Capitulo I TV

7/24/2019 Capitulo I TV

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CODIFICACIN DE LA

FUENTETELEVISIN DIGITAL

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CODIFICACIN DE LAFUENTE

Los mtodos de compresin usan algoritmos de

compresin de datos generales aplicables acualquier tipo de datos.

La redundancia espacial y las peculiaridades dela percepcin visual para imgenes fjas !"#$%

La redundancia temporal muy alta entreimgenes sucesivas en el caso de imgenes enmovimiento &"#$%.

Los mtodos de compresin de audio e'plotan

particularidades de la percepcin auditiva(umana para reducir las tasas de bits mediantela eliminacin de in)ormacin inaudible


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Principios generales de compresin de daos !"n leng# coding $!LC%*uando una )uente de in)ormacin emite elementos

sucesivos de mensajes que pueden generar una serierelativamente larga de elementos idnticos.

La codifcacin que no pierde ninguna in)ormacin sedefne como reversible.

#ste mtodo se utili+a normalmente para la

compresin de arc(ivos relacionados con elalmacenamiento en disco o transmisin porordenadores +ip, etc%, sino que es tambin el mtodoutili+ado en las mquinas de )a'.


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Principios generales de compresin de daos Varia&le leng# coding $VLC% or enrop' coding#ste mtodo de reduccin de la tasa de bits se basa en el (ec(o

de que la probabilidad de ocurrencia de un elemento generadopor una )uente a veces no es el mismo para todos los elementos.

*on el fn de reducir la tasa de bits requerida para transmitir lassecuencias generadas por la )uente, es ventajoso para codifcarlos elementos ms )recuentes con menos de n bits y loselementos menos )recuentes con ms bits, resultando en unalongitud media que es menor que una longitud fja de n bits.

#ste mtodo se utili+ado- *ompresin de te'to.

mgenes de vdeo.

#l mtodo ms conocido para la codifcacin de longitud variablees el algoritmo de 0umann


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La cantidad de in)ormacin transmitida por un elemento- 3 log21/p%

La suma de la cantidad de in)ormacinde todos los elementos generados poruna )uente multiplicado por laprobabilidad de aparicin se denominaentropa, 0, de la )uente- 0 34pilog21/pi%


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CO(P!ESIN PA!AI(AGENES

La trans)ormada de coseno discreta *6% es un casoparticular de la trans)ormada de 7ourier se aplica ase8ales discretas, que se descompone de una se8alperidica.

La se8al puede ser representada por una serie decoefcientes de cada una de estas )unciones.

La se8al original, la imagen, es una se8al muestreadabidimensional, por lo que tambin tendr una *6bidimensional direcciones (ori+ontal y vertical%, que

trans)ormar la luminancia o crominancia% a valoresdiscretos de un bloque de 9 ' 9 p'eles en otro bloque omatri+% de 9 : 9 coefcientes que representan laamplitud de cada una de las )unciones coseno armnicos.


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Las especifcidades psicofsiolgicos de la visin (umanasensibilidad reducida a las )recuencias espaciales altas%, es posible,sin degradacin perceptible de la calidad de la imagen, para eliminarlos valores por debajo de un cierto umbral de la )recuencia.

Los valores eliminados son sustituidos por ; una operacin

conocida como umbral%< esta parte del proceso, obviamente no esreversible, ya que algunos datos son desec(ados.

Los coefcientes restantes se cuantifca con una precisin decrecientecon las )recuencias crecientes espaciales, lo que de nuevo reduce lacantidad de in)ormacin necesaria para codifcar un bloque, perotiene poco e)ecto sobre la calidad de imagen percibida.

Los parmetros de umbral y cuantifcacin se puede utili+ar pararegular dinmicamente la tasa de bits requerida para transmitirimgenes en movimiento.


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Las trans)ormadas de una imagen generan conjuntos dedatos que contienen la misma in)ormacin que lasimgenes originales, con la propiedad de poder volver agenerar las imgenes originales mediante las

correspondientes trans)ormadas inversas. =na imagen monocolor de dimensiones 9 ' 9, se puede

e'presar como una )uncin de dos variables )',y% donde ',y% son las coordenadas de cada p'el '3;,1,...,9>1 e

y3;,1,...,9>1%

)',y% es la intensidad de color del p'el ',y%. La trans)ormada discreta del coseno consiste en calcular

otra matri+ 7 a partir de la anterior.

#l dominio de 7 es el mismo que el de ).


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La inversa de la trans)ormada tiene por)rmula-


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LA CO(P!ESIN DE I()GENES FI*AS

Las primeras aplicaciones dirigidas areducir la cantidad de in)ormacinnecesaria para la codifcacin deimgenes fjas apareci en la dcada

de 1?@;, y tenan como objetivoprincipal la reduccin signifcativa deltama8o de los arc(ivos grfcos y

)otogra)as en vista dealmacenamiento o transmisin deellos.


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LA CO(P!ESIN DE I()GENESFI*AS

!"#$ !oint "(otograp(ic #'perts$roup%

*abe se8alar que la compresin !"#$

puede ser con o sin prdidas,dependiendo de la aplicacin y el)actor de compresin deseado.


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#ste tipo de compresin consta de A pasos-

"rimero se pasa la imagen del )ormato B$C al )ormato D.#l )ormato de color D representa una divisin entre laluminosidad cantidad de lu+ percibida% y la in)ormacin

sobre el color.#l ojo (umano es muc(o ms sensible a la luminosidad que alcolor, cosa que se aprovec(a para la compresin.

espus, se reali+a una trans)ormacin en la imagenmediante la trans)ormada discreta del coseno *6%

"or Eltimo, se codifca el conjunto de datos obtenidos alaplicar la *6, usando un mtodo que no producenprdida cdigo de 0uman%.


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#n el )ormato de color B$C, las imgenes a colorse almacenan en A canales independientes rojo,verde y a+ul% que toman valores de ; a 255dependiendo de la intensidad.

#l )ormato de color D representa una divisinentre la luminosidad D% y el color , %. Laconversin entre B$C e D es-


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#l ojo (umano es menos sensible alos matices de color que a lacantidad de lu+ percibida.

#s por ello que podemos reducir lain)ormacin almacenada para loscanales y de una imagen D


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I(AGENES =n Fujo de bits en serie se obtiene por G+ig>+agG

la lectura de los coefcientes.

#ste mtodo es uno de los que permiten unaserie relativamente larga de coefcientes nulos


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Besta 12@


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&atri+ *6


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SIF $+ormao de cdigoinermedio%

#ste )ormato se obtiene dividiendo por la mitadde la resolucin espacial en ambas direcciones,as como la resolucin temporal *onvierte en 25 0+ para sistemas de lnea de H25

lneas

*onvierte en 2?,?I 0+ para sistemas de 525 lneas

Besolucin de luminancia- AH; : 2@@ H25lneas% o AH; : 2J; 525 lneas%1 sistema K / #* 111I2>1%

&"#$>1 multiple' structure

Mdeo &"#$>1 K / #* 1A@1@>2%

&"#$>2 de codifcacin de vdeo &"#$>1 Nudio K / #* 1A@1@>A%

&"#$>2 de codifcacin de audio


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La compresin de im5genes enmo6imieno

La calidad de la imagen de &"#$>1no era adecuado para aplicaciones dedi)usin La codifcacin de imgenes entrela+adas

o la evolucin (acia la 06M.

#l grupo &"#$ as trabajado en la

defnicin de una norma #sta norma internacional es conocido

como &"#$>2.


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La compresin de im5genes enmo6imieno

&"#$>2 se especifca en tres partesbien di)erenciadas, publicado ennoviembre de 1??J- Kistema &"#$>2 K / #* 1A@1@>1%

&"#$>2 streams

Mdeo &"#$>2 K / #* 1A@1@>2%

&"#$>2 codifcacin de vdeo &"#$>2 de audio K / #* 1A@1@>A%

&"#$>2 codifcacin de sonido


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Principios de la codi.cacin de67deo de (PEG83

La velocidad binaria constante de 1,5 &b / s para almacenarvdeo y audio en *>B&. La parte de video cuenta con 1,15 &b/s

Los A5; Ob/s siendo utili+ado por los datos de audio

La codifcacin de vdeo utili+a los mismos principios que !"#$

con prdidas #stas tcnicas de e'plotar la )uerte correlacin entre las

imgenes sucesivas a fn de reducir considerablemente lacantidad de in)ormacin *onocidas como "rediccin con *ompensacin de &ovimiento

#stas tcnicas consiste en deducir la mayora de las imgenesde una secuencia de imgenes anteriores y posteriores #sto requiere la presencia en el codifcador &"#$ de un estimador de

movimiento


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La descodifcacin tiene que llevarse a cabo en tiemporeal Kignifca un retraso en el procesamiento aceptable y

constante

La codifcacin se puede (acer en ms de una pasadapara aplicaciones en tiempo real no es necesario perodonde la calidad es de importancia primordial

La reali+acin prctica del codifcador es por lo tanto uncompromiso entre- La velocidad La tasa de compresin

La complejidad y la calidad de la imagen

6iempo de sincroni+acin


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#l tiempo de acceso aleatorio a unasecuencia tiene que ser mantenidodentro de un lmite aceptable 9o e'ceda de ;,5 s que limita el nEmero

m'imo de imgenes

#l sistema opera 25 imgenes/seg.


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Los di+erenes ipos (PEG

I $inra% im5genes son codifcadas sinre)erencia a otras imgenes &anera muy similar a !"#$.

*ontienen toda la in)ormacin necesariapara su reconstruccin por el decodifcador

Kon el punto de entrada esencial paraacceder a la una secuencia de vdeo.

La tasa de compresin de imgenes que esrelativamente baja


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P $prediced% im5genes se codifcana partir de la imagen o " anterior,utili+ando las tcnicas de prediccin

con compensacin de movimiento. *uadros " pueden utili+arse como base

para pr'imos cuadros predic(os

La tasa de compresin de imgenes "es signifcativamente mayor lasimgenes .


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9 $&i8direccional o predic#o&idireccionalmene% im5genessecodifcan por interpolacin bi>direccional

entre la imagen o " que precede y sigue. *omo no se utili+an para la codifcacin de

las imgenes subsiguientes

mgenes C no se propagan errores de

codifcacin. C o)recen la ms alta tasa de compresin.


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& es la distancia en nEmero de imgenes% entre dossucesivos imgenes ".9 es la distancia entre dos sucesivas imgenes , quedefne unaG$rupo de )otogra)asP


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Descomposicin de "nasec"encia de 67deo (PEG

&"#$ defne una jerarqua de capas dentro de unasecuencia de vdeo

*ada una de estas capas tiene la )uncin especfcaen el proceso de &"#$.

Sec"encia: #sta es la capa ms alta que defne elconte'to vlido para toda la secuencia "armetros bsicos de vdeo

Gr"po de im5genes $GOP%: #sta es la capa quedeterminar el acceso aleatorio a la secuencia, quesiempre comien+a con una imagen

Imagen: #sta es la unidad de visuali+acin elemental,que puede ser de uno de los tres tipos , " o C%.


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(acro&lo;"e: #sta es la capa utili+ada parala estimacin de movimiento /compensacin. =n macrobloque tiene un tama8o de 1H ' 1H

p'eles

Ke compone de cuatro bloques de luminancia ydos bloques de crominancia.

9lo;"e: =na imagen se divide en bloquesde @ : @ pi'eles. #l bloque es la capa donde la *6 se lleva a

cabo.


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Slice$!e&ada%: #sta es la capa dedireccionamiento de 96BN trama y re>sincroni+acin

Ke defne como un conjunto demacrobloques contiguos.

#l conjunto de las rebanadas cubre toda laimagen sin ningEn solapamiento entre los

di)erentes segmentos. #l tama8o de un sector es una fla

completa de macrobloques.


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La prediccin< esimacin demo6imieno ' compensacin

Esimacin de mo6imieno consiste en defnir unvector de movimiento que garanti+a la correlacin entreuna +ona de llegada en la segunda imagen y una +ona desalida en la primera imagen =tili+ando una tcnica conocida como correspondencia de

bloques

#sto se (ace en el nivel de macrobloque 1H ' 1H pi'eles%moviendo un macrobloque de la imagen actual dentro deuna ventana de bEsqueda peque8a de la imagen anterior

*ompara con todos los macrobloques posibles de laventana con el fn de encontrar el que es ms similar.

La di)erencia en la posicin de los dos macrobloquescoincidentes da un vector de movimiento

di i i i d


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La di)erencia o error de prediccin%entre el bloque actual para sercodifcado y la correspondencia de

bloques se calcula y codifcado deuna manera similar a los bloques delas imgenes *6, cuanti+acin,

BL* / ML*%. #ste proceso se denomina

compensacin de movimiento.


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"ara las imgenes C, los vectores de movimiento se calculan porinterpolacin temporal de los vectores de la imagen " siguiente detres )ormas di)erentes adelante

atrs

Cidireccional

#l resultado dando el error ms peque8o prediccin se conserva, y elerror se codifca en la misma manera que para imgenes ".

Klo los macrobloques que diferen de la imgen utili+ado para laprediccin tendr que ser codifcado, lo que reduce sustancialmente lacantidad de in)ormacin necesaria para la codifcacin de imgenes "

y C. *omo el tama8o de los objetos en movimiento es generalmente ms

grande que un macrobloque, (ay una )uerte correlacin entre losvectores de movimiento de bloques consecutivos, y un mtodo decodifcacin di)erencial "*&% se utili+a para codifcar los vectores,


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L di i i i d


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Salida de la asa de &is


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Salida de la asa de &isde conrol

#l tren de bits generado por el vdeo/audio codifcador se llama el Fujoelemental #K%.

Las limitaciones del canal transmisin ograbacin / reproduccin% y de la memoriaintermedia de entrada especifcado parael decodifcador &"#$ de re)erencia, la

tasa de bits de este Fujo elementalgeneralmente debe mantenerse constante



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Codi.cacin de 67deo de


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Codi.cacin de 67deo de(PEG80

Los cuatro niveles se puede describir como sigue-

#l bajo nivel corresponde a la resolucin K7utili+ada en &"#$>1 (asta AH; ' 2@@%1 es el procesamiento de imgenesentrela+adas, que presenta cierta complejidad yciertos modos especfcos.

#n el modo de cuadro, un macrobloque tomado de uncampo impar se utili+a para predecir un macrobloquecorrespondiente en el campo impar siguiente, y lomismo vale para los campos pares.

Los vectores de movimiento corresponden en este

caso a la duracin de dos campos J; ms%. #n el modo de campo, la prediccin de un

macrobloque se reali+a mediante el campo anterior, ylos vectores de movimiento corresponden a laduracin de un campo 2; ms%.

#n el modo mi'to la rediccin se (ace de



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La compresin (PEG8=:31

#stndar de vdeo 0.2HJ/NM*% "roporciona un incremento considerable en la

efciencia de compresin sobre &"#$>2 =n aumento de al menos 5;Q

6elevisin de alta defnicin 06M%

*onsta de dos capas- =na capa de codifcacin de vdeo M*L%, que

representa, en la )orma ms compacta posible, el

contenido de vdeo =na capa de abstraccin de red 9NL%, con )ormato la

M*L6ransporte o el almacenamiento

La compresin (PEG8


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*omo &"#$ 1 y 2, es un (brido de compresin trama 96#B,que e'plota las dependencias temporales estadsticas entreimgenes sucesivas y compresin intra marco, que e'plota lasdependencias espaciales por medio de un mtodo decodifcacin basado en una trans)ormacin de la prediccin

residual *omo &"#$>2, 0.2HJ compatible con la codifcacin de

imgenes entrela+adas o progresivos en )ormato J-;2-;; =na secuencia puede incluir ambos tipos de imgenes

La codifcacin de la entropa es adaptable al conte'to y puedenusar dos modos *NCN* adaptables al conte'to codifcacin aritmtica binaria%

*NCN* permite por s mismo una reduccin de apro'imadamente el 1; al 15Qde la tasa de bits requerida de una imagen

*NML* adaptacin al conte'to de longitud variable *oding%.

La compresin (PEG8


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La compresin (PEG8


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CO(P!ESIN DE AUDIO

Las limitaciones del odo (umano ser e'plotado en afn de reducir la cantidad de in)ormacin.

#l odo (umano tiene una sensibilidad m'ima paralas )recuencias de audio que van de 1 a 5 O0+.

Um&ral de a"dicin en el silencio


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CO(P!ESIN DE AUDIO

#nmascaramiento en )recuencia

#nmascaramiento temporal #st vinculado con la imposibilidad del

oido (umano de percibir un sonido dbilsi antes de ste se estaba escuc(andoun sonio ms potente


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CO(P!ESIN DE AUDIO


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CO(P!ESIN DE AUDIO

Enmascaramieno emporal


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CO(P!ESIN DE AUDIO

tro concepto de la psicoacEstica es el de lasbandas crticas

#l sistema auditivo (umano tiene una respuestaen )recuencia limitada en cuanto a resolucin #'isten bandas de )recuencia que el odo (umano

percibe como una sola 9o identifca di)erencias entre 2 )recuencias distintas

dentro de una misma banda

Las bandas criticas no son constantes 7recuencias bajas miden menos de 1;;0+ 7recuencias altas miden ms de JR0+

0ay 25 bandas de )recuencias criticas


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CO(P!ESIN DE AUDIO

#l principio del proceso de codifcacinconsta-

La divisin de la banda de )recuencia de

audio en A2 sub>bandas de igual anc(urapor medio de un banco de fltro poli)sico.

La se8al de salida de un fltro de sub>banda correspondiente a una duracin de

A2 muestras "*& se llama una muestrade sub>banda.

CO S O


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CO(P!ESIN DE AUDIO

CO(P!ESIN DE AUDIO


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CO(P!ESIN DE AUDIO

9anco de .lros #s un componente )undamental del

codifcador &"#$>1

ivide la se8al de audio en A2 bandasde )recuencias de igual anc(o Kon fltros pasabanda trabajando en paralelo

6odos reciben la misma se8al de entraday todos entregan una porcin delespectro a la salida

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CO(P!ESIN DE AUDIO

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CO(P!ESIN DE AUDIO

(odelo psicoac,sico #s un modelo matemtico del

comportamiento del odo (umano

Ku )uncionamiento es anali+ar laentrada de audio y la salida de los fltrospara determinar que bandas de)recuencias deben conservarse Nlgunas bandas de )recuencia van a ser

enmascaradas por otras bandas vecinas yno ser necesario en la salida

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CO(P!ESIN DE AUDIO

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CO(P!ESIN DE AUDIO

#l )ormato de audio &"#$ defne tres capas de codifcacin- Capa I 2 pre8(USICA(.

Ke utili+a el algoritmo "NK* "recisin de Ndaptacin Kub>bandas de*odifcacin%.

#l banco de fltros divide la se8al de audio en A2 sub>bandas de )rec.

)s/HJ% Ke implementan usando 776 de 512 puntos

Ke utili+a una tasa de bits fja elegida entre A2 y JJ@ Ob/s

La ventaja principal de la capa es la relativa simplicidad delcodifcador y del decodifcador.

#l modelo psico acEstica utili+ado se conoce como modelo 1. "recisin de la cuantifcacin de los coefcientes de sub>banda se defne por

toda la duracin de la trama por un nEmero de J>bit que permite unacodifcacin de ; a 15 bits para cada sub>banda, y el )actor de escala de H>bits tambin se defne para la marco general.

Kolo se usa el mascaramiento de )recuencia

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CO(P!ESIN DE AUDIO

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CO(P!ESIN DE AUDIO

La'er II #ste es el modo ms utili+ado en el sistema MC y utili+a el

algoritmo conocido como &=K*N&

"ara una calidad de audio equivalente, la capa requiere un A;>5;Q menor tasa de bits de la capa

La tasa de bits es fja y elegida desde A2 (asta 1?2 Ob/s porcanal.

#l modelo psyc(oacoustical utili+ado es el mismo que para lacapa modelo 1% pero la duracin de la trama es tres veces ms.

*on el fn de reducir la tasa de bits, la precisin de la

cuantifcacin de los coefcientes de sub>banda disminuye con la)recuencia *uanti+acin defnido en J bits para bandas bajas, A bits para bandas

medias y los bits 2 para bandas de alto.

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La'er III: #ste es el )ormato &"A

#s un desarrollo con un modelo di)erente psyc(oacoustical modelo 2%

=sa una codifcacin 0umann y un anlisis *6 basado en la se8alen lugar de la codifcacin sub>banda usadas en las capas y .

La tasa de compresin de la capa es de apro'imadamente 2 vecestan alto como con la capa

#l codifcador y el decodifcador son sustancialmente ms complejo yel tiempo de codifcacin/decodifcacin es muc(o ms largo.

La calidad de la velocidad requiere slo HJ Ob/s por canal 12@ Ob/s en estreo

Layer se destina principalmente para aplicaciones unidireccionalesde baja velocidad binaria medios de comunicacin BK, porejemplo%, y su uso no est previsto para el consumidor televisindigital

CO(P!ESIN DE AUDIO


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CO(P!ESIN DE AUDIO

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CO(P!ESIN DE AUDIO

CO(P!ESIN DE AUDIO


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CO(P!ESIN DE AUDIO

*uatro modos de audio principales sonposibles- &odo estreo, los canales i+quierdo y derec(o

son codifcados de )orma completamente

independiente

Formao de la rama de la la'er


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'I

Bepresentado por A@J muestras "*&de la se8al de audio, y contiene 12sucesivas muestras de sub>banda.

*omo el nEmero de muestras esindependiente de la )recuencia demuestreo

La duracin de la trama esinversamente proporcional a la)recuencia de muestreo.

Formao de la rama de


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la la'er I

Formao de la rama de la La'er


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'II

#st compuesto de 12 KCK cada uno representando ?H A : A2%

muestras de audio de "*&

La duracin de este modo es tresveces mayor que trama capa

La asignacin de bits es ms

compleja, debido a las numerosasopciones de codifcacin.

Formao de la rama de la La'er


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'II

Dol&' Digial


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Dol&' Digial

*omo el sonido multicanal se (aconvertido cada ve+ ms importante con laamplia disponibilidad de los sistemas decine en casa

MC (a a8adido la capacidad de transmitiraudio a 5,1 utili+ando el sistema olbyigital N*>A% o 6K .

La inclusin de estos )ormatos adicionaleses el resultado directo del )racaso de&"#$>2 de audio multicanal.

Dol&' Digial


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Dol&' Digial

Dol&' Digial


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Dol&' Digial

Dol&' Digial


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Dol&' Digial

olby igital soporta )recuencias de muestreode A2, JJ,1 y J@ O0+ de audio y las tasas debits>A2>HJ; Ob/s,

"uede representar el audio &ono #streo

&ulticanal 5.1

6ambin es el sistema de codifcacin de audio

utili+ado por Nmerican 6M systems N6K*

KK satlite%.

Dol&' Digial


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Dol&' Digial

La trama contiene 2 campos *B*

#l campo CK indica los siguientes- La )recuencia de muestreo

6asa de bits

#l nEmero de canales de audio

Los servicios disponibles control de gama dinmica, el modo de OaraoOe,etc.%

La carga Etil es de seis bloques de audio de 25H muestras cada uno,o 15AH muestras de audio por trama

La duracin e)ectiva de la trama depende de la )recuencia demuestreo y la velocidad de bits

Capitulo I TV

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