Telecomunicaciones III

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Las imágenes 'Intra' (imágenes I) se codifican sin referencia a otras imágenes. La compresión moderada se logra reduciendo la redundancia espacial, pero no la redundancia temporal. Pueden usarse periódicamente para proporcionar puntos de acceso en el tren de bits donde puede comenzar la descodificación.

Las imágenes "predictivas" (imágenes P) pueden utilizar la imagen I o P anterior para compensar el movimiento y pueden utilizarse como referencia para una predicción adicional. Cada bloque en una imagen-P puede ser predicho o intra-codificado. Al reducir la redundancia espacial y temporal, las imágenes P ofrecen una mayor compresión en comparación con las imágenes I.

Las imágenes 'bidireccionalmente predictivas' (imágenes B) pueden utilizar las imágenes I o P anteriores y siguientes para compensar el movimiento y ofrecer el grado más alto de compresión. Cada bloque en una imagen B puede ser hacia adelante, hacia atrás o bidireccionalmente predicho o intracodificado. Para habilitar la predicción hacia atrás desde una trama futura, el codificador reordena las imágenes desde el orden natural de visualización a la orden de flujo de bits de modo que la imagen B se transmite después de las imágenes anteriores y siguientes a las que hace referencia. Esto introduce un retardo de reordenación dependiente del número de imágenes B consecutivas.

Los diferentes tipos de imagen típicamente ocurren en una secuencia repetitiva, denominada 'Grupo de imágenes' o GOP. Un GOP típico en orden de visualización es:

B1 B2 I3 B4 B5 P6 B7 B8 P9 B10 B11 P12

El orden de flujo de bits correspondiente es:

I3 B1 B2 P6 B4 B5 P9 B7 B8 P12 B10 B11

Una estructura GOP regular se puede describir con dos parámetros: N, que es el número de imágenes en el GOP, y M, que es el espaciado de P-pictures. El GOP dado aquí se describe como N = 12 y M = 3. MPEG-2 no insiste en una estructura GOP regular. Por ejemplo, una imagen P que sigue a un cambio de disparo puede estar mal predicha puesto que la imagen de referencia para la predicción es completamente diferente de la imagen que se está prediciendo. Por lo tanto, puede ser beneficioso codificarlo como una imagen I en su lugar. Para una calidad de imagen decodificada dada, la codificación utilizando cada tipo de imagen produce un número diferente de bits. En una secuencia típica de ejemplo, una imagen I codificada era tres veces mayor que una imagen P codificada, que era ella misma 50% más grande que una imagen B codificada.

Con los parámetros definidos anteriormente (M=3, N=12), el modo de codificación de imágenes sucesivas se traduce por la correspondencia número Û tipo de imagen siguiente:

1(I) 2(B) 3(B) 4(P) 5(B) 6(B) 7(P) 8(B) 9(B) 10(P) 11(B) 12(B) 13(I) 14(B) 15(B) 16(P).....

Sin embargo, para codificar o decodificar una imagen B (Bidireccional), el codificador y el decodificador necesitarán la imagen I o P que la precede y la imagen P o I que la sigue. El orden de las imágenes será, por tanto, modificado antes de la codificación, de forma que el codificador y el decodificador dispongan, antes que las imágenes B, de las imágenes I y/o P necesarias para su tratamiento:

1(I) 4(P) 2(B) 3(B) 7(P) 5(B) 6(B) 10(P) 8(B) 9(B) 13(I) 11(B) 12(B) 16(P) 14(B) 15(B).[pic 3]

Figura 2. Comparación de las imágenes antes y después de la compresión, mostrando un cambio de secuencia.

El aumento del factor de compresión facilitado por las imágenes B se paga, pues, con un tiempo de codificación/decodificación más largo (duración de dos imágenes) y un aumento en el tamaño de la memoria necesaria tanto en el codificador como en el decodificador (hay que almacenar una imagen suplementaria).

La Figura 12 muestra una curva de calidad constante donde la rata de bits cambia con el tiempo de codificación. A la izquierda, solamente se utilizan imágenes I o codificación espacial, mientras que a la derecha solo se utilizan imágenes sucesivas IBBP. Esto significa que hay una codificación bidireccional de imágenes entre imágenes de codificación espacial (I) e imágenes previstas (P).[pic 4]

Figura 3. Curva de calidad constante

3.1.2 FORMATOS DE MUESTREO

Cuando se trabaja con sistemas de televisión digital, es muy común encontrar formatos como 4:4:4, 4:2:2, 4:2:0, etc. Que son submuestreos de crominancia, para estos existen formatos de muestreo para SD y HD.

3.1.3 SUBMUESTRO DE CROMINANCIA

El submuestreo de crominancia es la práctica de codificar el componente de crominancia de la señal de video, mediante su muestreo a menor frecuencia que para el componente de luminancia, aprovechando la inferior agudeza del sistema visual humano para diferencias de color que para la luminancia.

3.1.4 FORMATO 4:2:2

Es el esquema de submuestreo utilizado en estudios de televisión, sistemas profesionales DV50 y en el formato MPEG-2, recomendado en el documento UIT-R BT.601-7. En este esquema, los componentes de color Cb y Cr son muestreados por un factor horizontal de 2 y situados con las componentes de luminancia, por tanto, la frecuencia de muestreo de las componentes de color es la mitad que los de luminancia. En términos de video digital, los 12 bytes de R'G'B' necesarios se reducen a 8, efectuando una compresión con pérdidas por un factor 1,5: 1. Este esquema requiere sólo dos tercios de la banda que se requiere para el esquema 4:4:4.[pic 5]

[pic 6]

Figura 3. Se explican las diferentes clases de submuestreo que podemos encontrar. La figura muestra de forma gráfica los casos más comunes. La segunda fila de la figura representa la componente de luminancia, para cada esquema, en cuadros de color gris, la inferior representa los componentes de crominancia (Cb y Cr) y la fila superior, la combinación resultante, a nivel de píxel.[pic 7]

Cuando la televisión digital arranca a especificarse en fuerza, el sistema de componentes se predecía que iba a ser el más usado. Uno de los objetivos de la televisión digital era que la frecuencia de muestreo debe ser común entre los formatos de 525 y 625. Aun cuando se sabía que los requerimientos de ancho de banda eran diferentes entre los dos formatos. Teniendo una común frecuencia de muestreo simplifica el diseño de equipos