todo lo que necesita saber sobre el dvd

7/24/2019 Todo lo que Necesita Saber sobre El DVD

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1. Resea del DVD-V

1.1 Definicin del DVD ............................................................... 2

1.2 Especificaciones bsicas del DVD ....................................... 3

1.3 Caractersticas del DVD-V ................................................... 3

1.4 Especificaciones bsicas del DVD-V ................................... 4

2 Estructura del disco

2.1 Forma del disco .................................................................... 5

2.2 Tipos de discos ..................................................................... 6

2.3 Estructura interna del disco ................................................ 7

2.4 Disco de doble capa ............................................................. 7

3.Estructura de los recuperadores pticos

3.1 Tipos de recuperadores ...................................................... 9

3.2 Enfoque y seguimiento ......................................................... 11

4. Compresin de video en movimiento, basada en MPEG2

4.1 Necesidad de la compresin de video en movimiento ........ 12

4.2 Qu es MPEG2? .............................................................. 124.3 Diferencias con MPEG1 ....................................................... 12

4.4 Perfiles y niveles de MPEG2 ................................................ 13

4.5 Codificacin MPEG2 ............................................................ 14

4.5.1 Muestreo y cuantizacin ............................................ 14

4.5.2 Codificacin de longitud variable (VLC) .................... 21

4.5.3 Bloque de compensacin de movimiento .................. 22

4.5.4 Multiplexado y divisin de paquetes .......................... 29

4.5.5 Tasa de transferencia variable ................................... 29

4.5.6 Codificacin de correccin de error ........................... 30

4.5.7 Modulacin 8-16 ......................................................... 30

4.6 Estructura de datos de MPEG2 ........................................... 30

4.7 Sincronizacin de video y audio .......................................... 31

5. Formato de los datos ........................................................... 32

6. DVD de audio

6.1 Dolby digital (AC-3) ............................................................. 34

6.2 Audio MPEG2 ...................................................................... 36

6.3 Audio PCM lineal ................................................................. 36

7. Funciones del DVD-Video

7.1 Pantallas de men ................................................................ 37

7.2 Funcin de argumento mltiple ............................................ 38

7.3 Funcin de ngulos mltiples............................................... 39

7.4 Funcin de control paterno .................................................. 39

7.5 Funcin de varios aspectos ................................................. 40

7.6 Funcin multi-idioma ............................................................ 41

7.7 Otras funciones .................................................................... 42

8. Proteccin de derechos de autor ....................................... 43

9. Glosario de trminos tcnicos sobre el DVD .................... 44

Todo lo que

necesita saber

sobre el DVD

Prohibida la reproduccin total oparcial de este libro, as como su

tratamiento informtico y transmisin

de cualquier forma o medio, sea

electrnico; mecnico o fotocopia, sin

el permiso previo y por escrito del

titular de los derechos.

DERECHOS RESERVADOS 2000

Producido por:

Editorial Centro Japons

Norte 2, No. 4, Col. Hogares

Mexicanos, Edo. de Mxico,

C.P. 55040Tel. (5) 7871779, fax (5) 7700214

Clave 1202

ISBN 968-7799-49-8

Director General:

Profr. J. Luis Orozco Cuautle

Director Editorial:

Lic. Felipe Orozco Cuatle

Negociaciones Internacionales yProyectos Especiales:

Ing. Atsuo Kitaura Kato

Editor responsable:

Lic. Eduardo Mondragn M.

Autor:

Profr. J. Luis Orozco Cuautle

Director Adminsitrativo:

Lic. Javier Orozco Cuautle

Diseo Grfico:

D.C.G. Norma C. Sandoval R.

Diagramacin:

Gabriel Rivero Montes de Oca

Centro Japons deInformacin Electrnica


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1. Resea del DVD

1.1 Definicin del DVD

El DVD fue diseado originalmente como un disco de video digital; sin embargo, conforme sus aplicaciones se

han ido diversificando con la aparicin de distintas mejoras, el concepto del DVD como un disco verstil digital

(de propsito mltiple) se ha aceptado de forma general. En algunos casos, el trmino DVD-V se usa en vez desimplemente DVD para identificar al disco de video digital. El DVD es slo un DVD, y no hay forma de identificar

a qu tipo de disco se aplica, ya que se tienen muchos tipos de DVD dependiendo de su propsito.

Vea la tabla 1.1.

Tabla 1.1: Tipos de disco

Los formatos de DVD anteriores, con excepcin del DVD-A, se han estandarizado y se estn comercializando

en este momento (enero de 1999). Debido a que los estndares comparten grandes porciones del formato bsi-

co, esto ha permitido el fcil desarrollo de equipo de grabacin y reproduccin que proporcione compatibilidad

entre varios tipos de medios.

Figura 1.1 Relacin entre los medios disponibles y la familia DVD

Formato de disco Informacin grabada / mtodo de grabacin

DVD-Video Video y audio / slo reproduccin

DVD-Audio Audio / slo reproduccin

DVD-ROM Datos / slo reproduccin

DVD-RAM / DVD-RW Datos / se puede grabar

DVD-R (grabable) Datos / se puede grabar (slo una vez)

D V D - V

D V D - A

D V D - R A M

D V D - R

D V D - R O M

L D

V I D E O C D

C D - G

C D

C D - R O M

P D

M D

F D

C D - R

D V D

Medios disponibles(reproduccin)

Compatibilidad baja

Es posible conseguir

la compatibilidad

Medios disponibles(grabacin)

Compatibilidad baja


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TODO LO QUE NECESITA SABER SOBRE EL DVD

1.2 Especificaciones bsicas del DVD

Como acabamos de ver, la compatibilidad entre los discos de la familia DVD puede conseguirse fcilmente debido a que

todos los discos comparten unas especificaciones bsicas para el DVD. El formato fsico del DVD (especificaciones del

DVD) se muestra en la tabla 1.2.

Tabla 1.2. Formato fsico del DVD (especificaciones bsicas del DVD)

1.3. Caractersticas del DVD-V

El DVD-V, contraccin de DVD-Video, tiene las siguientes caractersticas principales. Estas caractersticas y des-

empeo se han mejorado significativamente, en comparacin con los medios convencionales (vea la tabla 1.3):

Se emplea el estndar internacional de compresin de imagen MPEG2, posibilitando la reproduccin de larga

duracin y de alta calidad.

La grabacin de audio cumple con el sistema de Dolby digital (AC-3), y se ha implementado una reproduccin de

sonido estereofnica de 5.1 canales (para aplicarse en teatros en casa).

Se puede conseguir un audio de alta calidad en PCM lineal (para aplicaciones de 96KHz/24 bits).

Se pueden reproducir mltiples juegos de audio y video en un formato virtual (multi-propsito), para obtener

funciones de muchos ngulos, de muchos argumentos, de muchos idiomas, de varios aspectos y de bloqueo

paterno.

Tabla 1.3. Comparacin del DVD-V con otros medios

1. Dimetro de disco : 120cm

2. Grueso de disco : 1.2mm (doble laminacin de 0.6mm)

3. Area de programa : 24 a 58mm (radio)

4. Longitud de onda del lser : 635/650nm

5. NA de la lente objetivo : 0.6

6. Separacin entre pistas : 0.74um

7. Longitud del pit : 0.4 - 1.87um (*)

8. Tipo de pit : 3T-14T

9. Velocidad de rotacin : 3.49 m/segundo CLV (*)

10. Grabacin/modulacin : EFM-plus (conversin de 8 a 16)

11. Correccin de errores : RS-PC

12. Capacidad de grabacin : 4.7GB (*)

13. Estructura lgica : Basado en los estndares ISO9660 y UDF

14. Estructura de datos : Lnea de datos MPEG2* El dato se aplica a discos de una cara, capa sencilla.

DVD-V LD VCD CD MD

Video

Mtodo degrabacin

Digital/MPEG2

Anloga

Resolucinhorizontal

Ms de 500lneas

430 lneasde rastreo

74 minutos

240 lneasde rastreo

Digital/

MPEG1

Dolby

120 minutosen ambos lados

133 minutos(mximo de 480)

Tiempo dereproduccin

5.1 canales

AC-3

PCM lineal

Cantidad de canales

44.1KHz16 bits

Pro Logic

48/96KHz16/20/24 bits

44.1KHz 16 bitscompresin 1/5)

44.1KHz16 bits

Pro Logic

2 canales 2 canales 2 canales2 canalesAudio


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TEORIA Y SERVICIO ELECTRONICO

1.4 Especificaciones bsicas del DVD-V

Los formatos bsicos del DVD-V se muestran en la tabla 1.4. En esta tabla, sub-video se refiere al despliegue

dinmico de las frases sobrepuestas en la imagen (subtitulado) o al despliegue en pantalla de video (OSD).

Tabla 1.4 Formatos bsicos del DVD-V

*1 El concepto bsico de lnea se usa para los datos grabados en el DVD-D. Una lnea, como su nombre lo

implica, se refiere a las lneas de datos. El nmero de lneas proporcionadas para el video, el audio y el sub-

audio, se muestran en la tabla anterior; estas lneas se graban como un tren de pits en cada pista. A pesar

de que estas lneas parecen haber sido grabadas en desorden, cada una de ellas puede tomarse por

separado al momento de la reproduccin, dado que en realidad estn grabadas con un multiplexaje de

paquetes (vea el apartado 4.5).

Estndares

Video

Audio

Sub-Video

Nmero de lneas : 1

Mtodo de compresin : MPEG2 (MP@ML*) o MPEG1

Tasa de bits : 9.800 Mb/segundo (mximo) para MPEG2

1.856 MB/segundo (mximo) para MPEG1

Tasa de cuadros : 24, 25 30 cuadros por segundo

* Vea la seccin 4.4, perfiles y niveles, para MP@ML.

Nmero de lneas *1 : 8 (mximo)

Mtodo de codif icacin : PCM lineal/dolby digital (AC-3)

Audio MPEG1/Audio MPEG2

Estndares de lneas de datos:

PCM lineal Dolby AC-3 Audio MPEG1 Audio MPEG2

Frecuencia 48/96KHz 48KHz 48KHz 48KHzde muestreo

Parmetros 16/20/24 Comprimido 16 bits Comprimidode cuantizacin Bit

Tasa de bits 6.144Mbps 32-448Kbps 384Kbps 912Kbps(variable) mximo mximo mximo

Cantidad de 8 canales 5.1 canales 2 canales 7.1 canalescanales* (mximo) (mximo) (mximo) (mximo)

* Nmero total de canales por lnea

Nmero de lneas : 32 (mximo)

Mtodo de compresin : Corrimiento de longitud*

Area de despliegue : 720(H) x 478 (V) mximo, (525/60)

720(H) x 573(V) mximo, (625/50)

Nmero de colores : 16

* El corrimiento de longitud, que es el mtodo adoptado para la compresin de

datos en el CD-I, es aceptable para video en movimiento simple, como los

dibujos animados.


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2. Estructura del disco

2.1 Forma del disco

Al igual que el CD (disco compacto), el DVD es un disco de 12 cm de dimetro y contiene pits; sin embargo,

aunque el DVD tiene el mismo tamao de orificio central y la misma posicin de inicio de lectura que el CD, difiere

en que la distancia desde el centro hasta el rea de grabacin de seal es de 24mm (en el CD es de 25mm), conobjeto de obtener la mxima capacidad de grabacin posible.

Figura 2.1 Forma del disco

El grueso total del disco se ha fijado en 1.2mm, para que sea compatible con el CD; pero los pits se localizan

a una distancia de 0.6mm de la superficie del disco, y ste, en s mismo, posee una estructura laminada, que se

consigue al laminar 2 capas de resina de 0.6mm de grueso. Esta estructura tiene las siguientes ventajas principa-

les:

Los efectos de inclinacin del disco se minimizan, y esto reduce los errores de lectura y mejora la densidad de

grabacin fsica.

Como la distancia de la superficie del disco a los pits es corta, el valor NA de la lente puede incrementarse sin

causar distorsiones significativas en la huella del haz (el valor NA de la lente en el DVD es de 0.6 contra los 0.45

del CD)

Una alta resistencia contra los cambios de temperatura y humedad evita las deformaciones del disc

Figura 2.2 Efectos del grueso del disco en el ngulo de inclinacin

0.6mm

f 120mm

f 33mm

f 26mm

f 15mm

f 46mmf 48mm

f 116mm

f 117mm

Area de fijacinLectura

Lectura

Area de grabacinde seal

Orificio central

Capa adhesiva/Capa espaciadoraCapa grabada

Substratos

Area de fijacin

Superficie delectura

AA'

Nota: La diferencia entre las dimensiones A y A se incrementa

cuando aumenta el grueso del disco.

Grueso del substrato: 1.2mm (CD) Grueso del substrato: 0.6mm (DVD)


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6


12cm

Singleside

Doub leside

Singlela y e r

DV D!VDV D!ROM

D oub lela y e r

Doublela y e r

Single

la y e r

8cm

Single

la y e r

la y e r

Doub le

Singlela ye r

la y e rDoub le

Singleside

D oub leside

4 .7G b y te (1 3 3m in )

8.54Gbyte (240m in )

9.4Gbyte (266m in )

1 7 .0 8G b y te (4 8 0m in )

1 . 4 6 G b y te (4 4m in )

2 . 6 6G b y te (8 0m in )

2.92Gbyte (88m in )

5 .32G by te (160m in )

Singleside

Doub leside

Singleside

Doubleside

12cm

8cm

12cm

12cm

Singleside

Doub leside

DVD!R

DV D!RAM

3.95Gbyte

7 .9G b y te

1.23Gbyte

2.46Gbyte

2 .6G b y te

5.2Gbyte

Valores entre parntesis ( ) indican la longitud mxima de los datos de video almacenados en el disco.

La capacidad de almacenamiento del DVD-R se basa en los estndares de DVD-R, versin 1.0

La capacidad de almacenamiento del DVD-RAM se basa en los estndares de DVD-RAM, versin 1.0

Figura 2.3

El DVD incorpora varias mejoras para incrementar la capacidad de grabacin, en aproximadamente 6 veces la

de un CD. Estas mejoras se resumen enseguida:

Tabla 2.1

2.2 Tipos de discos

La figura 2.4 muestra los tipos de discos y su capacidad de almacenamiento.

Figura 2.4 Tipos de discos y sus capacidades de almacenamiento

16

14

12

10

8

6

4

2 0.50 0.55 0.60 0.65

8

7

6

5

4

31.2 1.0 0.8 0.6 0.4Angulodeinclinacin

mximopermitido

Disco con un gruesode substratode 0.6mm

Disco con un gruesode substrato

de 1.2mm

Capa

cidaddegrabacin(GB)

NA de la lente objetivo Grueso del substrato t (mm)

CD DVD Tasa de mejora

NA 0.45 0.6 1.78

Redundancia de correccin de error 31% 15.4% 1.24Modulacin 8-14 8-16 1.06

Longitud de onda del lser 0.78um 0.65um 1.44

Separacin entre pistas/tamao 0.92 0.68 1.35

de la huella

Distancia del centro a la posicin 24mm 23mm 1.02

inicial de grabacin de seal

Capacidad de grabacin (bytes) 780M 4.7G 6.03


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2.3 Estructura interna del disco

La estructura de los pits en cada disco se muestra en la figura 2.5. La huella reducida del lser reduce el ancho

del pit y la separacin entre pistas del disco, e incrementa la capacidad de grabacin.

Figura 2.5. Estructura interna del disco

2.4 Disco de doble capa

2.4.1 Estructura

La estructura interna de un disco de una cara y dos capas se muestra en la figura 2.6. Los discos de doble capa

se producen laminando 2 hojas de resina hechas de un substrato de policarbonato de 0.6mm de grueso, con una

pelcula translcida insertada entre las mismas. Comparados con los discos de una capa, los de doble capa

difieren en especificaciones bsicas, como se muestra en la tabla 2.2.

Figura 2.6. Estructura de un disco de una cara, dos capa

Tabla 2.2

DVD CD LD

Separacin de pistas 0.74um 1.6um 1.6um

Ancho de pit 0.30um 0.50um 0.40um

Altura de pit 0.10um 0.10um 0.10um

Grueso de la capa de resina 0.60mm 1.20mm 1.25mm

CD LD

0.3mmpit width

Pit

0.6mmresin sheet

0.74mmtrackpitch 0.1mpit height

Reflecting film

1.60m

0.1m

1.2mm

0.5m

1.6m

0.1m

1.25mm

0.4m

DVD (una capa, una cara)

Approx.10m

Approx.0.05mApprpx.40m

Approx.

Approx.0.6m(600m)

0.05mm

Pelicula protectora transparente

Capa reflectora metlica (2acapa)

Capa reflectora translucida (1acapa)

Capa transparente

Substrato de policarbonatoLuz lser

Largo mnimo del pit 0.4um 0.44um

Largo mximo del pit 1.87um 2.05um

Velocidad lineal fiducial 3.49m/seg 3.84m/seg

Capacidad de almacenamiento 4.7GB 8.5GB

Una cara, una capa Una cara, doble capa


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2.4.2 Mtodos de lectura y escritura

Mientras la luz lser se refleja en los pits de la primera capa, la luz lser remanente se transmite a travs de la

segunda capa. La luz transmitida, despus de reflejarse en la pelcula de reflexin (los pits de la primera capa),

se transmite a travs de la pelcula translcida una vez ms, y regresa al recuperador (vea la figura 2.7).

Como en el caso de los discos de doble capa, la luz lser se refleja en o se transmite a travs de la pelcula

translcida; la eficiencia de deteccin del haz disminuye, comparada con la de los discos de una capa. Los discos

de doble capa, por tanto, tienen alrededor de 10% menos densidad de grabacin que los de una capa, y con esto

se mantiene un desempeo bsico (en los discos de doble capa, la separacin entre pistas es mayor que en losde una capa).

Figura 2.7. Estado del haz de reproduccin en un disco de doble capa

Para el tipo de disco de doble capa se tienen los mtodos de grabacin de paso de pista paralela o paso de

pista opuesta, y su seleccin se deja a los propsitos del desarrollador de software. Vea la figura 2.8

Figura 2.8. Mtodos de grabacin de discos de doble capa

Rango focal

Reproduccin en el lado de la pelcula translcida

Luz que incide

Luz reflejada

detectada

Absorcin de la

capa intermedia

Luz reflejada

inefectiva

Reproduccin en el lado de la pelcula reflectora

Capa translcida (Frente)

Capa reflectora (atras)

(2)

(1)

(2)

(1)

Lectura final

Lectura inicial

Lectura inicial

Lectura final

a. Paso de pista paralela

b. Paso de pista opuesta


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3. Estructura de los recuperadores pticos

3.1 Tipos de recuperadores

El DVD debe tener un recuperador compatible con el de los CD; sin embargo, como se ha discutido antes en este

documento, el DVD tiene un espesor de apenas la mitad del de un CD; as que la ptica no se podra enfocar, en

caso de que el recuperador de un DVD se usara sin cambios en un CD. Por lo tanto, para asegurar la compatibi-lidad con el recuperador de un CD, la lente objetivo utilizada para DVD tiene una estructura distinta a la del

recuperador de un CD o un LD.

3.1.1. Tipo de recuperador con lente dual (cambio de lente)

En un mismo recuperador se montan dos lentes objetivo: uno para usarse en DVD y otro para CD; pueden

cambiarse para emplear la lente especial, dependiendo del disco insertado (DVD o CD). Ambas lentes se locali-

zan en un chasis, el cual, para cambiar entre una y otra, se desliza accionado por bobinas e imanes.

Figura 3.1. Recuperador tipo de lente dual

3.1.2 Recuperador de tipo de lente bifocal

Este recuperador utiliza una lente capaz de crear dos puntos de enfoque al mismo tiempo. Se aade un holograma

en el centro de la lente bifocal, de modo que slo la luz lser que pase a travs del mismo pueda ser difractada.

Entonces, la luz lser que pasa a travs del holograma, y aquella que pasa por la porcin normal de la lente,

crearn dos puntos de enfoque; esto permite que se utilicen para dos tipos de discos, aunque tengan gruesos

distintos. Vea la figura 3.2.

Figura 3.2. Recuperador del tipo de lente bifocal

0.6mm

1.2mm

(Tracking)

Lente DVD

Lente DVD

Lente DVD

Lente CD

Lente CD

Lente CD

Lente CD

Imn de seguimiento

Imn de seguimiento

Bobina de seguimiento

Bobina de

seguimiento

Cambio de lente

Montura de la lente

Montura de la lente

Montura de la lente

(a) Durante la reproduccin de un DVD

(b) Durante la reproduccin de un CD

DVD CD

0.6mm

1.2mm 1.2mm

CD

area

DVDarea

Luz transmitida(luz de orden O)

Luz difractora(luz de orden 1)

HologramaLuz lserLuz lser

Patrn hologrfico

(b) Reproduccin de CD(a) Reproduccin de DVD

Reproduccin de DVD Reproduccin de CD

Luz difracada

FotodetectorFotodetector

Luz reflejada por el hazpara DVD

Luz reflejada dell hazpara CD

Luz transmisora


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3-1-3 Recuperador de tipo de disparador de cristal lquido

El recuperador de tipo de disparador de cristal lquido tiene unos paneles pequeos de cristal lquido enfrente de

la lente, los cuales actan como disparador de la misma. El disparador se apaga (se abre) durante la reproduc-

cin de un DVD, y se enciende (se cierra) durante la reproduccin de un CD. Como la accin de encendido o

apagado del disparador cambia el radio de apertura aparente de la lente, el dimetro de la huel la de luz vara; con

esto, la distancia focal tambin cambia. Vea la figura 3.3.

Figura 3.3. Recuperador de tipo de disparador de cristal lquido

DVD CD

Laser light

Lente DVD

Disparadorde cristal lquido

Luz lser

(a) Reproduccin DVD(Disparador de cristal lquido abierto)

(a) Reproduccin CD(Disparador de cristal lquido cerrado)


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Light spot

Pit

Las e r ligh t

Pit

A)

B)

B) La diferencia de faseentre la izquierda y laderecha del haz esequivalente a la diferenciaen la altura del pit.

Seal de seguimientobasada en la diferencia de fase

Posicin de la huella

A) La diferencia de fase entre

la izquierda y la derecha delhaz (la diferencia en la longitudde la parte ptica) es nula.

3.2 Enfoque y seguimiento

En los DVD se usa un recuperador de tipo de un solo haz, y no del tipo de tres haces (que es comn en los CD).

En los discos de doble capa, cuando la luz lser atraviesa la primera pelcula para llegar hasta la segunda capa,

o a la inversa (o sea, cuando la luz que se ha reflejado en la segunda capa pasa a travs de la primera pelcula),

ocurre un fenmeno de reflexin irregular en la pelcula transparente; y si se usara un recuperador de tipo de tres

haces, la luz lser reflejada no llegara a los fotodetectores.

3.2.1 Mecanismo de enfoque

Figura 3.4. Servomecanismo de enfoque basado en holograma

3.2.2 Mecanismo de seguimiento

Figura 3.5. Servomecanismo de seguimiento basado en diferencia de fase

Holograma

Holograma

Fotodiodo

Lente ovjetivo

Disco

Lente objetivo muycerrado del disco

Lente objetivo muylejos del disco

Enfocado

Fotodiodo de 4 segmentos


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4. Compresin de video en movimiento, basada en MPEG2

4.1 Necesidad de la compresin de video en movimiento

Para el DVD-V, las frecuencias de muestreo estn fijadas como sigue:

Seal de luminancia (Y): 13.50MHz Seales de diferencia de color (Cb, Cr): 6.75MHz

Como estas seales estn cuantizadas linealmente en 8 bits, la tasa de transmisin de datos es la siguiente:

(13.50M + 6.75M) x 8 bits = 162Mbps

Sin embargo, como la tasa de transmisin de datos debe reducirse a aproximadamente 1.4Mbps para almace-

nar los datos en un CD de tipo normal, slo alrededor de 34 segundos de video pueden ser grabados y reprodu-

cidos en este medio. Para obtener una mayor capacidad de grabacin de alrededor de 4.7GB (37.6Gbits), la

distancia entre pistas y la longitud del pit se han reducido; pero aun y cuando se grabaran 162Mbps de datos

intactos, slo se podran grabar alrededor de 4 minutos. Por eso se utiliza una tecnologa de compresin compa-

tible con MPEG2, para permitir la grabacin de video de hasta 133 minutos; para ello se comprime la cantidad de

datos en un rango de 30:1 hasta 80:1, dependiendo del tipo de video seleccionado.

4.2 Qu es MPEG2?

MPEG, siglas en ingls de Grupo de Expertos de Imgenes en Movimiento, es el nombre de un grupo de

expertos responsable de la estandarizacin. Ocasionalmente, MPEG tambin significa los estndares estableci-

dos por este grupo. Tambin, en forma colectiva, MPEG se refiere a los esquemas de codificacin que fueron

establecidos como un estndar internacional por la ISO/IEC, con el propsito de aplicarlo no slo a medios de

almacenamiento como el DVD o el CD de video, sino tambin para su transmisin al aire y para comunicaciones.

En el DVD se emplea el esquema MPEG2, el cual incorpora toda la tecnologa convencional de compresin de

imgenes (vea la tabla 4.1).

Tabla 4.1. Historia de la tecnologa de compresin de imgenes.

4.3 Diferencias con MPEG1

La tecnologa de compresin de video, que fue desarrollada para permitir una tasa de transmisin lo suficiente-

mente baja para que un video equivalente al de televisin normal se reprodujera en una ventana de 325 puntos

(horizontal) x 240 puntos (vertical) usando un reproductor de CD-ROM de velocidad normal, se denomin MPEG1.En tanto, la tecnologa MPEG2 se desarroll para la grabacin y reproduccin de video en movimiento de alta

calidad a una resolucin de 720 puntos (horizontal) x 480 puntos (vertical), lo cual se consigui agregando las

siguientes funciones principales:

Procesamiento de video entrelazado (Prediccin de campo y DCT de campo)

Refuerzo del modo de prediccin (Primera prediccin dual)

Funciones de escalabilidad (espacio, SNR y tiempo). Su descripcin se omite en este documento, debido a que

estas funciones no se utilizan en el DVD.

Mejoramiento de la eficiencia de compresin de la informacin espacial (pasos de cuantizacin no lineal yrastreo alternado)

Las diferencias principales en el desempeo entre MPEG1 y MPEG2 se listan en tabla 4.2.

H.261

Compresin de video en movimiento

(para uso en teleconferencias)

MPEG2

Mejora de la calidad de imagen,

procesamiento multimedia

(para uso de TV digital y DVD)

MPEG1

Compresin de video en movimiento tipo

CD-ROM (para uso en CD de video)JPEG

Compresin de imgenes

congeladas (para uso de

FAX a color o cmaras)


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Tabla 4.2. Comparacin entre el desempeo del MPEG-1 y del MPEG-2

4.4 Perfiles y niveles de MPEG2

En el MPEG2, el concepto de perfil y nivel se emplea para asegurar la compatibilidad con varios tipos de

medios. Como se especifica en la tabla 4.3, se han fijado hasta ahora 5 tipos de perfiles y 4 tipos de niveles.

Los perfiles denotan una combinacin de funciones permisibles para una posible aplicacin, y los niveles

indican las capacidades de procesamiento de las funciones combinadas (calidad de servicio como la resolucin).

O sea que los perfiles y niveles se usan para realizar definiciones, de modo que cuando se use MPEG2 las

funciones y la calidad de servicio sean combinadas apropiadamente para evitar la necesidad de asignar ms

funciones que aquellas que realmente se han requerido.

Para el DVD, se emplea MP@ML (perfil principal/nivel principal).

Tabla 4.3. Perfiles y niveles de MPEG2

*SNR: Tasa de seal y ruido (aqu, significa que se usa la escalabilidad de SNR)

Approx. 1/30 to 1/80

1.15 2 Mbp s (max.) 3 to 4 Mbps (ave.)

10 Mb ps (ma x.)

525/60

62 5/50

MPEG-1

(Para CD de video)

MPEG-2

(para DVD-V)

Tasa de compresin

de datosAproximadamente 1/100

Tasa de transmisin

de datos

Resolucin: 352 x 240 puntos

352 x 288 puntos

720 x 480 puntos

(704 x 480)

720 x 576 puntos

(704 x 480)

Mtodo de rastreo No entrelazado entrelazado

Tiempo mximo

de grabacin74 minutos

133 minutos

(Una cara, una capa)

Profile

Level Sim ple Main S NR Spatial High"

(H.pixels x V. pixels

x fram e freq uency)

High MP @HL

(1 92 0x10 80 x30 or U.S. Dig ital HP @HL

1920 x1152x2 5) HDT V(A TV)

High-144 0 MP@H14 40 SSP@h 1440

(144 0x1080 x30 or EC Digital HP@ H14

1920 x1152x2 5) HD TV

Main SP@ML MP@ML

(720 x480x29 .97 or Digital trans- DVD - / Di gital SNP@M P HP@ ML

720x5 76x25) mission sat ellite broad-

/ CATV c ast

Low SNP@L L

(3 52 x288 x29.97)

Comp on ent coding 4:2:0 4:2 :0 4:2:0 4 :2:0 4 :2:0 a nd

Others 4:2:2

Scalability Non e None SNR only S pace and Space and

SNR SNR


16/52

1 4


4.5 Codificacin MPEG2

La compresin (codificacin) de video en movimiento compatible con MPEG2 se describe enseguida.

Figura 4.1. Sistema de codificacin de MPEG2

4.5.1 Muestreo y cuantizacin

Bajo MPEG2, el componente Y de la seal de luminancia y los componentes Cb y Cr de seal de diferencia de

color son muestreados. Normalmente se asignan 8 bits por pixel en cada seal, para obtener una informacin de

24 bits en total; pero frecuentemente se reduce la informacin de crominancia, aprovechando que los seres

humanos no son muy sensitivos a los colores. A un mtodo de codificacin que no reduzca ninguna informacin

de crominancia, se le llama codificacin de componentes 4:4:4; la codificacin que reduce la informacin de

crominancia a la mitad en direccin horizontal, se denomina codificacin de componentes 4:2:2; y la codifica-

cin que reduce la informacin de crominancia a la mitad tanto en direccin horizontal como en vertical, se llama

codificacin de componentes 4:2:0.

Los mtodos de codificacin de componentes que acabamos de mencionar, se definen usando los perfiles deMPEG2; y en el DVD se aplica una codificacin de componentes 4:2:2.

Codificacin de componentes 4:4:4

Como no hay reduccin de informacin de crominancia, los componentes de seal Y, Cb y Cr se muestrean a

13.5MHz y se cuantizan en 8 bits.


Como la informacin de crominancia se reduce a la mitad en direccin horizontal, el componente de seal Y se

muestrea a 13.5MHz, y los componentes Cb y Cr a 6.7MHz (13.5MHz/2)

Todos son cuantizados a 8 bits. Este mtodo de codificacin es llamado 4:2:2, porque si decimos que la

frecuencia de muestreo de Y es de 4, la de Cb y Cr sera de 2.

A na log v ideo s igna ls(Y , C b , C r )

S am p ling

/Q uan t iz ing

( D i f f e r e n t i a l ) !

D C T

(Q uan tiz ing s tep con tro l)Re-quantizat ion

Inve rse q uan t iza t ion

In v e r s e D C TMem ory 1

Mem ory 2

Synthesizing

Encod ing con tro l V L C

Mu ltip lexing

V L C

D a ta vo lum e ch e ck

Sp litting in to pack ts

M u lt ip le x ing E rro r co rre c t ion code 8 -16 conve rs io n

S p litt ing in to pa ck ts S p litt ing in to pa ck ts

( P i c t u r et y p ec o n t r o l )

(P i c tu ret y p ei n f o r m a t i o n )

(Q uan tiz ing s tep in fo rm a tion )

(DCT coe ffic ien t)

(M o t ion vec to r quan t ity )

( I )( P ) ( R e a r B )

( Fr ont / rear B)

+

( A Ce n c o d i n g )

( E S )

( E S ) (Sync information )

( E S )(S ub -p ic tu re encod ing )

( P E S ) ( P E S ) ( P E S )( C u t t i n g )

( E S )


17/52

1 5



Este mtodo de codificacin se emplea en el DVD. Aunque la reduccin de la informacin de crominancia

horizontal es la misma que en la codificacin de componentes 4:2:2, ni Cb ni Cr se muestrean en cada rastreo;

esto se hace para reducir a la mitad la informacin de crominancia vertical.

Esto es, la cantidad de informacin correspondiente a las seales de diferencia de color se reduce a 1/4 compa-

rada con la seal de luminancia. Pero cuando se ve cada lnea, la tasa entre las tres seales en trminos de

que la cantidad de informacin se alterna entre 4:2:0 y 4:0:2.

Normalmente, este mtodo de codificacin se llama 4:2:0.

Figura 4.2 Codificacin de componentes 4:2:0

(1) Formato de nivel principal

Como se mencion al principio de esta seccin (4.4), en el DVD se emplea MP@ML (perfil principal/nivel

principal). Este nivel principal fija el formato de la pantalla para su codificacin.

(Definicin de las lneas totales)

El nmero de lneas menos el equivalente al periodo de borrado vertical es como sigue:

NTSC: 525 38 = 487 lneas PAL: 625 50 = 575 lneas

Sin embargo, como se debe considerar la compatibilidad entre NTSC y PAL, el nmero de lneas se define

como de 480 para NTSC y de 576 para PAL, de modo que la siguiente expresin se mantenga:

NTSC (lneas totales por total de cuadros) = PAL (lneas totales por total de cuadros).

(Definicin de los pixeles horizontales totales)Para asegurar la compatibilidad entre NTSC y PAL, el nmero de pixeles horizontales tambin se define como

sigue, de acuerdo con las lneas de NTSC/PAL:

(480 + 576)/2 x 4/3 = 704 pixeles

0.074sec

1/60sec

1

2

4

3

5

6

7

8

Campoimpar

Nmero de

lineas rastreadas

Campo par

Lneas de

rastreo

: Posicin de la muestra

de la seal Y

: Posicin de la muestra

de la seal de diferencia

de color


18/52

1 6


(MB: macro-bloque)

Al igual que MPEG1, MPEG2 tambin divide un cuadro en porciones de 16x16 pixeles, llamados MB (macro

bloques). Estos bloques son la unidad fundamental de compresin.

La figura 4.3 muestra el formato de un cuadro. Para NTSC, un cuadro tiene 44MB en direccin horizontal y

30MB en direccin vertical.

Figura 4.3. Formato de un cuadro

Cada MB, que consiste en 16x16 pixeles, posteriormente se divide en sub-bloques de 8x8 pixeles. Estos sub-

bloques se requieren para la operacin del DCT, descrito ms adelante en este documento.

Como un pixel de imagen rene un componente de luminancia y componentes de crominancia, los pixeles se

dividen en seales de luminancia y seales de diferencia de color para formar un sub-bloque.

(Sub-bloque de seal de luminancia)

Cada MB, que consiste en 16x16 pixeles, se divide posteriormente en 4 sub-bloques de 8x8 pixeles.

(Sub-bloques de seal de diferencia de color)

Dado que se emplea una codificacin de componentes de 4:2:0,

como ya se mencion antes en este documento, cada MB de 16x16

pixeles se divide posteriormente tanto en direccin horizontal como

en vertical para formar 8x8 pixeles. Entonces, la cantidad de infor-

macin de crominancia se reduce a 1/4 comparada con la de la

seal de luminancia; y como resultado, se crean 4 sub-bloques de

seal de luminancia y 2 sub-bloques de seal de diferencia de co-

lor para cada MB. Vea la figura 4.5

Figura 4.4. Entrelazado de la seal de crominancia

Figura 4.5. Configuracin de macro-bloques

( ): For PAL only

704p ixe ls

44M B s

480(576)lines

30(36)MBs

MB (16 by 16 pixels)

16/2

16/2

: Informacin de

crominancia

MBCr=R-Y

Cb=B-Y

8

8

Y

16

16

YCb

Cr

8

8

8

8

x4Sub-bloque de sealde luminancia

(Macro-bloque)

Sub-bloque de sealde diferencia de color


19/52

1 7


(2) DCT (Transformacin de coseno discreto)

[Compresin de informacin basada en la correlacin de despliegue a despliegue (espacial)]

La figura 4.6 muestra un ejemplo de la curva de

distribucin de potencia de una seal de video. La

seal de TV normal (seal NTSC) tiene componentes

de frecuencia desde DC hasta aproximadamente

4.2MHz, y en la curva se puede ver que la mayorpotencia est distribuida en las frecuencias bajas. La

tecnologa para la compresin de informacin em-

pleando dicha caracterstica de la seal de video es

llamada DCT. Ms especficamente, los pasos (a) y

(c) se ejecutan en tal orden para realizar el DCT.

El proceso de describe en este orden.

Figura 4.6. Ejemplo de curva de distribucin

de potencia de seal de video

(a) Divisin de una imagen en sub-bloques de 8x8 pixeles (subdivisin de MB)

(b) Convertir la informacin de cada sub-bloque dividiendo su frecuencia (proceso DCT)

(c) Dividir los coeficientes post-conversin por un divisor (paso de cuantizacin), y redondear el resultado

(recuantizacin)

(2-1) Subdivisin de MB

Cada MB consiste en 16x16 pixeles, y es dividido en sub-bloques de 8x8 pixeles para pasar al proceso DCT

(figura 4.7).

Bajo MPEG2, las funciones DCT de campo se aaden a las imgenes entrelazadas que se van a procesar.

La subdivisin de una imagen entrelazada desde un MB en sub-bloques, se consigue usando el mtodo

mostrado en la figura 4.7(b). La diferencia entre una imagen compensada en movimiento y la imagen de entrada

tambin se dirige al proceso DCT. Cuatro sub-bloques de seal de luminancia y dos bloques de seal de diferen-

cia de color son sujetos a operaciones aritmticas DCT.

Figura 4.7. DCT de cuadro y DCT de campo

Amp

litude

(dB)

0 4MFrecuencia (Hz)

A

x4

8

8

8 8

8

8

8

8

MB (16 x 16)

x4

A B

B

CC

DD

Sub-block

x4

MB (16 x 16)

8

8

8

8 8

8

8

8 8

8

Sub-block

x4

Sub-bloque Sub-bloque

(a) Modo DCT de cuadro

Mitad izquierda de las

lneas impares

Mitad izquierda de

las lneas pares

Mitad derecha de las

lneas impares

Mitad derecha de

las lneas pares


20/52

1 8


(2-2) Proceso DCT

Se puede considerar que las funciones del proceso DCT son como un filtro divisor de frecuencia para la imagen

(seales anlogas). Cuando se realiza el proceso DCT en un rea cuadrada especfica de una imagen, sta

puede disolverse en imgenes de alta frecuencia para expresar una resolucin a partir de la imagen promedio de

baja frecuencia dentro del rea original.

A este proceso DCT vertical/horizontal se le llama DCT secundario. El procedimiento DCT ms especfico se

muestra ms adelante.

1- Un sub-bloque de informacin de imagen puede disolverse en 64 (8) tipos de patrones, realizando el proce-

so DCT.

La figura 4.8 muestra la distribucin de patrn de imagen de un sub-bloque, obtenida por la disolvencia

DCT horizontal. Como el sub-bloque tiene 8 pixeles en direccin horizontal, se puede disolver en un mxi-

mo de 8 tipos de componentes de frecuencia. La figura 4.8 indica que conforme el valor se vuelve ms

grande de 1 a 8, la frecuencia se incrementa.

Los ocho patrones obtenidos por una divisin posterior de cada uno de los patrones divididos en frecuencia

en una direccin vertical, son los 8 por 8 patrones formados por la disolvencia DCT secundaria.

Figura 4.8. Patrn de disolvencia horizontal

2. La figura 4.9 es una curva de distribucin de los coeficientes DCT, que han sido obtenidos del DCT secun-

dario.

Los coeficientes DCT denotan los niveles de disolvencia de los patrones (brillo y densidad de color).

El coeficiente en el extremo superior izquierdo, denota el nivel promedio del sub-bloque; y todos los dems

coeficientes denotan los cambios desde el nivel promedio. En otras palabras, el valor en el extremo supe-

rior izquierdo es el valor de DC del despliegue, y los otros valores denotan niveles de frecuencia.

Figura 4.9. Ejemplo de coeficientes DCT

Se debe notar aqu que cuando el proceso DCT se realiza, las muestras de datos se concentran en los componentes

de baja frecuencia, para hacer a los componentes de alta frecuencia casi nulos.

1 2 3 4 5 6 7 8

Ms bajo Frecuencia horizontal Ms alto

!2 !10 1

0

0

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

0000

0 0 0 0 0

00000 0 0

0

000000

0 0

!2 !2 !2

!2!1

!1

321 12 -4 1 1 0 0 0

0 0 0 0 0 0-20 9

1

Ms bajo Frecuencia horizontal Ms altoMsbajo

Frecuenciavertical

Msalto


21/52

1 9


(2-3) Recuantizacin

El proceso DCT es una transformacin realizada slo a coeficientes concentrados (niveles). Con este proceso

por s solo, sin embargo, la informacin no puede ser comprimida; para conseguirlo, se requiere de una

recuantizacin, descrita ms abajo.

La figura 4.10 muestra un ejemplo de recuantizacin de los componentes de seal correspondientes a los

coeficientes DCT. Primero, los coeficientes DCT se multiplican por un parmetro de cuantizacin predetermina-

do, para minimizar los errores de cuantizacin; a continuacin los componentes de alta frecuencia que corres-

ponden a los coeficientes DCT pasan por un ajuste de nivel (LPF) para su recuantizacin, basado en la matriz decuantizacin que ha sido determinada por sus componentes de frecuencia particulares. Con esto, la precisin de

la cuantizacin DCT tambin puede ser cambiada.

Figura 4.10. Ejemplo de recuantizacin

Ejemplo: Los datos sombreados en esta figura 4.10 se muestran enseguida.

1) DCT 2) Cuantizacin

Espectro de la fuente Coeficiente DCT Espectro de cuantizacin

(301) -20 (-5)

Matriz de cuantizacin

(16)

1) 321 (valor promedio) 301 (espectro de la fuente) = -20 (coeficiente DCT)

2) 20 x 4 (parmetro de cuantizacin)/16 (matriz de cuantizacin) = -5 (espectro de cuantizacin)

-5

16

-20301

DCT(LPF)

320 333 317

330 321

321 319 322

321 12 -4

9

0

0

-2 1

8 16

16

19

19

22

22 26

160 3 -1

2

00 0

0

Espectro de fuente

Valor promedio

CoeficientesDCT

Datos diferencialesdel valor promedio

La coeficiente DCT semultiplica por un parametrto

de cuantizacin (en esteejemplo 4) para minimizarlos errores de cuantizacin

Cuantizacin:operacin de divicinbasada en matricesde cuantizacin

Matriz de cuantizacin

Los datos determinados dela distribucin de potenciade la seal (existen variasmatrices de cuantizacin)

Espectro cuantizado


22/52

2 0


(2-4) Exploracin en zigzag o exploracin alternada

Las exploraciones en zigzag se realizan en niveles de patrones cuantizados, a partir de componentes de ms

baja frecuencia a los de ms alta frecuencia (en este orden). Vea la figura 4.11

Figura 4.11. Exploracin en zigzag y exploracin alternada

Codificacin eficiente de ceros continuos

Cuando la codificacin se va a iniciar desde los componentes de baja frecuencia (ceros continuos), el sistema

funciona en la siguiente secuencia para mejorar la eficiencia del codificado:

1. Las seales de nivel cero en altas frecuencias se detectan desde el espectro cuantizado.

2. La longitud de la seal de nivel cero(longitud de carrera de ceros) y una seal de nivel no-cero

(valor de nivel) se integran en un paquete.

3. Todos los ceros desde un nivel hasta el final se convierten en un cdigo fin-del-bloque (EOB).

4. Finalmente, se asigna un cdigo para el paquete mencionado arriba.

Ejemplo: suponga que como se muestra en la figura 4.12, se ha obtenido el espectro cuantizado .

Los datos se agrupan en paquetes en el orden de exploracin de zigzag, como sigue:

(0, 160), (1, -5), (2, -1)... EOB

Las longitudes de carrera cero agrupados y los nmeros

no-ceros se codifican asignando bits.

Figura 4.12. Ejemplo de

espectro cuantizado

Como el estado de concentracin de los coeficientes DCT puede diferir de acuerdo con la naturaleza particular

del sub-bloque, se asignan ms bits a los coeficientes que poseen una potencia ms concentrada y menos bits a

los coeficientes que tengan potencia menos concentrada. Entonces, la informacin puede comprimirse

eficientemente.

1 2

3

4

5

6

61

62

63 64

8

8

1

26

3

5

4

61

62

64

63

8

8

Ms bajo Frecuencia horizontal Ms altoMsba

joFrecuenciavertical

Msalto

Ms bajo Frecuencia horizontal Ms altoMsbajo

Frecuenciavertical

Msalto

(a) Exploracin en Zigzag (b) Exploracin alternada

160 0 -1

-5 0 0

000


23/52

2 1


4.5.2 Codificacin de longitud variable (VLC)

[compresin de informacin basada en las probabilidades de aparicin de concentracin de cdigo]

La cuantizacin basada en el proceso DCT y sus correspondientes vectores de movimiento, obviamente difieren

de la probabilidad de aparicin de sus datos. Esta caracterstica puede ser utilizada para reducir la informacin,

asignando un cdigo ms corto a los datos con ms alta probabilidad de aparecer y un cdigo mayor para los

datos con menores probabilidades. Este mtodo se llama codificacin de longitud variable (VLC), o codificacin

entrpica.La codificacin de longitud variable comprime la informacin combinando los cdigos de Haffmann y de longi-

tud de carrera. Este mtodo de combinacin es una de las tcnicas de compresin de informacin en donde se

utiliza la probabilidad de aparicin de un dato.

(1) Qu es la codificacin de longitud variable?

Suponga que por ejemplo tenemos una lnea de nmeros decimales 0, 1, 2, 3. Cuando se convierten en

binarios, esta lnea de datos se convierte en 00, 01, 10, 11 y su longitud de cdigo promedio es de 2 bits.

A esta longitud de bits se le llama codificacin de longitud fija.

Si la frecuencia a la que se usan los cdigos de arriba (esto es, su probabilidad de aparicin) es ms alta en

secciones especficas, entonces, como se muestra en la tabla 4.4, los nmeros decimales 0, 1, 2, 3,

etc. al ser convertidos en su equivalente binario, se codifican como: 0, 10, 110, 111, etc. respectiva-

mente. Este mtodo es una codificacin de longitud variable.

Tabla 4.4. Probabilidades de aparicin y cdigo de longitud variable de los datos fuente

Si, como se muestra en la tabla 4.4, las probabilidades de aparicin de los datos fuente son mayores en

secciones especficas, la cantidad de informacin para obtener la codificacin de longitud variable puede calcu-

larse como sigue:

Longitud promedio del cdigo = (0.6 x 1) + (0.2 x 2) + (0.1 x 3) + (0.1 x 3) = 1.6 bits

Y el volumen de datos puede ser reducido gracias a la codificacin de longitud variable.

0 0 .6 0

1 0 .2 10

2 0 .1 110

3 0 .1 111

1

3

3

2

Nmero decimal Probabilidad de aparicin Cdigo Longitud de cdigo


24/52

2 2


4.5.3 Bloque de compensacin de movimiento

[compresin de informacin basada en la correlacin de pantalla a pantalla]

(1) Concepto de codificacin predictiva

Una imagen de televisin o video consiste en 30 cuadros por segundo (NTSC); mas cuando se comparan

los cuadros adyacentes, la mayora de ellos en realidad contienen la misma imagen. Por lo tanto, slo los

cambios entre los cuadros (secciones diferenciales) sern grabados para cada uno de ellos y todas las

dems secciones libres de cambios se grabarn una sola vez. Estas secciones sin cambio, luego se combi-nan con las secciones diferenciales para reproducir la imagen original. Entonces, la cantidad de informacin

que debe grabarse se reduce significativamente.

A la prediccin de la imagen actual a partir de una imagen previa y a la codificacin de sus diferencias, se les

llama codificacin predictiva (figura 4.13).

En el MPEG real se adopta una codificacin predictiva bidireccional, en la que la imagen actual se predice

con base en las imgenes previas y posteriores. Este mtodo de codificacin se describe ms adelante.

Figura 4.13. Codificacin predictiva

(2) Concepto de compensacin de movimiento

Cuando slo cambia la posicin de un objeto dentro de una imagen en el tiempo, los datos del objeto se

usan tal cual, y nicamente se transmiten las cantidades de su cambio (vectores de movimiento). Este

mtodo permite que la imagen original sea reproducida (decodificada) con menos datos. Este mtodo se

llama compensacin de movimiento, y se puede combinar con la codificacin predictiva, descrita antes,

para conseguir una compresin de datos eficiente.

Figura 4.14. Compensacin de movimiento

A

A - B

B

Normalmente, las secciones A y B se graban

al mismo tiempo; pero en realidad, como am-bas tienen mucho en comn, su diferencia da

como resultado A-B.

Durante la reproduccin, esta seccin (A-B)

se combina con A para producir B. Esto hace

innecesario grabar la mayor parte de B, esto

es, la montaa que se ve en la figura.

Cuadro previo

Posicin en elcuadro previo

Cuadro actual

Posicin en elcuadro actual

Vector de movimiento

Durante el proceso real, una pantalla se di-

vide en bloques y, como un vector de mo-

vimiento para su codificacin, se calcula

qu tanto se ha movido y en qu direccin,la seccin que se est procesando.


25/52

2 3


(3)Concepto de prediccin bidireccional

La compensacin de movimiento descrita anteriormente (prediccin basada en vectores de movimiento), da

la informacin que indica la cantidad de cambio en la pantalla actual a partir de la pantalla anterior. Sin

embargo, bajo MPEG1 y MPEG2 tambin se proporciona la informacin que denota la cantidad de cambio

para la pantalla futura, a fin de mejorar la precisin. A esto se le llama prediccin bidireccional.

La estructura del grupo de imgenes (GOP) que consiste en fotos I, fotos P y fotos B, se toma para implementar

la prediccin bidireccional.

Figura 4.15. Prediccin bidireccional

(4) Estructura GOP

Bajo MPEG, las imgenes se manejan como una unidad foto. En MPEG1, una foto se maneja como un

cuadro; y en MPEG2, puede manejarse como un campo en su lugar (la primera se llama estructura de

cuadros, y la segunda estructura de campos).

Como se lista en la tabla 4.5, MPEG proporciona tres tipos de fotos para conseguir la codificacin predictiva

que se usa en la compresin de movimiento.

Tabla 4.5. Fotos

Despliegue pasado Despliegue actual

Despliegue actual predicho

Despliegue futuro

El despliegue actual se predicede despliegues pasados y futuros

- Significa foto en codificacin predictiva bidireccional

- Las pantallas se obtienen de predicciones bidireccionales

- Una pantalla se crea a partir de 4 fotos I P decodificadas recientemente

(dos pasadas y dos futuras).

- El volumen de datos es de 1/5 1/6 del de una imagen

- Los efectos de compresin se producen por prediccin bidireccional.

Tipo de imagen Descripcin

Fotos I

(tambin llamados cuadros I

en la estructura de cuadros, o

campos I en la estructura

de campos)

- Significa foto codificada internamente. Se usan pantallas que se

codifican usando slo su informacin, y que se crean sin prediccin

bidireccional.

- Por lo menos una de estas fotos se incluye en un GOP, para permitir

el acceso aleatorio

- Los efectos de compresin se producen por DCT

Fotos P

(tambin llamados cuadros P


campos P en la estructura

de campos)

- Significa Foto codificada predictivamente

- Las pantallas se crean prediciendo las fotos I P decodificadas

recientemente.

- Se requiere de por lo menos un cuadro de memoria- El volumen de datos es de 1/3 del de una foto

- Los efectos de compresin se producen por prediccin directa/inversa

Fotos B

(tambin llamados cuadros B


campos B en la estructura

de campos)


26/52

2 4


Una gran parte de la imagen se crea prediciendo las pantallas inmediatamente posteriores y anteriores; as

que la informacin completa no puede ser obtenida con una foto por s sola.

Para crear la informacin completa, se deben combinar muchas imgenes. A la estructura resultante se le

llama estructura GOP (grupo de imgenes).

El GOP normalmente consta de alrededor de 15 imgenes; por lo menos una de ellas es una foto I que

contiene informacin completa, lo que permite el acceso aleatorio. El GOP debe incluir una foto I antes de que la

pantalla que se desee pueda ser llamada en un acceso aleatorio (figura 4.16).

Figura 4.16. Datos GOP consistentes en imgenes

S / H GOP S / H GOP S / H GOP"

DAT A DATA DATA

Pict.1 Pict.2 Pict.3 Pict.N :S / H ="

DATA DATA DATA DATA

B B I B B PB BPB B

PB B P

N=15

M=3 M=3

Se asigna un tipo I,P,B, a cada fotoUn GOP incluye por lo menos una foto I para permitir que

otras fotos se reproduscan en ella

Fin desecuencia

Encabezado desecuencia

Ejemplo de la estructura de tipos de fotos en GOP

Nota: El nmero de fotos en el GOP se identifica como N y el periodo en el cuallas fotos I P aparecen se llama M. En el ejemplo arriba, como el GOPconsiste de 15 fotos, N es 15; y como el periodo de aparicin de fotos I Pes de 3, M es 3.


27/52

2 5


(5) Prediccin bidireccional para la estructura de cuadros

La cantidad de informacin puede comprimirse en el rango de 1/30 a 1/80 de su valor original, aplicando la

codificacin predictiva bidireccional. Las pantallas comprimidas (cuadros) se explican enseguida; vea la

figura 4.17.

1. Cuadros I

La primera pantalla se comprime con un DCT, una recuantizacin y un VLC. Esta pantalla puede ser creada

incluso con informacin de las pantallas previas o posteriores. La informacin se comprime en el rango de 1/10 a 1/20 por el DCT y la recuantizacin, y en un rango de 2/3 a 1/2 por el VLC.

2. Cuadros B

La segunda pantalla se crea con la informacin diferencial promedio entre la primera y la tercera pantalla. La

informacin se comprime a 1/2 por la compensacin de movimiento, y en un rango de 2/3 a 1/2 por el VLC.

3. Cuadros P

La tercera pantalla se crea con la informacin diferencial relativa a la primera pantalla. Como sucede con la

segunda pantalla mencionada arriba, la tercera pantalla tiene su informacin comprimida a 1/2 por la compen-

sacin de movimiento, y en un rango de 2/3 a 1/2 por el VLC.

Figura 4.17. Prediccin bidireccional en la estructura de cuadro en caso de que M=2.

(6) Prediccin bidireccional en la estructura de campos

Como sucede con la estructura de cuadros, la estructura de campos tiene su informacin comprimida en el

rango de 1/39 a 1/80 de su valor original. Las pantallas comprimidas (campos) se explican enseguida en el

orden de su procesamiento (figura 4.18).

1. Campo I1

La primera pantalla se comprime con DCT, recuantizacin y VLC. Esta pantalla puede crearse incluso sin la

informacin de pantallas previas o posteriores. La cantidad de informacin se comprime en el rango de 1/10

a 1/20 por el DCT y la recuantizacin, y en el rango de 2/3 a 1/2 por el VLC.

2. Campo P1Este campo se crea a partir de las predicciones hacia adelante, basadas en el campo I1. La informacin

diferencial entre la primera y segunda pantallas est contenida en el campo P1. La cantidad de informacin

comprimida es de alrededor de 1/2 por la prediccin hacia delante, y posteriormente se comprime en el rango

de 2/3 a 1/2 por el VLC.

3. Campo P2

Este campo se crea con la prediccin hacia delante, basada en los campos I1 y P1. La informacin diferen-

cial entre la primera, segunda y tercera pantallas est contenida en el campo P2. La cantidad de informacin

se comprime alrededor de 1/2 por la prediccin hacia delante, y luego se vuelve a comprimir en el rango de 2/3

a 1/2 por el VLC.

1/ 6 0 s e c1/ 30sec

1/ 3 0 s e c

Half di spl ay(even lines only)

Half di spl ay(odd li nes onl y)

Tr ansf or med

(3r d di spl ay)

(2nd di spl ay)

( 1st di s pl a y)

3rddisplay

2nddi s pl a y

1st di s pl ay

Fi el d s t r u c ur e Fr a me s t r u c t ur e

P-frame

B-frame

I-frame

Thi s di spl a y canbe created fro mthe fra me beforelast.

This display canbe cr e at e d f r o mt he aver agedif f er e nt i ali nf or m at i o n b et w e e nthe previous frameand the next frame.

This display canbe cr eat ed wit hout

pr evi o us or ne xtdi s pl a y i nf or m at i o n

Forward-

predictive

compression

Bidirectionally

predictive

compression

DCT-

based

compression


28/52

2 6


4. Campo P3

Este campo se crea con la prediccin hacia delante, basada en los campos P1 y P2. La informacin diferen-

cial entre la segunda, quinta y sexta pantallas est contenida en el campo P3. La cantidad de informacin se

comprime alrededor de 1/2 por la prediccin hacia delante, y luego se vuelve a comprimir en el rango de 2/3 a

1/2 por el VLC.

5. Campo B1

Este campo se crea con las predicciones bidireccionales basadas en los campos I1, P1, P2 y P3. La informa-cin diferencial entre la pr imera, segunda, tercera, quinta y sexta pantallas est contenida en el campo B1. La

cantidad de informacin se comprime alrededor de 1/2 por la prediccin hacia delante, y luego se vuelve a

comprimir en el rango de 2/3 a 1/2 por el VLC.

6. Campo B2

Este campo se crea con las predicciones bidireccionales basadas en los campos I1, P1, P2 y P3. La informa-

cin diferencial entre la primera, segunda, cuarta, quinta y sexta pantallas est contenida en el campo B2. La

cantidad de informacin se comprime alrededor de 1/2 por la prediccin hacia delante, y luego se vuelve a

comprimir en el rango de 2/3 a 1/2 por el VLC.

Figura 4.18. Prediccin bidireccional para la estructura de campo

1/60sec

1/60sec

2)

3)4)

5) 6)

Despliegue de lneas impares

Antes de la compresin

1erdespliegue(medio despliegue,solo lneas pares)

5odespliegue(solo lneas impares)

3erdespliegue(solo lneas impares)

1erdespliegue(solo lneas impares)

2odespliegue(medio despliegue,solo lneas pares)

3erdespliegue

4o despliegue

5odespliegue

6odespliegue

6odespliegue(solo lneas pares



Campo P25odespliegue


Campo B24odespliegue


Campo B13erdespliegue

Campo I11erdespliegue

(no comprimidos)

Despliegue de lneas pares

(no comprimidos)

Compresin


29/52

2 7


(7) Modos de prediccin

En la seccin anterior se ha descrito la prediccin bidireccional para las estructuras de cuadro y de campo. Se

tienen tres modos de prediccin bidireccional: uno es la prediccin de cuadro, otro es la prediccin de campo

y el ltimo es la prediccin de doble prima (que pertenece a la prediccin de campo).

Todas las pantallas predichas se crean en unidades de MB.

a. Modos de prediccin en la estructura de cuadro

La prediccin de campo usa dos vectores de movimiento (MVs), y la prediccin de cuadro slo uno. Enambos modos la codificacin predictiva se ejecuta en unidades MB. Vea las figuras 4.19a y 4.19b.

La prediccin de doble prima utiliza cuatro MV (figura 4.19c).

La prediccin de doble prima es un modo de prediccin muy poderoso, que slo puede usarse cuando

M=1; es el nuevo modo adoptado por MPEG2.

Figura 4.19. Tres modos de prediccin para la estructura de cuadro

(MV 1)

(MV 2)

16

16

8

8

16

16(MV)

16

16

16

16

1/60secMV4

MV3

MVMV2

MV1

1/60sec

1/60sec

(MV 1)

16

8

168

16

16

16

8

168

168

16

8

1/30sec

Vector demovimiento 1

Vector demovimiento

Vector demovimiento

(MV 2)

Vector demovimiento

(MV 3)

Vector demovimiento

(MV 4)

Vector demovimiento

Vector demovimiento 2

Medio marco-bloquede 16 x 8 lneas imparesobtenidas del vector MV 1





Cambio de lneasimpares/pares

Cambio de lneasimpares/pares


Medio marco-bloquede 16 x 16 obtenidodel vector de movimientoMV

(a) Prediccin de campo (b) Prediccin de cuadro

(c) Prediccin de doble prima

Macro-bloque

Macro-bloque

Macro-bloque

4oCampo(solo lneas pares)

2oCampo(solo lneas pares)

2oCuadro

3erCampo(solo lneas impares)

1erCampo(solo lneas impares)

1erCuadro

Las predicciones se basan en los vectores MV1-MV4

Valor promedio

Valor promedio

Medio

macro-bloquede lneasimpares

Mediomacro-bloquede lneas

paresMV: Vector de movimiento


30/52

2 8


b. Modos de prediccin en la estructura de campo

En la figura 4.20 se da un vistazo operacional a cada modo de prediccin.

Nota: La prediccin de cuadro no puede usarse en la estructura de campo.

Figura 420. Modo de prediccin para la estructura de campo

16

16

16

16 16

16

16

8

16

8

1/60seg

1/60seg

MV2

MV1

16

16 16

16

16

16

Vector de movimiento(Solo MV 1 MV 2)

Vector de movimiento 1(MV 1)




(a) Prediccin de campo parala estructura

(b) Prediccin de campo parala estructura de campo 16 x 8

(c) Prediccin de doble prima

Macrobloque

Macrobloque

Macrobloque

Combinacin de lneasimpares/pares

Valor promedio

Trnscursodetiempo

3ercampo

(solo lneas impares)

1ercampo(solo lneas impares)

2ocampo(solo lneas pares)

Las predicciones se basan en MV 1 y MV 2.


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2 9


4.5.4 Multiplexado y divisin de paquetes

La multiplexin de paquetes se usa para grabar los datos en el DVD.

El multiplexado de paquetes se refiere a la divisin de los datos de audio en pequeos paquetes y a su

posterior multiplexacin; esto se hace aadiendo un encabezado de paquete que incluye detalles de informacin

tales como los tipos de datos y el nmero de lneas. Un diagrama conceptual de la multiplexin de paquetes

puede verse en la figura 4.21.

Figura 4.21. Concepto de multiplexin de paquetes

4.5.5 Tasa de transferencia variable

Cuando las imgenes se comprimen bajo los estndares MPEG2, se necesita una tasa de transferencia de

alrededor de 6Mbps para obtener un nivel de calidad de imagen igual al de la televisin area; sin embargo, una

escena donde un objeto se mueve rpidamente requiere de una tasa de transferencia mayor; y por el contrario,

una imagen casi fija no requiere de una tasa de transferencia tan alta. Esto implica que cuando se usa un CD de

video u otro medio convencional con tasa de transferencia fija, se puede tener video innecesario y/o video que no

alcance todo su proceso. La tasa de transferencia para CD de video es de 1.15Mbps fija.

En el DVD se usa un esquema de tasa de transferencia variable, donde los datos se graban a una tasa de

transferencia correspondientes al volumen de datos en un momento particular. La tasa de transferencia promedio

en esta caso es de 3.5Mbps, con un valor mximo de 9.8Mbps. Este esquema permite que la capacidad de

grabacin del disco se utilice al mximo.

Figura 4.22. Tasa de transferencia fija y tasa de transferencia variable

V-4

V-5

V-3

A-1A-4

A-2

A-3

S-2 V-3 V-1

S-3

S-5

S-4

Lneas de video

Lneas deaudio(Hasta 8 unidades)

Lneas de sub-titulos(Hasta 32 unidades)

Paquetes Multiplexado

Grabacin en disco

Cada lnea de datos se divide enpaquetes de tamao fijo (divisinde paquetes)

Un encabezado de paquete, consistenteen tipo de lnea e informacin de base detiempo, se graba en el disco ( multiplexado)

Volumen de dato

Volumen de dato

Tasa de transferencia fija Tasa de transferencia variable

Volumn de datos

Tasafija

Tasavariable

No necesario

Tiempo

Tiempo

Tiempo

No se puede procesar

Componente que ni es innecesarioni imposible de procesar


32/52

3 0


SH G O P

I B P ############

SH G O P G O P G O PSH SH

B B P PB B

MB MBMBMBMB MBMBMBMB #######

CrCb

Y

8

8

8

1) Capa de secuencia

2) Capa GOP

3) Capa de imgen

4) Capa rebanada

5) Capa de macrobloque

6) Capa de bloque

4.5.6 Codificacin de correccin de error

Un mtodo de codificacin de producto Reed-Solomon (RS-PC) se ha adoptado para corregir los errores en el

DVD. En comparacin con el cdigo Reed-Solomon entrelazado y cruzado (CIRC) que se emplea en los CD, el

RS-PC posee una capacidad mejorada de correccin de errores y adems reduce la redundancia de datos.

4.5.7 Modulacin 8-16

Se ha adoptado el mtodo EFM-plus (modulacin 8-16) para la grabacin de datos en el disco DVD. Al igual que

en el mtodo EFM (modulacin 8-14) usado en los CD, la modulacin 8-16 se realiza para incrementar la canti-

dad de datos que pueden ser grabados en una pista.

Comparado con el mtodo EFM (modulacin 8-14), el EFM-plus (modulacin 8-16) mejora la densidad de

grabacin en alrededor de 6%. La razn es que en el mtodo EFM de los CD se necesitan 3 bits de enlace, lo que

hace un total de 17 bits; mientras, en EFM-plus estos bits de enlace no son necesarios.

4.6 Estructura de datos de MPEG2

Como sucede en el MPEG1, los datos de imagen de MPEG2 tienen una estructura de 6 capas, incluyendo una

capa de secuencia y una capa de bloque (figura 4.23).

Una pantalla de datos se comprime dividindola en rebanadas, y luego subdividiendo cada rebanada en

macro-bloques o bloques. La pantalla posee fotos I, B y P, las cuales se combinan en una capa GOP.

Figura 4.23. Estructura de datos de MPEG2

*SH: En la figura de arriba, SH es la abreviatura en ingls de encabezado de secuencia. El SH contiene informa-cin especfica sobre el formato de pantal la y otros factores. Los puntos principales especificados por el SH

se muestran a continuacin.

Razn de aspecto (ARI) 4 bits Perfil/nivel (PALI) 8 bits

Punto principal (abreviatura) Largo en bits Largo en bitsPunto principal (abreviatura)

Cdigo de encabezado de secuencia (SHC) 32 bits Tasa de bits (BRV) 18 bits

Tamaos vertical/horizontal (HSV/VSV) 12 bits cada uno Tasa de cuadros (FRC) 4 bits


33/52

3 1


4.7 Sincronizacin de video y audio

Se deben comprender los siguientes dos puntos cuando se sincronicen el audio y el video en MPEG2:

1. Adicionar informacin de temporizacin, a fin de decodificar/reproducir a las unidades de acceso para el audio

y el video. Esta informacin se llama estampas de tiempo.

Nota: Aqu, las unidades de acceso se refieren a las unidades de decodificacin y reproduccin; en el caso del

video, esto significa una imagen; y en el caso del audio, un cuadro de imagen.

2. La informacin llamada SCR se vuelve la base de tiempo para las estampas de tiempo.

En la figura 4.24 se muestra un diagrama esquemtico de los decodificadores de referencia para MPEG2.

Figura 4.24. Diagrama esquemtico de los decodificadores de referencia de MPEG2.

4.7.1 Estampas de tiempo

Hay dos tipos de estampas de tiempo: PTS, que incluye la informacin de manejo de tiempo en la reproduccin

y salida; y DTS, la cual incluye la informacin de manejo de tiempo en la decodificacin.

1) PTS (Estampa de tiempo de presentacin)

Cuando el STC, que acta como una referencia para el sistema MPEG2, coincide con el PTS, la unidad de

acceso correspondiente es reproducida y expedida.

2) DTS (Estampa de tiempo de decodificacin)

Como se describi antes en este documento, el sistema MPEG2 suministra tres tipos de fotos, las cualesdifieren en el orden de decodificacin y en el orden de reproduccin y expedicin. Por lo tanto, se aade un

DTS como la informacin que indica el tiempo (orden) de decodificacin. Si la informacin DTS y PTS son

iguales, slo se aadir esta ltima.

4.7.2 SCR (referencia de reloj de sistema)

El SCR es la informacin usada para calibrar el STC, el cual acta como la referencia en tiempo, o para fijar al

STC en el valor deseado en el codificador dentro de la unidad de decodificacin del sistema MPEG; ste incluye

los decodificadores de audio y video. El SCR se enva en 6 bytes; y cuando llega el sexto byte, el STC se fija al

valor del SCR. La frecuencia de reloj del sistema para el SCR/STC es de 27MHz.

Datastream

STDbutter

Systemdecoder

STC

Videodecoder

Audio

Picturedelay

memoryVideo output

Audio output

STDbutter

decoder

*STD (Decodificador de objetivo de sistema)

Esta unidad toma tan slo los datos indicados de la lnea consistente en audio y video.*STC (reloj de tiempo de sistema)

El sistema MPEG2 posee un reloj de referencia en el extremo transmisor y otro en el extremo receptor del sistema,

los cuales deben sincronizarse. El lado transmisor multiplexa al SCR (descrito ms adelante en esta seccin) dentro de la lnea; y transmite el

SCR hacia el lado receptor, para enviar las

seales de reloj codificadas. El lado receptor debe crear la referencia correspondiente al SCR, y la referencia se llama reloj de tiempo del

sistema.

*Codificador de sistemaEsta unidad sincroniza el audio y el video, controlando la lectura de los datos decodificados de los seguidores

mientras se comparan los PTS/DTS de audio y video (descritos ms adelante) con el STC.


34/52

3 2

5. Formato de los datos

Los discos especiales para la reproduccin en DVD contienen datos comprimidos de video y de audio.

Se asigna un nmero especfico de bits basado en ciertas reglas para cada tipo de dato; ambos poseen una

estructura de datos bloque por bloque.

El formato de datos de los discos se muestra en la figura 5.1.

*1 Bloque ECC (cdigo de correccin de error) = 16 sectores

*1 sector = 26 cuadros (4,836 bytes)

*1 cuadro = 188 bytes (datos: 172 bytes, PO: 10 bytes, SYNC: 4 bytes)

*1 sector de datos (sector de datos de usuario) = 12 paquetes de datos (datos principales: 2,048 bytes, ID: 4

bytes, IDE: 2 bytes, CPR MAI: 6 bytes, EDC: 4 bytes)

Figura 5.1. Formato de datos

En un DVD, un sector tiene 4,836 bytes de longitud y el tiempo de reproduccin por sector es de 1/678 de

segundo (alrededor de 1.48ms). La longitud del entrelazado para el ACIRC (correccin de errores) se crea sepa-

rando los bloques ECC en uno, luego mezclando cada bloque de datos, y grabando stos en el disco. La repro-

duccin se consigue ordenando el estado mezclado de los datos de acuerdo con las reglas de grabacin, y luego

regresndolos a su forma original.

232219160

10

1ECC block(16 sectors)

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

1sectors (26 frames )

24frames2 frames

SYNC 1 frame

4 10 172 byt es

S PO Data 1 frame

"Data structure "

Data sector(12s ets of data: 2,064 bytes )

4 2 6 b ytes 2048 b ytes 4

EDC ID IDE CPR MAI Main data EDC ID IDE CPR MAI Main data

1 frame

12 13 14 15

PI 1 2 3 4 5 6 7 8 17 18 20 21

0 1 2 3 4 5 6

PI 0 1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B


35/52

3 3


5.1 Estructura de un sector de datos

Un sector de datos consiste en 2,064 bytes. A continuacin se muestra en detalle:

*ID (datos de identificacin) 4 bytes

*IED (ID del cdigo de deteccin de error) 2 bytes

*CPRMAI (Informacin de manejo de derechos de autor) 6 bytes

*EDC (Cdigo de correccin de error) 4 bytes*Datos principales (datos de usuario) 2,048 bytes

1) ID (datos de identificacin)La ID consta de cuatro bytes, y contiene los datos que identifican el tipo de disco y el nmero de sector. Los datos

de identificacin se graban en la posicin del primer byte, y los tres bytes restantes se asignan a los datos del

nmero de sector. A continuacin se muestra un desglose de los datos de identificacin.

*Tipo de formato Formato tipo CLV (disco de slo lectura, disco grabable) o formato tipo

zonificado (disco reescribible)

*Mtodo de seguimiento Seguimiento de pits e informacin de seguimiento de grupos

*Razn de reflexin del disco Informacin de la razn de reflexin del disco. Este punto indica si la

cantidad de reflexin excede un 40% de la salida total de potencia

lser como referencia.

*Tipo de rea Informacin de identificacin de rea de disco. Este punto identifica si

los datos pertenecen al rea de datos, al rea de lectura inicial, al

rea de lectura final o al rea intermedia del disco

*Tipo de datos Tipo de datos que estn grabados. Datos para uso en reproduccin o

rea de no-grabacin.

*Posicin de la capa Identif ica si los datos ledos estn en la primera o en la segunda capa

del disco.

2) IED (cdigo de deteccin de error)

El IED es un cdigo de identificacin de error constituido por dos bytes. En la estructura de datos real, el IED no

existe por s solo; en su lugar, se incorpora como parte de la funcin de ID como datos auxiliares para corregir un

posible error en el ID.

3) CPRMAI (Informacin de manejo de derechos de autor)

El CPRMAI son datos cuya intencin es evitar la violacin de los derechos de autor, y tiene 6 bytes de datos en

un sector de datos. Estos datos normalmente se graban en el rea de lectura inicial y en las reas de datos de

audio / video del disco; no se graban en su porcin central o en el rea de lectura final. De los 6 bytes, slo se

reservan dos para el rea de lectura inicial y uno para las reas de datos de video / audio; los bytes restantes no

se usan en la actualidad.

*Area de lectura inicial 1 byte para validar/inval idar la modificacin de derechos de autor1 byte para el cdigo de rea de disco

*Area de datos de video / audio 1 byte para validar/invalidar la modificacin de derechos de autor

4) EDC (Cdigo de deteccin de errores)El EDC es un cdigo de deteccin de errores en un sector de datos, y consiste en cuatro bytes. Este cdigo se da

al final de un sector de datos.


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3 4


6. DVD de audio

Tres tipos de sistemas de audio se proporcionan para el DVD: Dolby digital (AC-3), audio MPEG2 y PCM lineal.

Como se ve en la tabla 6.1, la forma en que estos sistemas de audio sern usados difiere entre NTSC y PAL.

La seleccin de un sistema de audio dentro del rango de los tres propuestos se deja a eleccin del creador del

software.

Tabla 6.1. Sistemas de audio

6-1 Dolby digital (AC-3)

El sistema de Dolby digital (AC-3*) se monta en el DVD-V y en los reproductores de LD, como un sistema de

sonido estereofnico capaz de reproducir escenas vvidas cercanas a la realidad.

El sistema AC-3 es un sistema de 6 canales, consistente en 5 canales convencionales tipo Dolby Pro-Logic

(canales L, R, estreo x 2 y central), y 1 canal LFE para sonidos de muy baja frecuencia. Pero de modo general

a este sistema se le llama sistema de 5.1 canales, debido a que el canal de muy baja frecuencia se maneja

como si fuera 0.1 canal. A continuacin se ve un diagrama a bloques del sistema AC-3.

*AC-3: Codificacin de audio No. 3

*LFE: Efecto de baja frecuencia

Figura 6.1. Diagrama a bloques del sistema AC-3

Por lo general, el circuito decodificador AC-3 no se monta en los reproductores de DVD; lo usual es montar unamplificador que s tenga el decodificador AC-3, en combinacin con el reproductor de DVD, para obtener este

efecto de sonido estereofnico (nuestro modelo XD-DV500 s tiene un decodificador AC-3).

(Caractersticas del sistema AC-3)

1. Como cada uno de los datos de los 6 canales de audio estreo se graba en medios independientes, la separa-

cin de canales es estructuralmente infini ta. Esto hace posible la reproduccin de escenas vvidas cercanas a

la realidad, para orientar la imagen exactamente como lo desea el creador del software, y reproducir el movi-

miento del sonido en alta fidelidad (figura 6.2).

NTSC (525/60) PAL (625(50)

ObligadoAmbos (Dolby digital AC-3 y PCMlineal) o cualquiera de ellos

Ambos (Audio MPEG2 y PCM lineal)o cualquiera de ellos

Opcional Audio MPEG2 Dolby digital AC-3

DSP IC AC-3DETECTOR

DIGITAL

I/ F

6-2chCONV E RTO R

D/ A

CONV E RTO R

ANALOG OUT

DIGITAL

I/F

BITSTREAM

SEL ECT OR

AC-3

DECODERCROSSOVER

FILT ERS

6-C H

D/ A

CONVERTOR

VOLU M E

BALA NCE

CONT RO LS

2Ch STEREO/

PRO LOGIC

CIRCUIT SYST E M

CO NT R O L L ER

USER

CO NTRO LS

AM P

CIRCUIT

DVD PLA YE R AV AMP (AC-3 DECODER)


37/52

3 5


Figura 6.2. Efectos de sonido estreo en AC-3

2. La reproduccin es posible con una salida de sonido estreo a frecuencias de 20KHz o ms (en el caso de

sistemas convencionales, hasta 7KHz)

3. Como no se genera sonido estreo en su interior, el decodificador AC no requiere de circuitos tipo matriz o de

retardo (algunos tipos especficos de amplificadores contienen un circuito de retardo para ajuste fino).

4. Los 6 canales de datos de seal se pueden convertir en seales Dolby Pro-Logic o en estreo de 2 canales

dentro del decodificador, permitiendo que incluso un sistema que no maneje el Dolby digital pueda reproducir

los sonidos Dolby estreo convencionales y/o los sonidos estreo de 2 canales. Vea la siguiente descripcin.

(Circuito AC-3/anlogo en el DVD-V)

Este circuito puede conmutar la configuracin de canales, independientemente de que el amplificador est dise-

ado para AC-3 o para especificaciones de 2 canales estreo o Dolby Pro-Logic estreo. Como los 6 canales de

datos de seal se graban de forma independiente, el software de tipo AC-3 permite que los sonidos AC-3 se

reproduzcan slo cuando el amplificador traiga montado un decodificador AC-3. Esto significa que las seales de

los 6 canales se deben convertir en seales de 2 canales, antes de su salida. Por lo tanto, se incluye un circuito

AC-3/anlogo para realizar esta conversin a la salida.

La composicin bsica del circuito se muestra enseguida.

Figura 6.3

Sub-woofer(max:120Hz)

Sistema de sonido Dolby (AC-3) de 5.1 canales

Bocina frontal(Canal L)

Bocina frontal(Izquierda)

Bocina frontal(derecha)

Bocina frontal(Canal R)Bocina central Bocina central

Bocina trasera (canal L) Bocina trasera (canal R)

Se obtiene una alta calidad de sonido en bandacompleta (3Hz-20KHz) con audio estereofnico

Sistema de audio Dolby pro-logic convencional

Bocina trasera (monoactual) Bocina trasera (monoactual)

El audio estereofnico es monoaural, y lostonos agudos solo se obtienen hasta 7 KHz

DIGITALSIGNAL

6ch $2c hCO NV E RTO R

AC- 3

DET ECTO R

CPU

DIGITA LI/ F

DIGITA LOUT

ANALOGOUTD/ ACONVERTOR


38/52

3 6


Bajo las especificaciones del DVD, la conmutacin del circuito AC-3/anlogo se hace por la activacin de un

interruptor de funcin. Al mismo tiempo, como el circuito AC-3 no se requiere para la reproduccin de un CD, el

interruptor de funcin se cambia de forma automtica al convertidor de 2 canales, independientemente de la

posicin del interruptor manual.

El convertidor de 2 canales convierte las seales de 6 canales en seal de 2 canales, y a este proceso se le

llama mezcla reductiva. Este proceso reproduce el sonido de 2 canales, a partir de los sonidos de los 6 canales

independientes; para ello, mezcla las seales de sonido estreo, central y de muy baja frecuencia con las sea-

les de sonido L y R principales.Estas seales se combinan como sigue:

Canal L: Principal L, estreo L, central y de muy baja frecuencia

Canal R: Principal R, estreo R, central y de muy baja frecuencia

Cuando las seales se mezclan en forma reductiva y sus sonidos respectivos se mezclan tal cual, la distorsin

obtenida de sus diferencias de nivel y balance dar como resultado una muy baja calidad de audio. Por esta

razn el circuito AC-3/anlogo controla el nivel de mezcla en un rango desde 0 hasta 30dB, para obtener una

conversin de sonido balanceada.

Igualmente, la informacin de nivel de mezclado est incorporada en los datos del disco; basndose en ella,

el circuito realiza dicha conversin.

6.2 Audio MPEG2

El sistema de audio MPEG2 se incluye con funciones aadidas necesarias para conseguir un audio digital de alta

calidad, al tiempo que se mantiene una alta compatibilidad con el audio MPEG1. Aunque las especificaciones

bsicas y la operacin del sistema de audio MPEG2 son muy similares a las del audio MPEG1, se le han aadido

las siguientes 3 funciones:

Nota: Remtase a la Gua Tcnica CD de video para mayores detalles sobre el audio MPEG.

1) Canales mltiples (MC)

Se aaden 4 canales a los dos convencionales (L y R): C (central), LS (trasero izquierdo), RS (trasero dere-

cho) y LFE (muy baja frecuencia), que ayudan a lograr la reproduccin de sonido en modo 5.1.

2) Idioma mltiple (ML)

Se proporciona un mximo de 7 canales para audio secundario, adicionales al audio de canales mltiples.

3) Baja frecuencia de muestreo (LSF)

Se aaden las frecuencias de muestreo de 24KHz, 22.05KHz y 16KHz a las convencionales (32KHz, 44KHz y

48KHz), lo que permite una mejora en el radio de compresin debido a la baja tasa de bits.

6.3 Audio PCM lineal

Para el DVD-V se ha adoptado el sistema de audio PCM lineal, el cual no requiere ninguna compresin de datos.

Bajo este sistema, se dispone de 2 frecuencias de muestreo y 3 tipos de cantidades de bits de cuantizacin;

todo esto puede combinarse libremente. Vea la tabla 6.2.

La tasa de bits mxima utilizable para el audio PCM lineal, est limitada a 6.144Mbps por lnea; y se puede

grabar un mximo de 8 canales de audio multi-canal dentro de este lmite.

*Tasa de bits por lnea

Tabla 6.2 Especificaciones del audio PCM lineal

Frecuencia de muestreo Parmetro de cuantizacin Cantidad mxima de canales utilizables (tasa de bits*)

16 bits 8 canales (6.144Mbps)

48KHz 20 bits 6 canales (5.760Mbps)



96KHz 20 bits 3 canales (5.760Mbps)



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3 7


7. Fu

todo lo que necesita saber sobre el dvd

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