Formats i sistemes de compressió

INTRODUCCIÓ ALS SISTEMES DE COMPRESSIÓ

En aquesta entrada explicarem els diferents sistemes de compressió de vídeo digital.

Però per començar, cal saber a què ens referim exactament quan parlem de compressió, i per a fer-ho, és necessari conèixer també el significat de codificació. Compressió i codificació són conceptes tan lligats que és freqüent confondre’ls.

Codificació: procés en el qual es representa una informació de vídeo o àudio digital de manera diferent de l’original, però sense perdre informació en el procés.
Compressió: reducció de la informació amb pèrdua d’aquesta perquè pugui visionar-se la imatge, però sense reduir-ne excessivament la qualitat (1).

Ara bé, entenem a què ens referim quan parlem de qualitat? És important no confondre aquesta amb la resolució: quantitat de píxels que es mostren en pantalla. Aquesta última no és determinant per a la qualitat del vídeo, però sí que una major resolució ens atorga facilitats per: enquadrar, fer-li zoom/escalar imatges en postproducció, o projectar en pantalles de grans dimensions, però no determina la qualitat.

El sensor de la càmera és el principal responsable perquè la imatge tingui qualitat, és a dir: es vegin el màxim nombre de detalls possibles, majors tonalitats d’un mateix color, etc. Recordem que la llum (element clau) és captada pel sensor. Aquí també juga un paper cabdal l’objectiu que tinguem i la il·luminació externa que hem muntat; per molt bona càmera que disposem, sempre és recomanable il·luminar. Per tant, la qualitat és el resultat d’un munt de factors i elements que s’interrelacionen, no dels píxels; però sí que aquesta es pot veure afectada per la compressió.

Sensor càmera. Font imatges: electronicssoftware.net i dzoom.org

La compressió de vídeo intenta equilibrar i trobar el “punt” idoni de:

L’espai/pes d’emmagatzematge.
La qualitat del vídeo.
L’adaptació al hardware requerit per tal de descomprimir el vídeo ràpidament per veure’l.

(1) Hem de ser conscients que la majoria de les compressions de vídeo impliquen pèrdua de qualitat. En aquest sentit i en vídeo, per a conèixer-ne la pèrdua no hi ha massa misteri, quan més pesa aquest (Mb, Gb), més qualitat té. Però cal saber que moltes de les dades presents, abans de la compressió no són necessàries, i per tant i alhora, es pot mantenir una qualitat acceptable.

CÒDECS

L’element responsable d’executar aquest procés de compressió s’anomena còdec. El seu significat és compressió-descompressió. Ja que comprimeix la informació i posteriorment la descomprimeix per a ser visualitzada.

Hem d’atendre que quan gravem amb una càmera aquesta ja fa una primera compressió interna amb un còdec, els més coneguts són:

l’Apple prores, o el RAW (2) per a professionals.
El h264 per a telèfons mòbils o treballs més amateurs.

Fins i tot quan fem l’exportació final d’un vídeo des d’un programa d’edició es fa servir un còdec. Per exemple, podem editar amb un arxiu RAW (sense compressió) i exportar-lo amb un còdec perquè pesi menys. Alguns programes deixen escollir quin còdec utilitzar, altres de més simples ho fan per defecte amb l’associat al programa.

Còdecs que ofereix el programa Final Cut Pro en l’exportació final de qualsevol vídeo editat. Font imatge: archstanton.org

(2) En aquest (RAW) no hi ha compressió, o bé, és gairebé inexistent; per tant, podria no incloure’s en aquest apartat. RAW és la manera de fotografiar o enregistrar vídeo on l’objectiu capta més fidedignament la realitat (sempre que hi hagi bona il·luminació, s’enquadri i enfoqui bé) És un arxiu descomprimit. Molts professionals l’utilitzen perquè la imatge resultant ofereix moltes possibilitats per editar-la (color, escala, etc) El problema que presenta és que alguns programes/suports no l’accepten si no es té el software adequat i l’arxiu resultant pesa força. Llavors, més quan el vídeo vol pujar-se a la xarxa, s’ha de transformar a JPG-MPEG (arxiu comprimit). Però el primer (RAW) ofereix més possibilitats d’edició i té més qualitat que els altres.

TIPUS DE FORMATS

Els diferents formats de vídeo digital (com s’anomena comunment al resultat del sistema de compressió i de la feina feta pels còdecs), anomenats també contenedors, poden dividir-se segons criteris diferents i cadascun té alguna singularitat.

Per exemple, i com s’ha avançat abans, hi ha formats de compressió amb pèrdues o sense; si comporten cert nivell de degradació de la informació original o no; en funció de l’objectiu final del vídeo: ser transmès en temps real o no; etc. El format fa possible que veiem les imatges en un reproductor, i depèn del seu destí serà més adequat un o altre.

Normalment cada còdec li ve assignat un format per afavorir la compatibilitat. Per exemple, el còdec h264 acostuma a anar associat al format mp4. Alguns còdecs presenten el mateix nom que el contenedor, d’aquí la confusió generada en molts casos i la importància d’atorgar un nom o altre a qualsevol tecnologia.

Llistat de còdecs, empreses responsables i formats. Font: Wikipedia

En l’auge d’Internet a la fi del S.XX van aparèixer moltíssims formats exclusius de cada empresa, que obligaven a fer servir programes propis per a visualitzar-los, incompatibles amb els infinits de la competència. Fins ben entrat el segle XXI no van aparèixer aplicacions capaces de suportar diferents formats, això va minimitzar la confusió; tanmateix, aquesta continua existint en alguns aspectes.

Si atenem a la llista d’opcions de format d’exportació d’una aplicació de vídeo qualsevol, tindrem un reflex fidel dels formats de vídeo més utilitzats actualment. A continuació els més coneguts:

MPEG: un estàndard ja considerat un “clàssic” i dels més acceptats per la indústria, especificats pel grup MPEG (Moving Pictures Experts Group) de la ISO (International Organization for Standardization). Després de l’èxit obtingut amb l’estàndard MPEG-1 el 1993, el grup va decidir fer un estàndard més complet i millorat, adreçat a un mercat potencial com la radiodifusió de televisió digital, atractiu i de gran escala. Finalitzat el 1995, l’estàndard MPEG-2 té millores en la compressió respecte al seu antecessor i gran flexibilitat. Estandaritza tant el vídeo com l’àudio que l’acompanya. Comprimeix de 15 a 30 vegades les dades d’un vídeo, i segueix produint una qualitat d’imatge considerada d’alta qualitat.

La propietat intel·lectual de l’estàndard MPEG-2 és compartida per diverses corporacions. Més de 500 patents el formen. Els venedors de productes i serveis basats en l’estàndard MPEG-2 han de pagar per a explotar la llicència. La institució beneficiària és MPEG-LA (http://www.mpegla.com/avc/ ), que administra el conjunt de patents MPEG.

Fins fa relativament poc els sistemes de vídeo digital, com la televisió digital per cable, terrestre i de satèl·lit o el format DVD utilitzaven l’estàndard MPEG-2, però la indústria ha adoptat clarament l’estàndard MPEG-4 (publicat el 2003) per a desplegar sistemes de vídeo digital nous. L’estàndard MPEG-4, abasta molts més aspectes dels sistemes de vídeo digital que els seus predecessors MPEG-1 i MPEG-2. L’extensió dels arxius MPEG-4 és .mp4.

AVI (Audio Video Interleaved = Àudio i Vídeo Intercalat): és un format estàndard per a emmagatzemar vídeo digital. L’arxiu AVI pot contenir vídeo amb una qualitat excel·lent. No obstant el pes de l’arxiu resulta sempre molt elevat. El format AVI pot ser visualitzat amb la majoria de reproductors: Windows Media, QuickTime, etc. sempre que es trobin instal·lats a l’equip els adequats còdecs per a cada tipus de reproductor. És ideal per guardar vídeos originals que han estat capturats de la càmera digital.

MOV: http://www.apple.com/es/quicktime/ És el format de vídeo i àudio desenvolupat per Apple. Utilitza un còdec propi que evoluciona en versions amb força rapidesa. Es recomana utilitzar el reproductor de QuickTime. Hi ha una versió gratuïta del mateix que es pot descarregar a Internet. És ideal per publicar vídeos per la seva qualitat, però hem d’atendre que pesa força. Admet streaming.

WMV: http://www.microsoft.com/windows/windowsmedia/es/ Ha estat desenvolupat per Microsoft. Utilitza el còdec MPEG-4 per a la compressió de vídeo. També pot tenir l’extensió .asf Només es pot visualitzar amb una versió actualitzada de Windows Media, malgrat que generalment ja ve integrada dins el mateix sistema. És ideal per publicar vídeos a Internet per la raonable qualitat / pes. Admet streaming.

RM: http://spain.real.com/ És la proposta de Real Networks per a arxius de vídeo. Utilitza un còdec propi per comprimir l’àudio. Aquest tipus d’arxius té extensió .rm i .ram. Es visualitza amb un reproductor específic: Real Player. Hi ha una versió gratuïta del mateix que es pot descarregar d’Internet. Es pot utilitzar per publicar vídeos a Internet per la seva acceptable qualitat / pes. Admet streaming.

FLV: http://www.adobe.com És un format que utilitza el reproductor Adobe Flash per visualitzar vídeo a Internet. Són arxius d’extensió .flv. Es poden reproduir des de diferents reproductors locals: MPlayer, VLC media player, Riva, Xine, etc. Opció recomanada per a la web per la seva accessibilitat. En visualitzar-se a través del reproductor de Flash accessible des de la majoria dels sistemes operatius i navegadors web. Molts repositoris de vídeo a Internet utilitzen aquest format per a la difusió de vídeos: YouTube, Google Video, iFilm, etc. Permet configurar diferents paràmetres del vídeo per aconseguir una acceptable qualitat / pes. Admet streaming.

I després de tot això veurem que encara hi han més variables que hauríem d’atendre, ja que quan es puja un vídeo a la xarxa també es fa una compressió -amb un còdec determinat en funció de la xarxa social- per tant, és interessant veure la següent taula. Ens adonarem quan és millor pujar el vídeo en un format/còdec o altre.