GRABACIÓN DE VIDEO EN DIVX: CODIFICACIÓN DE INFORMACIÓN, FORMATOS, COMPARATIVA CON OTROS FORMATOS. (2015)

Trabajo Español
Universidad Universidad Carlos III de Madrid (UC3M)
Grado Ingeniería Informática - 1º curso
Asignatura Tecnologías aplicadas a la investgación
Año del apunte 2015
Páginas 16
Fecha de subida 18/02/2015
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Comparativa entre los diferentes formatos de video existentes.

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UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID TRABAJO DE TECNOLOGÍAS APLICADAS A LA INVESTIGACIÓN I GRABACIÓN DE VIDEO EN DIVX: CODIFICACIÓN DE INFORMACIÓN, FORMATOS, COMPARATIVA CON OTROS FORMATOS.
Autor: Francisco José Márquez Solaz Aranjuez, 30 de Diciembre de 2013 Grabación de Video en DivX: Codificación de la información, formatos, comparativa con otros formatos Índice ÍNDICE ..................................................................................................................................... 1 1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 2 1.1 ¿QUE ES DIVX? ................................................................................................................ 2 1.2 ORIGEN .............................................................................................................................. 2 1.3 ACTUALIDAD ................................................................................................................... 3 2. COMPRESIÓN DE UN VIDEO......................................................................................... 3 2.1 CÓDEC DE VIDEO ........................................................................................................... 4 2.2 COMPRESIÓN DE IMÁGEN Y COMPRESIÓN DE VIDEO .......................................... 4 3. FORMATOS DE VIDEO .................................................................................................... 7 3.1 DIFERENCIAS ENTRE CONTENEDOR Y CODEC ...................................................... 7 3.2 ESTÁNDARES DE VIDEO MÁS CONOCIDOS .............................................................. 7 3.2.1 MPEG-1 ............................................................................................................................ 7 3.2.2 MPEG-2 ............................................................................................................................ 7 3.2.3 MPEG-3 ............................................................................................................................ 8 3.2.4 MPEG-4 ............................................................................................................................ 8 3.3 CÓDECS DE VIDEO MÁS CONOCIDOS ........................................................................ 9 3.3.1 XVID................................................................................................................................. 9 3.3.2 H.264 ............................................................................................................................... 10 3.3.3 THEORA ........................................................................................................................ 10 3.4 CONTENEDORES MÁS IMPORTANTES ..................................................................... 10 3.4.1 AVI ................................................................................................................................. 10 3.4.2 OGG ................................................................................................................................ 11 3.4.3 MP4 ................................................................................................................................. 11 3.4.4 FLV ................................................................................................................................. 11 3.4.5 MOV ............................................................................................................................... 11 3.4.6 MPG ................................................................................................................................ 11 3.4.7 MKV ............................................................................................................................... 11 4. CONCLUSIÓN .................................................................................................................. 12 ANEXOS ................................................................................................................................. 13 PASAR DE DVD A AVI......................................................................................................... 14 5. BIBLIOGRAFÍA................................................................................................................ 15 1 Grabación de Video en DivX: Codificación de la información, formatos, comparativa con otros formatos 1. Introducción[1] [2] [3] [4] 1.1 ¿Qué es DivX? DivX es un formato de video basado en los estándares MPEG-4 que, combinado con la compresión de audio MP3, consigue una gran calidad de imagen muy superior a la del VHS con un caudal inferior a 1 Mbit/s. Sus siglas provienen de Digital Video Express, y permite disminuir el espacio en disco de un video, sin pérdida significativa de calidad, logrando el ahorro significativo de espacio, consiguiendo que la información sea almacenada necesitando menos bytes. De este modo se permite que la información pueda ser transmitida, por ejemplo a través de Internet, de una forma más ágil.
1.2 Origen DivX tiene su origen en 1997, cuando se usó este nombre para definir una tecnología de discos compactos y reproductores especiales que iban a funcionar bajo el sistema de pago por visión, para alquilar películas. Fue un intento por parte de los almacenes Circuit City y de la firma de entretenimiento Ziffren, Brittenham, Branca y Fischer de crear una alternativa al alquiler de películas de video y al formato de DVD en los Estados Unidos. Posteriormente dicho proyecto fracasó y fue abandonado en el año 1999.
Más tarde, programadores independientes reutilizaron parte de esa tecnología para fines distintos y sin ánimo de lucro.
2 Grabación de Video en DivX: Codificación de la información, formatos, comparativa con otros formatos 1.3 Actualidad Actualmente, DivX es un formato de compresión/descompresión para imagen de video que permite ofrecer una calidad de imagen y sonido muy parecida al DVD, pero necesitando algo menos del 10% de los bytes. Como comparativa, podríamos decir que DivX es al video lo mismo que el MP3 es al audio.
El auge de este formato surgió a raíz de la comercialización de las películas en DVD, ya que permitía almacenar la película en un CD convencional, que resultaba ser mucho más barato.
DivX es un sistema de compresión independiente de la extensión de los archivos. Por ejemplo, un archivo de la extensión AVI, puede estar comprimido con DivX o no estarlo. Los videos comprimidos pueden tener imagen o imagen y sonido. El DivX solo se aplica a la parte de la imagen y no afecta al sonido. El sonido puede llevar su propio sistema de compresión, que normalmente será el MP3.
Hace unos años, para poder visualizar vídeos comprimidos con DivX hacía falta instalar un decodificador (usualmente conocido como códec) que se agregaba al reproductor de video.
Actualmente el propio reproductor de Windows (Reproductor de Windows Media) reconoce la mayoría de formatos de video conocidos hasta la fecha, y el VLC presenta aún mayor aceptabilidad de formatos de video, por lo que la idea de “requerir un códec” para reproducir un archivo, está próxima a la extinción.
2. Compresión de un video [6] [7] [8] [13] Las técnicas de compresión de video consisten en reducir y eliminar datos redundantes del vídeo, de este modo es mucho más fácil enviarlo a través de la red, además de almacenarlo.
Con técnicas de compresión eficaces se puede reducir considerablemente el tamaño del fichero sin que afecte, en prácticamente nada, la calidad de imagen. Sin embargo, la calidad del vídeo puede verse afectada si se reduce en exceso el tamaño del fichero aumentando el nivel de compresión que se utilice.
3 Grabación de Video en DivX: Codificación de la información, formatos, comparativa con otros formatos 2.1 Códec de vídeo En el proceso de compresión se aplica un algoritmo al vídeo original para crear un archivo comprimido. Para reproducir el archivo comprimido, se aplica el algoritmo inverso y se crea un vídeo que incluye prácticamente el mismo contenido que el vídeo original.
El tiempo que se tarda en comprimir, enviar, descomprimir y mostrar un archivo es lo que se denomina latencia, por tanto, cuanto más avanzado sea el algoritmo de compresión, mayor será la latencia.
El par de algoritmos que funcionan conjuntamente se denomina códec de vídeo. Los códecs de vídeo de estándares diferentes no suelen ser compatibles entre sí, o dicho de otra manera, el contenido de video comprimido en un estándar no se puede descomprimir con otro estándar diferente.
Esto es debido a que un algoritmo no puede descodificar correctamente los datos de salida de otro algoritmo, aunque si es posible usar muchos algoritmos diferentes en el mismo software o hardware para permitir de este modo la existencia de varios formatos.
2.2 Compresión de imagen y compresión de vídeo Los diferentes tipos de compresión utilizan métodos distintos para reducir datos y, por tanto, lo resultados en cuanto a frecuencia de bits y latencia son diferentes. Los algoritmos de compresión que existen son de dos tipos: Por compresión de imágenes y por compresión de video.
El primer tipo usa tecnología de codificación intrafotograma, esto es, los datos se reducen a un fotograma de imagen con el fin de eliminar la información innecesaria que resulta no apreciable para el ojo humano. Como ejemplo a este tipo de estándar destaca “Motion JPEG” (Imagen 1) por el que las imágenes se comprimen como imágenes JPEG individuales.
4 Grabación de Video en DivX: Codificación de la información, formatos, comparativa con otros formatos Imagen 1. Con “Motion JPEG”, las tres imágenes de la secuencia se codifican y se envían como imágenes únicas y separadas (fotogramas I), sin que dependan unas de otras.
Por otro lado, los algoritmos de compresión de vídeo cómo el MPEG-4 y el H.264 utilizan la predicción interfotograma para reducir los datos de vídeo entre las series de fotogramas. Esto no es más que el uso de técnicas como la codificación diferencial, por la que un fotograma se compara con otro fotograma, que será el de referencia, y sólo se codifican los píxeles que han cambiado con respecto al fotograma de referencia (Imagen 2). De esta manera, se reducen considerablemente el número de píxeles codificados y enviados.
Imagen 2. Con la codificación diferencial sólo la primera imagen (fotograma I) se codifica en su totalidad. En las dos imágenes siguientes (fotogramas P) existen referencias a la primera imagen en lo que se refiere a elementos estáticos, como la casa. Sólo se codifican las partes en movimiento (el hombre que corre) mediante vectores de movimiento, reduciendo así la cantidad de información que se envía y almacena.
Otro mecanismo de compresión, que reduce mucho más los datos, es hacer uso de la compensación de movimiento basada en bloques. Esta técnica considera que la mayor parte de un fotograma nuevo, se incluye en un fotograma previo. Considerando esto, dicha técnica subdivide un fotograma en varios bloques de píxeles para tratar de predecir un nuevo fotograma bloque a bloque, buscando coincidencias con el fotograma de referencia.
5 Grabación de Video en DivX: Codificación de la información, formatos, comparativa con otros formatos De este modo, la codificación del vector de movimiento precisa de menos bits que si hubiera de codificarse el contenido real de un bloque.
Con la predicción interfotograma, cada fotograma de una secuencia de imágenes se clasifica como un fotograma I, P o B (Imagen 3).
Un fotograma I es una imagen autónoma que se puede codificar de forma independiente sin hacer referencia a otras imágenes, por tanto es lógico pensar que la primera imagen de una secuencia de vídeo es siempre un fotograma I.
Este tipo de fotogramas sirven como puntos de inicio en nuevas visualizaciones o como puntos de resincronización si la transmisión de bits resulta dañada, por tanto consumirán muchos más bits que el resto. Los fotogramas I se pueden utilizar para implementar funciones de avance o retroceso rápido o de acceso aleatorio. Un codificador insertará automáticamente fotogramas I a intervalos regulares.
Un fotograma P (Predictivo) hace referencia a partes de fotogramas I o P anteriores para codificar el fotograma. Los fotogramas P requieren menos bits que los fotogramas I pero pueden presentar pequeños errores en la transmisión de datos debido a la gran dependencia de fotogramas anteriores.
Un fotograma B (Bipredictivo) es un fotograma que hace referencia tanto a fotogramas anteriores como posteriores. El uso de este tipo de fotogramas aumenta la latencia.
Imagen 3. Secuencia de fotogramas I,B,P. Un fotograma P puede hacer referencia a los de tipo I o P anteriores mientras que un fotograma de tipo B puede hacer referencia a los de tipo I o P tanto anteriores como posteriores.
6 Grabación de Video en DivX: Codificación de la información, formatos, comparativa con otros formatos 3. Formatos de Vídeo 3.1 Diferencias entre contenedor y códec [7] Una película contiene como mínimo, una cadena de vídeo y otra de audio que han de reproducirse simultáneamente. Cada una de estas cadenas se codifica independientemente con distintos formatos de compresión (códecs). Como ejemplos para el vídeo podemos citar MPEG2, MPEG4, H.264… y para el audio MP3, AC3 o DTS.
El formato contenedor multimedia se encarga de almacenar las distintas cadenas de las que está compuesta la película para reproducirlas simultáneamente. Algunos ejemplos son el AVI, MP4 o OGG.
3.2 Estándares de Vídeo más conocidos 3.2.1 MPEG-1[14] Fue presentado en 1993 y está dirigido a aplicaciones de almacenamiento de vídeo digital en CD’s. Es por esto que se requieren de un ancho de banda de 1,5Mbit/s (352x288 píxeles). Este formato es el usado para el VCD. La calidad de salida con la tasa de compresión usual es similar a la de un vídeo de VHS.
3.2.2 MPEG-2 [14] Fue presentado en 1994 como estándar para video digital de alta calidad y televisión digital de alta calidad, además de medios de almacenamiento interactivo (ISM), retransmisión de vídeo digital y televisión por cable.
MPEG-2 se centró en ampliar la técnica de compresión MPEG-1 para cubrir imágenes más grandes y de mayor calidad con un nivel de compresión menos y un consumo de ancho de banda mayor. Además proporciona herramientas adicionales para mejorar la calidad del vídeo consumiendo el mismo ancho de banda, con lo que se producen imágenes de muy alta calidad cuando lo comparamos con otras tecnologías de compresión. El ratio de imágenes por segundo está restringido a 25 para sistemas PAL y 30 para sistemas NTSC.
Con MPEG-2 se pueden conseguir hasta ratios de 100:1, dependiendo de las características del propio vídeo.
7 Grabación de Video en DivX: Codificación de la información, formatos, comparativa con otros formatos MPEG-2 define dos sistemas de capas: el flujo de programa y el flujo de transporte. Se usa uno u otro, pero no los dos a la vez.
3.2.3 MPEG-3 [9] Es el nombre de un grupo de estándares de codificación de vídeo y audio realizados por MPEG.
Fue diseñado para tratar señales HDTV en un rango de entre 20 a 40 Mbits/s, pero más tarde se descubrió que se podían conseguir resultados similares modificando ligeramente el estándar MPEG-2. Por esto HDTV fue incluido como un apartado separado en el estándar MPEG-2 y a partir de entonces se interrumpió el trabajo sobre MPEG-3.
3.2.4 MPEG-4 [10] MPEG-4: Es un método para la compresión digital de audio y vídeo. Fue introducido a finales de 1998. Los usos de MPEG-4 incluyen la compresión de datos de audiovisuales para la web (más conocido como streaming) y distribución de CD, voz (teléfono y videoconferencia) y difusión de aplicaciones de televisión.
MPEG-4 absorbe muchas de las características de MPEG-1 y MPEG-2 y otros estándares relacionados, añadiendo características tales como el soporte para 3D, soporte para la Gestión de derechos digitales y diversos tipos de interactividad.
MPEG-4 es todavía un estándar en desarrollo y se divide en un número de piezas. Por ejemplo MPEG-4 parte 2 es el perfil utilizado por códecs como DivX y Xvid, y MPEG-4 parte 10 es el utilizado por H.264 y video de alta definición (usado para el ya extinto HD-DVD y el actual Blu-ray) A continuación se muestra una tabla comparativa de los formatos MPEG 2, MPEG-4 parte 2 y parte 10. [17] 8 Grabación de Video en DivX: Codificación de la información, formatos, comparativa con otros formatos Imagen 4: Tabla comparativa de MPEG 3.3 Códecs de Vídeo más conocidos Además del DivX ya mencionado en el apartado 1.1, destacan: 3.3.1 XVID [13] Es el popular códec desarrollado como un proyecto de software libre por programadores voluntarios de todo el mundo. Xvid está basado en el estándar MPEG-4. El formato fue creado como una alternativa libre a otros códecs comerciales de vídeo. Este códec permite comprimir una película completa con una calidad cercana a la de la fuente original para que permita su almacenamiento en un CD-ROM convencional. El video usualmente se combina con audio MP3 para, de esta manera, tener un audio y video de alta calidad.
9 Grabación de Video en DivX: Codificación de la información, formatos, comparativa con otros formatos Todos estos factores y el hecho de que el códec se distribuya de forma libre, han contribuido al éxito de este formato.
3.3.2 H.264[15] Es un códec de video de alta compresión desarrollado conjuntamente por el ITU-T Video Coding Experts Group (VCEG) y el ISO/IEC Moving Picture Experts Group (MPEG). La intención del proyecto H.264/AVC fue la de crear un estándar capaz de proporcionar una buena calidad de imagen con tasas binarias notablemente inferiores a los estándares previos (MPEG2, H.263 o MPEG-4 parte 2), además de no incrementar la complejidad de su diseño.
Este códec es un formato propietario, es decir que está sujeto a unos derechos por los que su uso no es libre, es decir, que si un navegador quiere reproducirlo se le puede pedir que pague por ello.
3.3.3 Theora[13] Theora es un códec de vídeo libre que está siendo desarrollado por la Fundación Xiph.Org, como parte de su proyecto Ogg. Está basado en el códec VP3 La finalidad de este códec es la posibilidad de tener ficheros Ogg, donde Theora actúa como la capa de vídeo, mientras que Vorbis actúa generalmente como la capa de audio. Esto permite trabajar con audio y vídeo sin tener que maniobrar con formatos cerrados y/o de pago, es decir, teniendo una alternativa libre y competitiva a los formatos del grupo MPEG4 del consorcio MPEG.
3.4 Contenedores más importantes 3.4.1 AVI [1] Sus siglas vienen de Audio Video Interleave, es un formato contenedor de audio y video lanzado por Microsoft en 1992. Este formato permite almacenar simultáneamente un flujo de datos de video y varios flujos de audio.
El formato concreto de estos flujos no es objeto del formato AVI y es interpretado por un programa externo denominado códec. Es decir, el audio y el video contenidos en el AVI pueden estar en cualquier formato (AC3/DivX, o MP3/Xvid, entre otros). Por eso se le considera un formato contenedor.
10 Grabación de Video en DivX: Codificación de la información, formatos, comparativa con otros formatos 3.4.2 OGG [11] Ogg es un formato contenedor, desarrollado por la Fundación Xiph.Org. Ogg es un formato usado preferentemente para contenido audiovisual. Ogg es un formato contenedor de estándar abierto, pero es totalmente de código abierto, es decir que no es un formato propietario y por lo tanto no paga derechos de autor ni está sometido a limitaciones por copyright.
3.4.3 MP4 [12] MP4 es un formato de archivo contenedor que forma parte del estándar MPEG-4 parte 14. Este archivo contenedor se utiliza ampliamente para distribuir vídeo y audio que cumplan el estándar MPEG-4 (por ejemplo H.264 AVC para vídeo o AAC para audio), pero también puede almacenar otro tipo de datos como subtítulos, información de capítulos e imágenes fijas.
Además permite asimismo realizar streaming a través de la red.
3.4.4 FLV [5] Flash Video (FLV) es un formato contenedor propietario usado para transmitir video por Internet usando Adobe Flash Player. El sitio más conocido que hace uso de este formato es Youtube. Es el más usado para realizar streaming. El audio en los archivos FLV se encuentra regularmente codificado como MP3 3.4.5 MOV [13] Es un contenedor desarrollado por Apple. Además de permitir realizar streaming, es ideal para publicar vídeos en Internet por su razonable relación entre la calidad y el tamaño del archivo.
El reproductor más típico para este tipo de formato es el Quicktime.
3.4.6 MPG [14] Este tipo de contenedor presenta archivos con extensión *.mpg o *.mpeg. Tanto el video como el audio pueden hallarse en un formato determinado y con ciertas características. Admite distintos tipos de códecs de compresión: MPEG-1 (calidad CD), MPEG-2 (calidad DVD) y MPEG-4 (más orientado a la web).
3.4.7 MKV [15] Este tipo de formato también se conoce como Matroska, un tipo de archivo capaz de contener múltiples pistas de video, imágenes, audio y subtítulos, todo en el mismo archivo. Es Open Source o de código abierto. Pretende servir como formato universal para almacenamiento de contenido audiovisual y multimedia.
11 Grabación de Video en DivX: Codificación de la información, formatos, comparativa con otros formatos 4. Conclusiones A raíz de la práctica realizada se llega a la conclusión de la importancia del DivX en la actualidad y destaca la gran cantidad de códecs y formatos de vídeo que existen actualmente.
Aunque a día de hoy el tamaño en disco no supone un problema, antiguamente el uso del DivX fue toda una revelación. Cuando los ordenadores apenas tenían unos 20 GigaBytes de espacio, nadie podía permitirse el lujo de tener varias películas sin ripear en su PC. Supuso una gran revolución el poder pasar una película de un DVD a un CD sin pérdida notable de calidad y más aún, cuando la mayoría de reproductores de DVD domésticos permitían la lectura de este formato.
Actualmente el formato DivX sigue siendo el que más se utiliza al ser este el formato escogido para la mayoría de videos que se pueden bajar por programas P2P (“peer to peer”) por, cómo se ha mencionado antes, su gran relación calidad-tamaño.
La extensión usualmente más usada con DivX es “.avi” que ya ha desplazado, prácticamente a la extensión “.mpg”, los “.mov”,“.ogg” y muchos otros contenedores.
12 Grabación de Video en DivX: Codificación de la información, formatos, comparativa con otros formatos ANEXOS 13 Grabación de Video en DivX: Codificación de la información, formatos, comparativa con otros formatos ANEXO I Paso de DVD a Avi [16] Hace unos años este paso resultaba bastante complejo, requiriendo en primer lugar volcar el DVD al ordenador para, seguidamente extraer el video por un lado, el audio por otro y, posteriormente combinarlos en un archivo.
Actualmente existen infinidad de programas para realizar este paso de un modo directo y sin requerir conocimiento alguno. Uno de los programas más sencillos es el Free DVD Video Converter.
Free DVD Video Converter .
En este programa podemos verlo sencillo que resulta convertir un DVD a avi. Simplemente seleccionamos la unidad lectora y el tipo de archivo de salida que queremos y le damos a convertir.
Otros programas que facilitan esto son el EasyDivX y el Tmpeng.
14 Grabación de Video en DivX: Codificación de la información, formatos, comparativa con otros formatos 5. Bibliografía [1].
Definición de DivX http://es.wikipedia.org/wiki/Digital_Video_Express [2].
DivX http://www.internetmania.net/int0/int77.htm [3].
DivX http://www.informatica-hoy.com.ar/software-libre-gnu/Formato-DivX.php [4].
DivX http://es.wikipedia.org/wiki/DivX [5].
FLV http://es.wikipedia.org/wiki/Flash_Video [6].
Métodos de compresión http://www.axis.com/es/products/video/about_networkvideo/compression.htm [7].
Diferencia entre formatos contenedores http://explicandotecnologia.blogspot.com.es/2011/01/diferencia-entre-formatoscontenedores.html [8].
Algoritmos de compresión http://profesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo330/2s05/projects/Perez/Algoritmos.htm [9].
MPEG-3 http://es.wikipedia.org/wiki/MPEG-3 [10].
MPEG-4 http://es.wikipedia.org/wiki/MPEG-4 [11].
OGG [12].
MP4 http://www.mundodivx.com/mp4/ http://es.wikipedia.org/wiki/OGG [13]. Formatos de archivo http://www.ite.educacion.es/formacion/materiales/107/cd/video/video0102.html [14].
MPEG http://www.mundodivx.com/mpeg/ [15].
MKV http://tuspreguntas.misrespuestas.com/preg.php?idPregunta=11734 [16]. Pasar de DVD a Avi http://www.dvdvideosoft.com/es/guides/free-dvd-videoconverter.htm [17]. Tabla Comparativa formatos MPEG http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1405-77432007000300004 15 ...