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Compresión y descompresión HDV

[ - 22-07-2005]

Atajos y desvíos a la hora de editar.
Aunque el material grabado en HDV maneja flujos de audio y video con un ancho de banda similar al del DV, sus características de compresión y descompresión hacen de la posproducción un proceso difícil. Sin embargo la industria ha desarrollado cuatro rutas para lograrlo con éxito. Conozca cuáles son.

HDV constituye una propuesta irresistible para muchos. La verdad es que la idea de producir material en alta definición con inversiones inferiores a US$10.000 resulta muy atractiva, y muchos productores independientes de nuestra están considerando seriamente dar el salto a HD por esta ruta.

Pincha en la foto para ampliarla¿Vale la pena comprar equipos HDV hoy mismo? No hay una respuesta única. Las camcorders de Sony y JVC ofrecen un desempeño muy interesante, pero no debe olvidarse que el panorama es menos claro cuando pensamos en posproducción. Es cierto que la mayoría de fabricantes de sistemas de edición ya está ofreciendo soluciones para manejar material originado en HDV en formato nativo, pero algunos de estos productos presentan una funcionalidad bastante limitada en comparación con lo que venimos manejando en el mundo MiniDV.

Para grabar hay que comprimir...

A primera vista todo parece muy sencillo: HDV permite transferir material mediante puertos firewire, y en teoría, una vez copiado el material en una PC, todo debería funcionar. Se supone que estamos manejando flujos de audio y video con un ancho de banda similar al del DV de 25 Mbits, luego cualquier computadora moderna debería poder manejarlos sin problemas. Pero las peculiaridades del formato hacen que editar material grabado en HDV sea más bien difícil.

Para empaquetar flujos de video HD en menos de 25 Mbits/segundo, el formato HDV recurre al sistema de compresión MPEG-2, el mismo que se usa en los discos DVD-Video y en el transporte satelital de señales de televisión. Se trata de un sistema de compresión muy eficiente, que ofrece excelentes resultados visuales con tasas de datos relativamente bajas. El ejemplo típico es el de los discos comerciales en formato DVD-Video: Hollywood nos entrega material codificado a 8 Mbits/segundo, que se ve bastante bien. Y la industria de la TV nos entrega señales SD que raramente exceden los 4,5 Mbits/segundo.

Otro buen ejemplo es HDV: una camcorder Sony Z1-U produce un flujo de video HD 1080 i sin compresión, que requiere un ancho de banda de 1,5 Gbits/segundo. Esto quiere decir que al ponerlo en cinta y reducirlo a alrededor de 25 Mbits/segundo estamos aplicando una relación de compresión cercana a 60:1. En el caso de las señales 720 p generadas por una camcorder JVC HD-10, hablamos de algo menos de 50:1. Recordemos que el estándar MiniDV maneja una tasa del orden de 5:1, y es posible que estos datos nos empiecen a producir escalofríos.

Pero estos escalofríos no tienen mucho fundamento. MPEG-2, un modelo de compresión diseñado específicamente para transporte de video, hace un excelente trabajo. Es cierto que un usuario entrenado puede identificar con relativa facilidad los defectos que introduce la compresión en las grabaciones HDV, pero en el mundo real la incidencia de defectos visibles no es tan alta como sugieren los números. Recordemos un dato interesante: la norma ATSC propone un ancho de banda de 18 Mbits/segundo para transmitir señales HD de alta calidad. Eso quiere decir que HDV ofrece señales HD de calidad ligeramente superior a las que podemos esperar de las transmisiones terrestres de HDTV.

...y para editar hay que descomprimir

¿Por qué es tan eficiente la compresión MPEG? Porque combina la compresión espacial con la compresión temporal. Los sistemas MPEG empaquetan el material en pequeños paquetes de imágenes conocidos como GOPs (Group of Pictures). Cada GOP comienza con un cuadro de video completo al cual se le aplica compresión JPEG, y de ahí en adelante se almacenan solamente los cambios de cada imagen respecto al cuadro anterior. Para mejorar la eficiencia del sistema se aplican técnicas de predicción del movimiento que permiten reducir aún más las tasas de datos.

Tratemos de aclarar esta cuestión, aunque corremos el riesgo de enredarla aún más. Cada GOP contiene cuadros de tres tipos: cuadros 'I', que son imágenes completas; cuadros 'B', que sólo contienen información relacionada con cambios en la imagen, y cuadros 'P', que son un registro de los vectores de movimiento detectados en la imagen. Cuando el video se decodifica, por ejemplo, en un receptor de TV satelital o en un reproductor de DVD-video, el equipo genera una versión aproximada del material original tomando como base los cuadros 'I' y recreando los cambios indicados por los cuadros 'B' y los cuadros 'P'. El tema es complejo, pero necesitamos recordar que HDV graba el material usando GOPs, y que cada paquete de cuadros sólo guarda una imagen completa.

Hagamos una pausa para recordar cómo ocurre la compresión en los formatos DV de 25 Mbits/segundo, en donde las cosas son más sencillas. Cada cuadro es sometido a un análisis estadístico y comprimido mediante una variante de los algoritmos JPEG --los mismos que se usan en las imágenes que encontramos en internet--. Al procesar el material, simplemente se ponen en secuencia los cuadros comprimidos para luego grabarlos en cinta, transportarlos por una conexión firewire o almacenarlos como archivos en una PC. Cuando queremos reproducir el material se invierte el proceso y se descomprimen los cuadros de video uno por uno para generar un flujo de video que podemos visualizar normalmente.

La comparación entre los dos esquemas de compresión nos lleva formular dos conclusiones importantes. Primero, el proceso de compresión/descompresión en HDV es bastante más complejo que en DV. Segundo, el material grabado en HDV no es editable.

¡HDV no es editable!

¿Por qué nos atrevemos a hacer semejante afirmación? Después de todo, hay gente en muchas partes del mundo que posproduce material HDV todos los días... Pues bien, si quisiéramos editar material HDV sin pérdida alguna, conservando la compresión original, nos veríamos obligados a operar sólo por cortes y a cortar únicamente en el punto de inicio de cada GOP. Y la compresión del formato HDV usa GOPs largos, de 15 cuadros --que equivale a medio segundo en NTSC--. No es muy probable que un editor serio se someta a trabajar en estas condiciones...

Nuevamente expliquemos las cosas. Sólo podríamos cortar en cada GOP porque los cuadros intermedios de cada GOP no existen como entidades independientes, solamente aparecen como producto de una decodificación que ocurre únicamente al hacer playback del material. La PC nos muestra los cuadros descomprimidos, regenerados gracias a la información contenida en los cuadros 'B' y los cuadros 'P'. Pero si mi software de edición 'pegara' la información digital correspondiente a cualquier punto de salida con la información correspondiente a cualquier punto de entrada, de ninguna manera obtendría un flujo HDV válido.

Ejemplo: el punto donde me conviene cortar por continuidad de movimiento corresponde al cuadro 9 de un GOP. El punto de entrada corresponde al cuadro 14 de otro GOP. Al ejecutar el corte en ese punto tendría como resultado un GOP 'ilegal' de 11 cuadros, el cual sería basura digital, no un GOP válido, porque cada cuadro 'B' o cuadro 'P' sólo tiene sentido en combinación con los demás cuadros de su propio GOP. No tiene mucha lógica aplicar cambios de imagen registrados en un GOP al cuadro 'I' de otro GOP...

En definitiva, DV puede editarse porque usa compresión intraframe, cuadro por cuadro. HDV no puede editarse porque usa compresión interframe, que involucra grupos de cuadros. También por esta la razón las grabaciones HDV presentan defectos catastróficos cuando hay dropouts: en la mayoría de los casos se corrompe un GOP completo, y el efecto visible es un congelado de medio segundo, como mínimo.

Consideremos el escenario de la creación de efectos. Si queremos aplicar una disolvencia a nuestro material, tendríamos que respetar los puntos de comienzo y final de los GOPs. Pero como de cualquier manera el video correspondiente al efecto tendría que ser generado mediante la mezcla de las dos piezas originales, tendríamos que contar con un recurso de software que nos permitiera decodificar los cuadros del material original, generar el efecto y luego recodificarlos en forma de GOPs válidos, que puedan reemplazar los originales. Suena muy complejo, pero en esencia es lo mismo que hace cualquier editor no lineal cuando le pedimos que haga el render de un efecto.

Cómo editar lo que no se puede editar...

Precisamente es la recodificacion del material el recurso que hace posible posproducir material originado en HDV. Hasta este momento, la industria ha generado cuatro rutas para hacerlo. Estas opciones tienen en común que en alguna parte del proceso se desecha la compresión original del material para poder acomodar los cambios de tiempo ocurridos durante la edición. ¿Qué quiere decir esto? Que es posible editar material HDV en entornos digitales, pero no de forma transparente. Cualquier procedimiento que se adopte para recodificar el material supone la introducción de algunos defectos visuales, por el paso adicional de compresión al que debe someterse el material.

¿Cuáles son esas rutas para abordar el problema de editar-lo-que-no-se-puede-editar? A continuación vamos a examinarlas brevemente.

Opción 1. Transferir a otro formato: es la ruta más radical. Simplemente se asume que HDV es un formato de sólo adquisición, y antes de iniciar la posproducción se vuelca el material en cintas de otro formato que permita su utilización en entornos convencionales. Puede ser DVCPro-HD, Digital-S HD, HDCAM, HDCAM-SR o D5. ¿Ventajas? El deterioro del material en posproducción se reduce al mínimo. ¿Desventajas? Hablamos de usar costosos sistemas de posproducción HD para manejar material originado por cámaras de bajo costo. En algunos escenarios, esto podría resultar inconveniente para el bolsillo...

Opción 2. Usar un codec intermedio: es una propuesta bastante razonable. Los flujos MPEG-2 de la cámara se convierten a flujos de video cuadro-por-cuadro de la misma resolución, pero basados en un codec que aplique un esquema de compresión con un mínimo de pérdida de calidad. Generalmente, es posible generar un master del material editado en HDV, pero es necesario someterse a dos pasos adicionales de compresión. Otra desventaja es que el playback del material intermedio requiere un ancho de banda mucho mayor que el requerido por el material DV de 25 Mbits, hasta el extremo de llegar a requerir discos duros especiales. Este es el flujo de trabajo propuesto por Cineform HD, un plugin que posibilita el uso de material HDV en Adobe Premiere. Lumiere HD es un producto similar que se inserta en Final Cut Pro.

Opción 3. Editar sobre un proxy del material HDV: una vez capturado el material en la computadora, se edita de manera convencional --lo que realmente ocurre es que se configura una secuencia que ejecuta un playout del material editado, incluidos efectos y ajustes de sonido--. El paso final del proceso es la generación de un render del programa terminado --que no es más que un archivo único codificado nuevamente en HDV--. Es el sistema que usan Final Cut Pro y Vegas para dar soporte nativo al formato.

Opción 4. Utilizar hardware dedicado para recodificar el material: evidentemente, esta es la propuesta más productiva. Basta hacer playback y la computadora genera un flujo HDV 'legal', conforme a la edición. ¿Problemas? Costo y dificultad de configuración. Es posible que un futuro próximo pueda aprovecharse la capacidad de cómputo de los procesadores de gráficos para incorporar esta funcionalidad en una computadora corriente, pero no es algo que esté a la vuelta de la esquina. Matrox y Canopus ofrecen soluciones de este tipo, que permiten abordar la posproducción en HDV con un grado de flexibilidad similar al de los procesos equivalentes en cualquier formato SD.

Seleccionar una de las opciones anteriores puede ser un proceso relativamente simple, en especial porque existen grandes diferencias de costo. Muchos quisiéramos seguir trabajando como hasta ahora. Y editar material HDV en una computadora corriente es posible... pero no hay que esperar tiempos de respuesta tan rápidos como los que se obtienen con material grabado en DV. Mejorar la velocidad del almacenamiento siempre va a ser una buena idea, y como siempre es deseable contar con el CPU más rápido que sea posible obtener. El rendimiento extra de un sistema con dos procesadores siempre va a ser una ventaja, especialmente en el momento de hacer renders en HDV, que no son más que procesos de codificación en MPEG-2. Como siempre, la suma de estos factores nos lleva a un descubrimiento desagradable: es posible que tengamos que pensar en un cambio de máquina.

Conclusión: editar material HDV no es tan simple como parece. Y nos enfrentamos a una tecnología que apenas empieza a madurar. ¿Será mejor esperar algunos meses? Después de todo, varios de los jugadores más importantes de la industria no se han pronunciado sobre el tema.



Francisco Urdaneta

"TV y Video"
























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