Tasa de bitios constante
Actualmente, la mayoría de sistemas digitales de teledifusión utilizan MPEG-2 como estándar de compresión para codificar video dentro de una tasa de bitios constante CBR (Constant Bit Rate). Esta es, precisamente, la mayor ventaja de la codificación CBR porque la hace fácil de transportar a través de canales de comunicación convencionales. Puesto que la codificación controlada CBR apunta a ofrecer balance a los promedios de bitios deseados en un período de tiempo específico, esto implica que el número de bitios utilizado para codificar los diferentes segmentos de un programa de video sean los mismos. El resultado es la variación de la calidad del video codificado con respecto del contenido. Para muchas aplicaciones de teledifusión o transmisión, una tasa mayor de bitios es utilizada con frecuencia para garantizar la calidad de video aceptable y necesaria para los más complejos segmentos de contenido en video. Al mismo tiempo, más bitios son tirados a la basura innecesariamente por segmentos simples de contenido en video.
Tasa de bitios variable
Para mejorar la información a través de las redes digitales de teledifusión, la migración de la tecnología de codificación en video digital desde CBR hacia una tasa variable de bitios VBR (Variable Bit Rate) es el siguiente paso que podría alcanzar sustanciales ahorros de bitios sin sacrificar la calidad de video codificada. El alto ratio de compresión del sistema de codificación VBR se ha hecho evidente en aplicaciones como DVD, VCD y servidores de video. Según la aplicación, la configuración y el encoder utilizado, la eficiencia en la codificación alcanza mejoras hasta en un 40%.
El principio de la codificación VBR es codificar el contenido de video tanto como sea posible a una calidad constante. El número de bitios utilizado para codificar cada cuadro es una función de complejidad espacial y temporal de contenido del mismo. Esto resulta en un flujo de bitios VBR.
Principio de control de tasa para codificación CBR y VBR
El algoritmo de codificación de video MPEG-2 soporta dos modos de operación para la salida de sus tasas de bitios. Uno es CBR que ha sido estudiado en detalle y utilizado como el modo de operación por defecto para las más conocidas aplicaciones. El otro modo es el de codificación VBR que ha sido apoyado sintácticamente pero no ha sido merecedor de un estudio detallado.
Entre los beneficios que reporta el modo de codificación VBR (Variable Bit Rate) se encuentra que esta codificación tiene un gasto mínimo de bitios reservado que permite ser utilizado para codificar secuencias fijas o cualquier otra clase de secuencias simples. Está modulada principalmente por los parámetros de calidad de la codificación para alcanzar de esta manera el objetivo con respecto de la calidad de la codificación.
Al comparar el promedio de la tasa de bitios codificados del modo VBR, en contraste con lo ofrecido por la codificación CBR, la primera puede alcanzar mayor calidad en la codificación puesto que puede utilizar tasas más altas para codificar el contenido más complejo.
Transporte de flujos de bitios VBR
Asumiendo que el canal de transporte es de un ancho de banda constante, hay tres significados para la eficiencia de los flujos VBR:
- VBR con tasa de bitios disponible ABR
Se trata de un modo de transporte simple de flujos donde uno o varios flujos VBR son multiplejados directamente sin procesamiento inteligente alguno. El multiplejador tiene una tasa de salida de bitios que es igual a la suma de la más alta tasa de bitios de todos los flujos de entrada VBR.
- Múltiples flujos VBR con multiplejador inteligente open-loop
Un multiplejador inteligente open-loop es definido como aquel que puede entender la sintaxis de los paquetes de entrada a la capa de flujos de video. Cuenta con un elemento de protección para grandes paquetes de información de manera que el multiplejador disponga de tiempo suficiente para analizar los flujos de bitios de entrada y haga una distribución de los paquetes de salida con los mecanismos de redundancia y planeación de tiempo.
- Múltiples flujos de bitios con multiplejador inteligente closed-loop
Para la utilización de las capacidades de ahorro de bitios para servicios de video, un multiplejador inteligente closed-loop puede ser usado donde la tasa mayor de cada codificador VBR esté coordinada por un agente de control de la tasa de multiplejado estadístico. Este agente cambiará la distribución de la tasa más alta en la frecuencia que la suma de ésta sea siempre igual al porcentaje de la salida de bitios del multiplejador.
Aplicaciones de un multiplejador VBR
Una de las características más importantes de la codificación VBR es su habilidad para alcanzar calidades de video similares o mejores que la complejidad aleatoria del contenido de video cuando se utilizan menos bitios como en el caso de la codificación CBR. Esta cifra de ahorro es una ganancia significativa para cualquier sistema digital de comunicaciones.
Esto permite incrementar el número de programas de video por transmisión, mejorar la codificación utilizando el mismo promedio de tasa de bitios, utilizar la tasa de bitios disponible ABR (Available Bit Rate) para servicios de transmisión asincrónica de data definidos por las especificaciones de ATSC y DVB, video pre-comprimido estadísticamente para feeds remotos o desde un servidor de video MPEG-2, re-multiplejado estadístico de flujos de bitios desde los flujos de video multiplejados, codificación directa a reproductores DVD que pueden ofrecer una salida de flujos MPEG sin la necesidad de los procesos de codificación y decodificación, multiplejado estadístico para videocámaras basadas en flujos MPEG para aplicaciones de noticias y eventos en vivo.
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