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En nuestra décima entrega sobre gestión de color, compresión y flujo de trabajo hablamos de los esquemas de compresión intracuadro.

Esquemas de compresión intracuadro

La codificación intracuadro es la antítesis de la intercuadro, ya que comprime la información de forma discreta en cada fotograma de manera individual. En este caso no existe ninguna dependencia de los fotogramas anteriores o sucesivos.

Diferencia entre los codecs XF-AVC Intra (intracuadro) y XF-SVC Long GOP (intercuadro) de Sony
Diferencia entre los codecs XF-AVC Intra (intracuadro) y XF-SVC Long GOP (intercuadro) de Sony

Se utiliza un algoritmo de compresión similar al JPEG en cada fotograma. El proceso de codificación busca redundancias en el cuadro y descarta la información repetitiva. La imagen se divide matemáticamente en secciones –un conjunto de bloques de píxeles digitales denominados “macrobloques”–. En general están compuestos por un mínimo de ocho por ocho píxeles de tamaño –aunque este dato varía dependiendo del algoritmo–. Por medio del empleo de un procedimiento llamado Transformación Discreta del Coseno (DCT), se analizan todos los bloques y se descartan las redundancias entre ellos.

Transformada Discreta del Coseno (DCT)
Transformada Discreta del Coseno (DCT)

La integridad de la imagen es ampliamente superior en un esquema de compresión intracuadro en comparación con uno intercuadro. No obstante, ambos constituyen tipos de compresión con pérdida -que comprimen las imágenes a través de la identificación de información marginalmente importante que luego descartan.

Como ya hemos mencionado con anterioridad, existen protocolos de compresión sin pérdida, que sirven para retirar información estadísticamente redundante sin producir una degradación de la verdadera integridad de la imagen. Sin embargo, no hay un algoritmo de compresión sin pérdida que se use de forma amplia en la adquisición de imágenes. Hay alguna aplicación casi sin pérdida en la codificación de alta gama del H.264 denominada AVC (codificación avanzada de vídeo) y el JPEG 2000 tiene una opción de codificación sin pérdida.

Compresión de ondícula JPEG 2000

El conjunto de métodos de compresión que se emplean con mayor frecuencia en vídeo se basan en la Transformada Discreta del Coseno (DCT), que siempre representa algún tipo de compresión con pérdida. La imagen comprimida resultante es similar a la original, pero nunca idéntica. Estos métodos incluyen JPEG, MPEG 1-4, HDCAM, DV y la mayoría de los sistemas de compresión que se utilizan en el trabajo relativo a la imagen en movimiento.

El estándar del consorcio Digital Cinema Initiatives (DCI) usa la compresión de ondícula JPEG 2000 para la entrega de archivos de cara a la proyección en salas de cine.

Transformada de Ondícula aplicada sobre una imagen por satélite
Transformada de Ondícula aplicada sobre una imagen por satélite

La Transformada de Ondícula (wavelet) en realidad no comprime los datos de la imagen. En lugar de eso, reestructura los datos para que resulte más fácil comprimirlos. Las ondículas tienen mucho en común con la compresión DCT, pero con una diferencia significativa. El tamaño de muestra de sus imágenes puede escalarse de un simple píxel a una imagen completa, dependiendo del contenido. Si hay mucho detalle fino, se utilizarán bloques más pequeños y refinados. Si el detalle de la imagen es menos sutil que el que requieren las características de calidad designadas, la codificación descartará las muestras que revelen los efectos de las resoluciones más bajas. El resultado es el mantenimiento de más detalle en las zonas que más lo necesitan y de menos detalle en aquellas en las que es innecesario. El JPEG 2000 también puede alcanzar compresión sin pérdida en una proporción de alrededor de 2,5:1.

Las ondículas funcionan bien con las imágenes de cámaras de cinematografía digital porque no contienen grano de alta frecuencia, como ocurre con las emulsiones fotoquímicas. Este hecho permite establecer una compresión intensa en las zonas de bajo contraste sin que se reduzca la proporción señal-ruido.

Tal tipo de compresión ofrece algunas ventajas sobre la DCT. Cuando se incrementa la compresión y disminuye el tamaño de los archivos, la calidad de imagen se degrada de manera más agradable y orgánica. En lugar de dar lugar a bloques de imagen horrorosos, la compresión de ondícula tiende a permitir que las zonas con más ruido y menos contraste de la imagen se suavicen. Es una característica particularmente ventajosa en el trabajo en cromas, ya que reduce de forma muy inteligente el ruido en las grandes áreas planas de la imagen -correspondientes a la pantalla verde/azul- mientras mantiene el detalle en los bordes y en el cabello de los actores.

La transformada de ondícula también se emplea en imágenes biomédicas
La transformada de ondícula también se emplea en imágenes biomédicas

Una imagen comprimida por medio de la transformada de ondícula está compuesta de niveles progresivos de mayor cantidad de detalle. Como consecuencia, resulta relativamente sencillo prescindir de algunas de las capas superiores. El flujo de código de la ondícula se puede descomprimir de forma parcial para obtener una imagen de baja resolución. Ese mismo flujo se puede descomprimir en su totalidad para obtener un rendimiento de alta resolución en dichas imágenes. Si especificamos que se decodifique a la más alta resolución, el metraje comprimido a través de una transformada de ondícula se puede mostrar como un proxy de resolución variable sin necesidad de realizar ninguna recodificación. Por medio de este procedimiento, cualquier usuario puede montar en resoluciones proxy para luego renderizar una línea de tiempo conformada a 4K. Es decir, que el trabajo con sistemas de compresión que emplean la transformada de ondícula nos permite extraer proxies del metraje sin que medie ningún proceso extra. Por tanto, se reduce sobremanera la necesidad de contar con un gran ancho de banda, así como los requerimientos mínimos para el procesador de nuestro equipo de postproducción.

Capas de distintas calidades para tres resoluciones diferentes
Capas de distintas calidades para tres resoluciones diferentes

Cómo funciona el JPEG 2000

ICT
Transformada ICT

El bloque de preprocesado tiene que manejar la conversión de color de RGB a YUV –luminancia y crominancia–. Las necesidades de esta conversión implican el empleo de los pasos correspondientes tanto de la Transformación Irreversible de Color (ICT) como de la Transformación Reversible de Color (RCT).

Aplicación de la RCT sobre una imagen con abundancia de ruido
Aplicación de la RCT sobre una imagen con abundancia de ruido

A partir de ahí, el JPEG 2000 realiza particiones de las imágenes en bloques rectangulares que no se solapan entre ellos –en un proceso denominado “embaldosado”–. Cada uno de esos bloques se comprime de forma independiente. La mezcla de componentes, la transformación de ondícula, la cuantización y la codificación se aplican por separado bloque por bloque. Durante la transformación de ondícula los componentes de la imagen pasan de manera recurrente por filtros de ondícula de paso bajo y de paso alto.

Diferencias a simple vista entre un codec JPEG estándar y el JPEG 2000
Diferencias a simple vista entre un codec JPEG estándar y el JPEG 2000

En nuestra próxima entrega explicaremos en detalle cómo se realizan todos estos procesos y los subsiguientes dentro de este codec, elegido por la industria para almacenar los archivos que serán proyectados en salas.

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