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Comprimir es desechar

El video digital comprimido llegó para quedarse; ya hace parte de nuestras vidas. Pero con sus muchas ventajas ha traído un nuevo repertorio de problemas que debemos aprender a manejar.

La pequeña bestia analógica que algunos llevamos dentro tiende a resistirse a la nueva tecnología. Cuando examinamos el video comprimido notamos que tiene "algo raro", una sutil variación cualitativa que muchas veces no podemos describir. Pero también nos vemos obligados a aceptar que la imagen es buena, y que los espectadores corrientes la aceptan sin problemas.

En definitiva ¿qué es lo que le ocurre a la imagen cuando se digitaliza? Según algunos, nada. Pero el personal técnico con experiencia puede detectar pequeñas alteraciones que aumentan notablemente al incrementar las ratas de compresión.

El término artifacts se usa en inglés para describir estos defectos: los bordes se endurecen, se pierde detalle en las partes oscuras, algunas partes de la imagen se ven como bloques de color sólido, quizás se presenten interrupciones en los movimientos…

Todos estos problemas son evidentes en el material altamente comprimido de un CD-ROM, o en un editor no-lineal para trabajo offline. Pero detectarlos en los sistemas de tipo profesional, con ratas de compresión de 5:1 o menos, es cada vez más difícil. Los diseñadores han hecho una buena tarea al mejorar los esquemas de compresión para obtener imágenes aceptables.

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Esto hace que los realizadores se vayan reconciliando con el video comprimido. Pero en ocasiones tenemos imágenes en las que los defectos reaparecen. La prueba de fuego es una imagen de alto contraste, con mucho detalle y bastante movimiento: plano general de las hojas de un árbol movidas por el viento al atardecer. Plano medio de la tribuna de un estadio en una final de fútbol. Paneo de libros en una biblioteca…

Facilitar la tarea

¿Por qué someternos a trabajar comprimiendo el material? La manipulación de video digital en tiempo real es una labor complicada. Un solo cuadro de video sin comprimir equivale aproximadamente a un megabyte de información digital; y manejamos 25 ó 30 cuadros por segundo, 60 segundos por minuto… Unas pocas operaciones aritméticas muestran que para manejar video digital sin comprimir es necesario contar con mucho espacio de almacenamiento y una monstruosa capacidad de procesamiento.

Bit Rate Reduction: esas son las palabras mágicas que hacen viables los sistemas de video. Al reducir la cantidad de información digital necesaria para almacenar imágenes en movimiento es posible construir equipos de costo razonable que cumplan esta tarea.

Para reducir el flujo de información digital que describe una serie de imágenes pueden usarse varios procedimientos. Algunos, como la reducción de la frecuencia de cuadros del video o la disminución de la profundidad de color, han caído en desuso. Es evidente que nadie se siente cómodo al editar material digitalizado a 256 colores, con una frecuencia de 15 cuadros por segundo… Aunque en algunos casos los productos actuales digitalizan solamente un campo de la imagen, el video siempre se describe utilizando una paleta de 24 bits para obtener más de 16 millones de colores.

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He aquí los principales recursos para comprimir el video y reducir la rata de datos:

Disminuir la resolución física de la imagen. La imagen de calidad D1 debe alcanzar una resolución de 720 x 480 pixeles, según las normas técnicas vigentes. Algunos fabricantes optan por reducirla a 640 x 480, una resolución perfectamente adecuada para imágenes PAL o NTSC originadas en los formatos más populares en la actualidad. Quizás sea una exageración decir que este cambio es invisible, pero en la práctica no presenta mayores problemas.

Aplicar filtros analógicos a la imagen que se digitaliza. Algunos equipos de bajo costo reducen la definición de la imagen, suavizándola, quitándole detalles, para ayudar a disminuir el flujo de información digital correspondiente a cada cuadro. Por supuesto, estos procedimientos casi siempre tienen efectos indeseables en la calidad de la imagen, por lo cual en la mayoría de los casos su uso es opcional.

Usar sistemas alternativos para la codificación del color. Algunos equipos codifican el video en formato RGB y usan 8 ó 10 bits por canal, lo cual representa un mínimo de tres bytes por cada punto de la imagen. La mayoría de los equipos disponibles en la actualidad, tales como las grabadoras Betacam SP, emplean alguna forma de codificación de color por componentes. Al codificar el video en el espacio YUV, utilizando información sobre diferencias de color, es posible generar tan sólo dos bytes por punto, sin una pérdida apreciable de calidad de imagen.

Reducir el muestreo de componentes de la señal. El video digital por componentes imita el comportamiento de las señales análogas que usan la mitad del ancho de banda de la luminancia para cada una de las señales de diferencia de color. Esto significa que el video por componentes utiliza una imagen de blanco y negro de resolución completa que se superpone con una imagen en color de media resolución. Haciendo un paréntesis, esta es una restricción propia de los sistemas actuales de televisión en color. De hecho, la codificación NTSC aplica una especie de compresión analógica a la información de color.

En el lenguaje del video digital se describen los procedimientos de muestreo mediante una relación aritmética que exhibe la proporción de información digitalizada efectivamente. Así, video digital 4:2:2 indica que por cada bloque de cuatro pixeles de información sobre luminancia se capturan dos para la codificación de la información de color. Algunos equipos operan con un muestreo 4:1:1, lo cual representa una reducción adicional en la resolución de la parte de color. Incluso existen sistemas con una relación de muestreo 4:1:0, de uso frecuente en equipos de distribución satelital.

Hay que aclarar que el muestreo es la primera fase de la digitalización de video. Al capturar menos información digital, reduciendo el muestreo o la resolución de la imagen, se empieza a simplificar la tarea de los equipos de compresión.

Todo lo anterior nos lleva a una conclusión importante: gran parte de los problemas del video digital comprimido se origina antes que empiecen a trabajar los complicados procedimientos matemáticos de los diferentes esquemas de compresión. La verdad es que al empezar a comprimir ya se ha desechado parte de la información digital que describe la imagen. Y si bien cada uno de estos procedimientos por sí solo no tiene efectos graves en la imagen, en ciertos casos su aplicación simultánea puede causar efectos indeseables.

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Más bytes en menos espacio

Luego de obtener una versión digital de nuestras imágenes, los equipos se dedican a la innoble tarea de empacar en cinta o discos duros una versión aún más reducida de nuestro trabajo. Este es, básicamente, un proceso de eliminación de redundancias en la imagen. Cada cuadro de imagen se analiza en tiempo real para detectar repeticiones que puedan describirse mediante la complicada taquigrafía digital de los esquemas de compresión.

Algunas veces se buscan las partes que se repiten en el tiempo, de cuadro en cuadro. En otros casos sólo se identifican pixeles parecidos dentro de cada imagen. Según la rata de datos que se quiera obtener, los esquemas de compresión decidirán por nosotros cuáles elementos de la imagen difieren lo suficiente como para tomarlos en cuenta, y en definitiva desecharán de forma irreversible parte de la imagen.

¿Cuáles son los efectos en la imagen? En todos los casos, el uso de estos procedimientos ocasiona pérdida de los detalles más finos que se encontraban en la imagen original.

Algunos esquemas de compresión tienen problemas para manejar los bordes duros o las imágenes sin foco, que pueden aparecer con un leve efecto de mosaico. Es posible que ocurran saltos en los movimientos de cámara más rápidos, cuando la imagen cambia demasiado de cuadro en cuadro. Otros esquemas de compresión introducen ruido aleatorio en la imagen, con efectos similares a los de las generaciones de video analógico. Y aunque parezca ridículo, algunos estilos de peinado son incompatibles con el video digital comprimido.

Defectos como estos son las "cosas raras" que encontramos en el video digital comprimido. Son nuevos problemas, algunas veces difíciles de detectar para ojos entrenados en un entorno analógico. ¿Cómo solucionarlos? Sería tonto pensar en renunciar a cierto tipo de planos para poder obtener una calidad de video consistente.

Es necesario aprender a manejar con inteligencia los nuevos equipos, aprovechando los sistemas de compresión variable y generando sistemas de trabajo que permitan evadir con elegancia las limitaciones técnicas inevitables. Y quizás, sólo algunas veces, tomando oportunamente la decisión de volver al equipo analógico cuando resulte conveniente. TV&V

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