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De qué sirven los códecs de vídeo
Los códecs intervienen en la filmación, edición, entrega y reproducción de los contenidos de vídeo. Sin esta tecnología, resultaría imposible la distribución de contenidos a los suscriptores y las videoconferencias. El objetivo del códec es reducir el tamaño de los archivos de vídeo. Así que vamos a ver cómo funcionan y por qué es tan importante la tecnología de compresión.
Por qué se debe comprimir el vídeo
Los vídeos ocupan mucho más espacio que las imágenes o la música, ya que también pueden incluir una pista de audio (en ocasiones varias), una pista de vídeo y también subtítulos. Además de estos datos, sus metadatos contienen información de servicio y datos de sincronización de audio y vídeo.
Una pista de vídeo se compone de fotogramas, cada fotograma se compone de píxeles, y cada píxel consta de tres subpíxeles: rojo, verde y azul. Los datos de color de los subpíxeles son de 8 bits (1 byte). Se necesitan 3 bytes para codificar un píxel en uno de los 16 millones de colores existentes. Un fotograma normal de FullHD está formado por más de 2 millones de píxeles, por lo que una película completa ocuparía cientos de gigabytes.
Un vídeo FullHD de 90 minutos a 24 fotogramas por segundo (fps) requeriría 750 GB de espacio sin incluir ningún tipo de audio.
Fuente: Infomir.store
Hace falta aún más espacio para almacenar vídeos de alta resolución y alta velocidad sin comprimir, como 4K (4096×2160) u 8K (7680×4320). Por tanto, este tipo de contenidos no son aptos para el streaming.
La compresión de vídeo se utiliza para optimizar el almacenamiento y la transmisión por redes habituales. En este sentido, existen diversos métodos: algoritmos matemáticos, predicción, recorte de datos redundantes, redondeo de valores absolutos y procesamiento del color en función del canal.
A la compresión se la denomina a veces como codificación. El proceso inverso se llama decodificación o descompresión de vídeo.
Qué son los códecs de vídeo
Los códecs son herramientas de hardware y software para la codificación de vídeo. El término deriva del inglés COder/DECoder.
Tras la codificación libre de pérdidas, los datos originales pueden recuperarse en su totalidad. Sin embargo, esto tiene como contrapartida la tasa de compresión. Este tipo de compresión se utiliza en la filmación y el posprocesamiento de vídeo.
La compresión con pérdidas está aplicada durante la entrega de los contenidos de vídeo a los dispositivos de los clientes: TVs, reproductores multimedia, ordenadores y smartphones. A mayor compresión, menor calidad de vídeo y menor tamaño del archivo.
Los códecs recortan los datos redundantes en dos niveles: dentro del fotograma y a nivel de la secuencia de fotogramas.
Compresión dentro del fotograma
Durante la compresión dentro del fotograma (también llamada intraframe), los códecs procesan cada fotograma por separado. Es algo similar a cómo se comprimen las imágenes JPEG. El algoritmo divide el fotograma en los componentes de luminancia y crominancia, reduce su nivel de detalle y marca las zonas análogas. Como resultado, se obtiene un archivo exponencialmente más pequeño con una mínima pérdida de calidad.
Los códecs comprimen los datos de forma parecida a como se descomponen los números en matemáticas: en lugar de 20 ceros, basta con mostrar cuántos tiene.
Compresión entre fotogramas
A menudo, los fotogramas sucesivos parecen casi idénticos, por lo que no es necesario conservarlos íntegramente. Los códecs eliminan de la imagen toda la información reiterada, dejando sólo las áreas que difieren. Los algoritmos de compensación de movimiento funcionan de forma similar.
El método de diferenciación entre fotogramas consiste en comparar los fotogramas. El archivo resultante sólo contiene la diferencia entre ellos. La técnica de compensación de movimiento se basa en la predicción: sólo se almacenan los fotogramas de referencia en su totalidad, y los fotogramas entre ellos se predicen.
Para ver cómo es la compresión entre fotogramas, basta con pausar una escena de acción en cualquier vídeo. Si no haces una pausa en un fotograma de referencia, las zonas con objetos en movimiento aparecerán borrosas. Es que el ojo humano no puede distinguirlas a la velocidad normal de reproducción.
Historia del códec de vídeo
La historia de la compresión de vídeo digital comenzó en 1988 con el lanzamiento de H.261. El códec aprovechó la compensación de movimiento, la referencia previa de fotogramas, la compresión del color y el muestreo de matriz 8×8.
En 1993, MPEG1 pasó a primera línea. Esta tecnología recurría a fotogramas de referencia futuros y pasados para la predicción y era compatible con el vídeo de alta definición. El estándar MPEG1 se desarrolló para vídeo de 352×240, pero permitía resoluciones de hasta 4095×4095 píxeles. Como el MPEG1 sólo admitía el escaneo progresivo, fue rápidamente sustituido por códecs más recientes.
Tres años más tarde, apareció uno de los códecs de vídeo más extendidos—el MPEG2. Se utilizaba en la TV digital y el DVD. Esta tecnología abrió nuevas posibilidades de codificación de audio: el códec permitía comprimir archivos con hasta 6 pistas de audio. El MPEG2 mantenía una alta calidad de vídeo, aunque ofrecía poca compresión, ya que estaba diseñado para dispositivos de bajo rendimiento. Incluso se sigue utilizando en la radiodifusión por aire, así como en la TV por cable y por satélite.
En 1998, el MPEG4 vería la luz. Con su ayuda, una película de 90 minutos podía caber en un CD normal. El códec trataba objetos 2D y 3D en el fotograma, soportaba DRM, así como audio y subtítulos. Sin embargo, el MPEG4 no era apto para la transmisión de vídeo en FullHD.
En 2003 comenzó la era del H.264. Esta tecnología comprime el vídeo con el doble de eficacia que MPEG4, lo que permite la transmisión de vídeo FullHD a través de canales de red de 5 Mbps. Aunque sigue siendo uno de los más utilizados hoy en día, el códec se queda corto cuando se trata de compresión de vídeo 4K para streaming, especialmente en redes móviles.
En 2020, las velocidades de transferencia de datos son de media 33.7 Mbps en las redes móviles, y 76.94 Mbps en el cable, algo insuficiente para la reproducción de vídeo 4K H.264.
Fuente: Speedtest Global Index
El códec del futuro
En 2012, el 'Joint Collaborative Team on Video Encoding' desarrolló el códec HEVC (H.265). La tecnología se basó en H.264 y ofrecía una compresión dos veces más potente, manteniendo la misma calidad de vídeo.
Aunque se basa en las técnicas de H.264, HEVC también aporta algo nuevo, esto es, el procesamiento en paralelo: permite procesar áreas de fotogramas simultáneamente.
El único inconveniente técnico de H.265 es su elevado consumo de recursos: para codificar y descodificar vídeo, necesita entre 3 y 5 veces más potencia de procesamiento que el H.264. El uso de H.265 aún no se ha generalizado tanto como el de H.264, pero ya es compatible con muchos decodificadores, smart TV, smartphones y otros equipos.
HEVC acelera la adopción del 4K, así como su evolución — FVC (Future Video Codec) — puede convertirse en un vehículo para la transmisión de vídeo en 8K. Los desarrolladores prometen que el nuevo códec será un 50% más eficiente en la compresión de vídeo. En octubre de 2019 se publicó un proyecto de estándar internacional para H.266, y los primeros códecs de hardware le seguirán en junio de 2021.
Sin códecs, el almacenamiento y la distribución de vídeo serían algo imposible. Las nuevas tecnologías de compresión permiten a las grandes y pequeñas operadoras ofrecer contenidos de alta calidad sin necesidad de actualizar su infraestructura de red sin descanso. Con los códecs, se puede transmitir vídeo de alta resolución incluso en conexiones de velocidad comparativamente baja: un canal de 15 Mbps es suficiente para ver películas en 4K de Netflix.
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