolució baixa per facilitar la seva transmissió, està ideat per a videoconferències I Internet, bàsicament. L’algorisme del DivX;-) prové de la manipulació i del códec MPEG-4 desenvolupat per Microsoft. Amb aquest format per a les imatges i l’MP3 per al so, és possible comprimir una pel·lícula de dues hores en l’espai d’un sol Cd-rom i amb una qualitat superior a la del VHS.
	- Sorgiran nous, estandards, com el mpeg7 i el mpeg 21

Streaming	- Vídeo per a la xarxa internet
	- Amb extensió .rm, .mov i .wmv ( i algun derivat)
	- Sempre és format final, no editable, i de molt poca qualitat (apte per xarxa)
	- 3 grans grups, amb les seves cases comercials: Quicktime ( Apple ) Windows Media Vídeo ( Microsoft ) Real Vídeo ( Real )