Semana del DVD en faq-mac.com V

Faq-mac.com se complace en presentaros una Guía sobre el DVD, a cargo de David Merino Pérez.

Capítulo I: Introducción

Capítulo II: El sonido

Capítulo III: la Imagen

Capítulo IV: la Imagen

4.1.-Capacidades

El CD y el DVD comparten el mismo tamaño (12 cm de diámetro y 1.2 mm de anchura), el aumento de capacidad se consigue reduciendo el tamaño de cada “cero o uno” (de 1.6 pm (picómetro) a 0.74 pm) y con unos algoritmos que reducen el número de información necesaria para corrección de errores por redundancia. Así se consiguen capacidades de entre 4.7Gb y 17 Gb, con una tasa máxima de 10 Mbps. Es importante aclarar que mientras en informática estábamos acostumbrados a que un Gigabyte está compuesto por un millón de Kilobytes de 1024 bytes cada uno, en el caso del DVD hablamos de múltiplos enteros, es decir: 1000 bytes=1Kb,1000Kb=1Mb,1000Mb=Gb. Además para nombrarles se recurre al número entero más cercano por arriba. Un DVD puede tener 2 caras (hay información por las dos caras del disco, por eso en algunas películas debemos darla la vuelta a la mitad) y en cada cara puede llevar una o dos capas, así tenemos los siguientes tipos de DVD por capacidad:

DVD-5 4.70 Gb , una cara con una capa.

DVD-9 8.54 Gb , una cara con dos capas

DVD-10 9.40 Gb , dos caras, cada una de una capa

DVD-18 17.08 Gb , Dos caras, ambas con dos capas.

Existe otro formato, DVD-14 con dos caras, una de ellas con dos capas y la otra con una, pero no viene definida en la norma de DVD. También se pensó un formato híbrido de densidad mixto de tal manera que una capa tiene densidad de DVD y la otra de CD, para que un DVD-Audio pudiera ser leído en un lector de CD-Audio (sin las características extendidas del DVD-Audio, por supuesto).

Volviendo con el UDF, en todo DVD podemos distinguir tres zonas: zona DVD-Video, zona DVD-Audio y zona DVD-Otros. En un DVD podemos encontrar una carpeta llamada audio_ts, otra llamada video_ts y el resto con cualquier información. Es decir un reproductor de DVD-Vídeo, cuando se le introduce un DVD, el lector reconoce que es un disco DVD y busca toda la información que necesita en la carpeta video_ts (esta carpeta es la llamada zona DVD-Video). Un reproductor de DVD-Audio, que hay poquitos, busca en la carpeta audio_ts (zona DVD-Audio) y si el disco contiene in formación de vídeo (también puede llevarla) en video_ts. Mientras que un ordenador o una consola van a buscar la información que necesitan en la zona DVD-Otros (resto de archivos y carpetas que haya en el disco), aunque también pueden acceder a las otras zonas y reproducirlas si disponen del equipo y los programas adecuados. Lógicamente la información guardada en la zona de Otros debe ser reconocible en un ordenador y lo guardado en la carpetas video_ts y audio_ts debe cumplir una serie de características para que el lector pueda reproducirlo correctamente.

Podemos tener un DVD híbrido: una película con su contenido en la carpeta video_ts y un juego para PC en la zona de Otros.

Existen otros tipos especiales de DVD, desarrolladas principalmente por Sonic (una de las empresas pioneras en DVD), que se detallan a continuación:

-eDVD: DVD híbrido que lleva un navegador web incorporado y que permite conectarse a internet y descargar nuevo contenido, consultar webs, etc.

-sDVD: los contenidos de DVD-Video no tiene porque residir en un disco, pudiendo estar en un servidor y que el usuario vea el contenido gracias a un player de DVD en su ordenador y una conexión de banda ancha.

-cDVD: si un DVD-Video está por debajo de la capacidad de un CD (alrededor de 15 minutos de video), podemos grabar nuestro título en un CD, de tal manera que pueda ser leído en los lectores de CD-ROM y de DVD-ROM (es decir sólo ordenadores, un DVD doméstico no es capaz de reproducirlo). El título se reproduce mediante un software incluido en la zona de Otros.

-hDVD: extiende el formato de imagen a la alta definición (HDTV: High Definition Tele Vision), es decir 720 puntos en modo no entrelazado (progresivo) ó 1080 puntos en modo entrelazado. Estos títulos sólo se pueden reproducir en un ordenador con el software apropiado, lógicamente el tiempo disponible depende de la calidad de imagen elegida.

5.-DVD-Video

Como ya se comentó el DVD-Video se desarrolló como un producto de consumo de alta calidad de vídeo que pudiera ser reproducido en aparatos conectados a cualquier televisor. Sin embargo sus características le han hecho apto para muchas otras aplicaciones como música, presentaciones, juegos, karaoke, catálogos, kioscos, etc.

Estas características son vídeo de alta calidad en formato MPEG-2, formato PAL o NTSC, hasta 8 pistas de audio para diferentes idiomas, hasta 9 pistas de video simultáneas para multiángulo, hasta 32 subtítulos, audio multicanal, proteccion anticopia y antidesencriptado, bloqueo parental para contenidos para adultos, función karaoke, bloqueo por regiones geográficas.

5.1.-Reproductores

Todos los reproductores deben ajustarse a la norma y a partir de ella pueden dar al usuario funciones avanzadas. Todos deben ser capaces de leer todas las configuraciones físicas de DVD, desde el DVD-5 hasta el DVD-18. Una misma imagen de disco no puede estar continua en un disco de dos capas (estos llevan una imagen por una cara y otra diferente por la otra, aunque su contenido esté relacionado). Sí que se pueden extender a lo largo de dos capas en el mismo lado del disco (DVD-9), debido a esta razón, la mayoría de títulos que nos encontramos de películas vienen en este formato, e incluso en el caso de incluir mucho material adicional, se suele preferir hacer un pack con dos DVD-9 a un sólo DVD-18. Lo que nos encontraremos en la mayoría de carátulas será DVD-9, single sided, double layered disc (DVD-9, cara única, doble capa), muchos reproductores realizarán una pequeña pausa, menor a un segundo, al realizar el cambio de una capa a otra, ya que el láser debe ajustarse para leer esa segunda capa, reproductores de gama alta pueden incluir memorias de prelectura y corregir esa pausa.

Todos deben ser capaces de leer CD-Audio, otros formatos como MP3, videoCD, no están contemplados que deban ser reproducibles y queda a discreción del fabricante del reproductor el incluir estas funciones.

Ya sea en el mando a distancia, en el aparato o en la interfaz (reproductores informáticos), todos los fabricantes son requeridos a tener una serie de botones similar. Aparte de las lógicas de reproducción (play, stop, pause, avanzar, retroceder, anterior y siguiente), deben incluir otras como title: menú del título, root: menú principal, arriba, abajo, izquierda, derecha, enter: aceptar y return: volver . Además los fabricantes suelen incluir un teclado numérico y botones para acceder directamente a menús o alternar entre las pistas de audio, ángulo, subtítulos y aspecto.

5.2.-Video:el formato MPEG

Como hemos dicho el video va codificado en formato MPEG2. A veces oiremos hablar de video o imagenes RAW, es decir, sin compresión. Según la norma ITU-R 601 que regula la televisión digital en calidad broadcast, la tasa necesaria para PAL anda cerca de los 21 Mbs. Es por ello que las máquinas necesarias para editar vídeo sin compresión son máquinas con velocidades de transferencia muy elevadas y una capacidad de almacenamiento enorme, lo que es imposible para el formato DVD.

Para poder almacenar esa cantidad de vídeo y disminuir el tamaño, es necesaria la compresión. Su forma principal de trabajar es almacenar la información que es redundante tanto dentro de un mismo fotograma como entre varios, de forma que sea lo más eficiente posible.

El MPEG (Motion Pictures Experts Group) es un organismo internacional dedicado a la creación de normas y formatos para la compresión de vídeo. Sus especificaciones se conocen cono MPEG- y un número que indica cuál es esa especificación. Por eso decimos que un vídeo está codificado en MPEG-1, MPEG-2, etc. El JPEG (Joint Pictures Experts Group), especializado en compresión de imágenes fijas digitales, creó una ampliación a su formato JPEG llamada M-JPEG (Motion -JPEG), cuya forma de trabajar es convertir todos los fotogramas a JPEG y luego reproducirlos seguidos, no hay que confundir este formato con MPEG.

El MPEG-1 se creó para el CD-Video (libro blanco), tiene una tasa de transferencia de 1.5 Mbps a una resolución de 352×288 píxeles para Europa (resolución CIF)

El MPEG-2 fue la especificación pensada para el DVD.

El MPEG-4 es el formato empleado ahora principalmente en internet, programas como DIVX o media player se basan el él, suele funcionar mejor con tamaños pequeños de imagen.

El MPEG-7 es el futuro formato de compresión basado en wavelets y formas, se espera que aúne la codificación para broadcast y para Internet.

La forma de numeración está basada en el sistema binario y las potencias de dos (2 a la 0=1, 2 a la 1=2, 2 a la 2=4), excepto el 7 que pensaron en sumar los anteriores (4+2+1=7), por eso no existen MPEG-5, ni MPEG-6, ni, más importante. MPEG3. El MP3 es una extensión de audio de MPEG1.

5.3.-MPEG2

A la hora de ponernos a codificar para DVD debemos tener presente cuál es la fuente que vamos codificar, cuál va a ser su salida (NTSC ó PAL), el tamaño total y su tasa (esto dos procesos se explican en la sección de crear un DVD).

Si partimos de celuloide (cuya tasa era de 24 fps) debemos pasar la película por un proceso llamado telequinado para tener esa información digitalmente y luego codificarla en un codificador MPEG-2. Para NTSC debemos obtener 30 fps y 25 fps para PAL, existen una serie de procesos definidos para convertir de un formato a otro, siendo el más complejo el de cine a NTSC en que se usa una técnica llamada 3:2 pulldown.

Los fabricantes de DVD no están obligados a que sus aparatos reproduzcan DVD en NTSC y PAL, sin embargo en la práctica la mayoría de reproductores PAL son capaces de reproducir NTSC, pero no a la inversa, por ello si hacemos un DVD con una sola edición y queremos que se vea en prácticamente todo el planeta, debemos codificarlo en NTSC. Tanto en el DVD-Video como en el reproductor deben venir la norma en que están codificados y la norma o normas que son capaces de reproducir, respectivamente.

La resoluciones posibles para codificar MPEG-2 son (la primera es la empleada para películas)

NTSC :704×480,352×480,352×240,352×576

PAL : 720×576,704×576,720×480,352×288

Tanto si hemos codificado la imagen en formato entrelazado (cada imagen está compuesta por dos campos) como progresivo (cada imagen es un cuadro completo), a la hora de la reproducción, ésta se hará en formato entrelazado.

Tanto las televisiones como monitores de ordenador adoptan el formato o aspecto de 4:3 es decir su longitud horizontal dividida entre la vertical da siempre un resultado de 1.3333. Pero el cine es un formato de pantalla ancha (widescreen) con relaciones que llegan a 1.85 o incluso 2.35. Cuando se estaba definiendo el DVD se hizo un esfuerzo para acercar las televisiones al cine y se creó el aspecto 16:9, que si bien no es igual al del de la mayoría de películas, sí se acerca lo suficiente:16:9=1.78, cine (normalmente)=1.85 ó 2.35.

La forma de tener una película en formato panorámico 16:9 no es, como pudiera parecer, tener más píxeles en horizontal. Para PAL se siguen teniendo los mismos 720×576 píxeles pero cada el aspecto de cada píxel es mucho más horizontal. Este forma se conoce como imagen anamórfica. A la hora de representar una imagen anamórfica en una pantalla 4:3, esta se vería con las formas muy alargadas. La forma de evitar esto es usar el letterbox (se introducen unas bandas negras arriba y abajo de la pantalla para que la zona activa de imagen entre ellas tenga la proporción 16:9) ó el pan & scan (se selecciona la zona de la imagen que contiene más información, se centra y se descarta el trozo de imagen que no se ve, al codificar se deben indicar en el MPEG2 los vectores de pan&scan). Por supuesto en una pantalla 16:9 la imagen se verá a pantalla completa sin ninguna pérdida. Aquí debemos indicar o configurar tanto los datos del stream MPEG2, como el reproductor, como la televisión. Algunos títulos vienen con una relación de 2.35:1, en una pantalla panorámica introducirá unas pequeñas bandas superiores, en una 4:3 estas bandas serán muy grandes y se puede perder algo de imagen por los laterales.

MPEG-2 realiza tanto una compresión espacial (dentro de cada fotograma, a partir de ahora, intra-frame) como temporal (redundancia entre varios fotogramas, a partir de ahora inter-frame). Básicamente la compresión intraframe consiste en dividir la imagen en celdas, de tal manera que aquellas que tienen un color común, sólo se digitalice ese color una vez y en las celdillas en que va. Si bajamos la calidad de la codificación tendremos al final menor tasa de datos pero podemos perder calidad, ya que se puede asignar a colores que son muy parecidos en la fuente el mismo color final. Con una buena codificación no debería haber pérdida apreciable de calidad, las escenas en las que mayores problemas de codificación suele haber son aquellas con grandes zonas de un mismo color, como partidos de fútbol (verde) o títulos de crédito (negro), mientras que en imágenes del mundo real con una gran variedad cromática se puede realizar un gran ahorro de datos sin dejar de tener la calidad requerida.

El siguiente paso es la codificación interframe. En una secuencia es usual tener uno o varios objetos que permanecen fijos y otros que varían su posición, si sólo codificamos los cambios habremos ganado mucho espacio; por ejemplo, tenemos a una persona que levanta el brazo, no necesitamos codificar toda la persona en todos fotogramas, sino la persona en el primer fotograma y en los siguientes sólo el brazo con sus variaciones y así luego poder reconstruir la escena. Por esto las escenas más complicadas de codificar son aquellas con muchas acción y movimiento (muchos cambios), mientras que en un escena más estática como un paisaje se puede realizar una gran compresión. Es debido a esta forma de compresión por lo que el MPEG2 no es un formato adecuado para la edición, podemos colocarnos en un fotograma del que no tenemos toda la información, por tanto la compresión en MPEG2 SIEMPRE debe ser el último paso en el tratamiento del vídeo.

Un stream (cadena de datos) normal de MPEG2 contiene normalmente tres tipos de imágenes (I, B y P). Las imágenes I (Intra) se codifican sólo con técnicas intraframe, tienen información de toda la imagen. Las imágenes P (Predictivas) llevan además compresión interframe, tienen menos información, se basan en otras imágenes P y en las I para ser reconstruidas. Las imágenes B (bidireccional) guardan todavía menos información y se reconstruyen basándose en el anterior y siguiente fotogramas. La más pequeña unidad de DVD-Video a la que nos podemos referir es un GOP (Group Of Pictures), encabezada siempre por un frame I. MPEG soporta el uso de diferentes tamaños de GOP en un mismo stream (open GOPs), teniendo cada GOP una cabecera con información de la estructura que sigue o pueden tener todos el mismo número y estructura de imágenes (closed GOPs). Una cadena típica con un tamaño de GOP de 15 puede ser: I-B-B-P-B-B-P-B-B-P-B-B-P-B-B-I.

Todas las imágenes fijas que haya en un DVD (menús, subtítulos, fotografías, etc) serán imágenes I.

Para situaciones en las que se requiera mayor calidad se puede forzar el uso de imágenes I en puntos donde hay grandes cambios entre un frame y el siguiente, como en cambios de escena. Los cambios de capítulo o escena deben alinearse con imágenes I para que funcionen fluidamente, esto requiere a veces recodificar un trozo del MPEG2, en programas profesional esto se puede realizar sin recodificar todo el stream, esto se como recodificación basada en segmentos.

A la hora de codificar se puede hacer de dos maneras bit rate constante (CBR: Constant Bit Rate) ó variable (VBR: Variable Bit Rate). En CBR tenemos que el vídeo siempre ocupa la misma cantidad, esto nos permite saber perfectamente de antemano el tamaño total de la pista de vídeo, pero estaremos desperdiciando ancho de banda en escenas estáticas, mientras que escenas de gran movimiento podemos no llegar a tener la calidad suficiente. En VBR decimos la tasa media que queremos (para calcular el tamaño total) y la tasa máxima que puede llegar a alcanzar (recordemos que entre vídeo, audio y subimágenes no debemos pasar de 9.8 mbps), de tal manera que sólo usemos una gran cantidad de información en las zonas que realmente se necesita, el problema de este tipo de codificación es que primero debemos realizar una pasada para que el sistema analice en qué puntos debe aplicar qué cantidad de compresión y otra en la que realmente se codifica, el tiempo de codificación se aumenta y si el sistema codificador no es de gran calidad se pueden producir pérdidas de calidad.

En cuanto a sistemas de codificación, tenemos sistemas decodificadores basados únicamente en software (un ordenador con un procesador potente debería ser capaz de hacerlo en tiempo real), apoyados en hardware (tarjetas descompresoras MPEG2). Para la codificación MPEG2, el tiempo real sólo está al alcance de tarjetas dedicadas o ordenadores de muy alta gama.

Capítulo VI: Multiángulo

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