Existe una gran variedad de estándares de compresión entre los que elegir

La compresión de imagen y de vídeo puede realizarse con un enfoque de pérdida o sin pérdida de datos. En la compresión sin pérdida de datos, cada uno de los pixels permanece inalterado, lo que se traduce en una imagen idéntica tras la compresión. La desventaja es que la relación de compresión, es decir, la reducción de datos, es muy limitada. Un formato de compresión sin pérdida de datos muy conocido es GIF. Como la relación de compresión es tan limitada, estos formatos resultan inadecuados para usar en soluciones de vídeo IP donde deben almacenarse y transmitirse grandes cantidades de imágenes. Por tanto, se han desarrollado varios métodos y estándares de compresión con pérdida de datos. La idea básica es reducir aquellas cosas que el ojo humano no puede percibir y al hacer esto es posible aumentar la relación de compresión de forma espectacular.

Los métodos de compresión también implican dos enfoques diferentes de los estándares de compresión: compresión de las imágenes fijas y compresión de vídeo.

Estándares de compresión de imágenes fijas

La compresión de imágenes fijas se enfoca sólo en una única imagen a la vez. El estándar más conocido y extendido es JPEG.

JPEG

JPEG, el conocido método de compresión de imágenes, se normalizó originalmente a mediados de la década de los 80 en un proceso iniciado por el grupo Joint Photographic Experts. Con JPEG, la descompresión y visualización pueden efectuarse a partir de navegadores web estándar.

La compresión JPEG puede efectuarse a diferentes niveles de compresión definidos por el usuario, lo que determina en qué medida una imagen deberá comprimirse. El nivel de compresión seleccionado está directamente relacionado con la calidad de la imagen solicitada.

Además del nivel de compresión, la propia imagen también tiene un impacto en la relación de compresión resultante. Por ejemplo, una pared blanca puede producir un archivo de imagen relativamente pequeño (y una relación de compresión mayor), mientras que el mismo nivel de compresión aplicado a una escena de gran complejidad y entramado producirá un archivo de mayor tamaño con una relación de compresión inferior.

Below are examples of JPEG images with varying levels of detail. The branches of trees consist of a large amount of detail, which generate a large amount of data.
Not very detailed, file size 20 KB	Very detailed, file size 50 KB
Below are JPEG images using different compression ratios.
Low compression, file size 45 KB	High compression, file size 14 KB

JPEG2000

Otro estándar de compresión de imágenes fijas es JPEG2000. Fue desarrollado por el mismo grupo que desarrolló JPEG. El objetivo principal de uso son las aplicaciones médicas y la fotografía de imagen fija. Con relaciones de compresión inferiores, ofrece un rendimiento similar al JPEG pero con relaciones de compresión mucho mayores su rendimiento es ligeramente mejor que JPEG. La desventaja es que el soporte para JPEG2000 en navegadores web y aplicaciones de procesamiento y presentación de imágenes todavía es muy limitado.

Estándares de compresión de vídeo

Vídeo como una secuencia de imágenes JPEG - Motion JPEG (M-JPEG)

Motion JPEG es el estándar utilizado más habitualmente en sistemas de vídeo IP. Una cámara de red, como una cámara digital de imagen fija, capta las imágenes individuales y las comprime en formato JPEG. La cámara IP puede captar y comprimir, por ejemplo, 30 imágenes individuales por segundo (30 ips , imágenes por segundo) y, a continuación, las dispone en una secuencia contínua de imágenes a través de una red hasta una estación de visualización. Con una velocidad de imagen de aproximadamente 16 fps y superior, el visualizador percibe una imagen animada a pantalla completa (full motion video). Nos referimos a este método como Motion JPEG o M-JPEG. De la misma forma que cada imagen individual es una imagen JPEG completamente comprimida, todas ellas poseen la misma calidad garantizada, que se determina por el nivel de compresión elegido para el servidor de vídeo o cámara IP.

Ejemplo de una secuencia de tres imágenes JPEG completas.

H.263

La técnica de compresión H.263 se centra en una transmisión de vídeo con una tasa de bits fija. La desventaja de tener una tasa de bits fija es que cuando un objeto se mueve, la calidad de la imagen disminuye. H.263 fue originalmente diseñado para aplicaciones de videoconferencia y no para aplicaciones de vigilancia donde los detalles son más importantes que una tasa de bits fija.

The image of a moving person will become like a mosaic if H-series compression is used. The normally uninteresting background will, however, retain its good and clear image quality.

MPEG

Una de las técnicas de transmisión de vídeo y audio más extensamente conocidas es el estándar MPEG (iniciado por el grupo Motion Picture Experts a finales de la década de los 80). Este apartado se centra en la parte de vídeo de los estándares de vídeo MPEG. El principio básico de MPEG es la comparación de dos imágenes comprimidas que deben transmitirse a través de la red.

La primera imagen comprimida se utiliza como fotograma de referencia y únicamente se envían partes de las siguientes imágenes que son distintas de la imagen de referencia. Seguidamente, la estación de visualización de red reconstruye todas las imágenes basándose en la imagen de referencia y los "datos de diferencias".

A pesar de su elevada complejidad, la aplicación de la compresión de vídeo MPEG produce volúmenes de datos inferiores que se transmiten a través de la red, como es el caso de Motion JPEG. Esto se ilustra en la página siguiente donde sólo se transmite información sobre las diferencias en el segundo y tercer fotograma.

Naturalmente, MPEG es mucho más complejo que lo que se ha descrito anteriormente, y a menudo implica el uso de técnicas adicionales o herramientas para parámetros tales como la predicción de movimiento en una escena y la identificación de objetos. Existen diversos estándares MPEG diferentes:

• MPEG-1 salió al mercado en el año 1993 y su objetivo era el almacenamiento de vídeo digital en CD. Por tanto, la mayoría de codificadores y descodificadores MPEG-1 están diseñados para una tasa de bits de destino de aproximadamente 1,5Mbit/s, con resolución CIF. MPEG-1 se centra en mantener la tasa de bits relativamente constante a expensas de una calidad de imagen variable, comparable normalmente con la calidad de vídeo VHS. MPEG-1 permite un refresco de hasta 25 ips (PAL) / 30 ips (NTSC).

• MPEG-2 se aprobó en 1994 como un estándar y fue diseñado para vídeo digital de alta calidad (DVD), TV digital de alta definición (HDTV), soportes de almacenamiento de datos (ISM), vídeo de difusión digital (DBV) y TV por cable (CATV). El proyecto MPEG-2 se centró en ampliar la técnica de compresión MPEG-1 a fin de trabajar con imágenes más grandes y de mayor calidad a expensas de una menor relación de compresión y una tasa de bits más elevada. La velocidad de imagen es de hasta 25(PAL) / 30 (NTSC) ips, como ocurre en MPEG-1.

• MPEG-4 es la evolución de MPEG-2. Dispone de muchas más herramientas para reducir la tasa de bits necesaria para lograr cierta calidad de imagen en una aplicación o escena de imágenes determinadas. Además, la velocidad de imagen no se limita a 25/30 ips. Sin embargo, la mayoría de las herramientas utilizadas para reducir la tasa de bits hoy en día sólo son relevantes para aquellas aplicaciones que no sean en tiempo real. Esto ocurre porque algunas de las herramientas necesitan una fuerza de procesamiento tan elevada que el tiempo total para codificar y descodificar (es decir, el tiempo de espera) las convierte en inservibles para aplicaciones que no sean codificación Studio Movie, codificación Animated Movie y parecidas. De hecho, la mayoría de las herramientas en MPEG-4 que pueden utilizarse en una aplicación en tiempo real son las mismas herramientas que se encuentran disponibles en MPEG-1 y MPEG-2. La consideración clave es seleccionar un estándar de compresión de vídeo ampliamente usado para asegurar una calidad de imagen elevada, tales como MJPEG y MPEG-4.

La clave está en seleccionar una compresión de vídeo estándar, que garantice una alta calidad de imagen, como M-PEG o MPEG-4.

MPEG-4 (Part 10)

Los dos grupos que están detrás de H.263 y MPEG-4 se unieron recientemente para formar la próxima generación del estándar de compresión de vídeo: Codificación de vídeo avanzado (AVC), también conocido como H.264 o MPEG-4 Parte 10. El objetivo es lograr una compresión de datos muy elevada. Este estándar permitiría ofrecer una calidad de vídeo óptima en tasas de bits mucho más bajas que las requeridas en los estándares anteriores, y permitiría llevarlo cabo sin mayor complejidad, evitando que el diseño se convirtiera en inservible o resultara muy caro de realizar.

Ventajas e inconvenientes de Motion JPEG, MPEG-2 y MPEG-4

Debido a su simplicidad, el ampliamente utilizado Motion JPEG, un estándar en muchos sistemas, representa a menudo una buena elección. Existe un retraso limitado entre la captación de imágenes en una cámara, la codificación, la transferencia a través de la red, la descodificación y finalmente su representación en la estación de visualización. En otras palabras, Motion JPEG ofrece un tiempo de espera bajo debido a su simplicidad (compresión de imágenes e imágenes completamente individuales) y, por tanto, también es apto para el procesamiento de imágenes, como en la detección de movimiento o el seguimiento de un objeto. Cualquier resolución de imagen práctica, desde un tamaño de pantalla de teléfono móvil (QVGA) hasta un tamaño de imagen de vídeo entera (4CIF) y superior (megapíxel), se encuentra disponible en Motion JPEG.

El sistema garantiza la calidad de la imagen independientemente de su complejidad o movimiento, a la vez que ofrece la flexibilidad para seleccionar una calidad de imagen superior (compresión baja) o una calidad de imagen inferior (compresión alta) obteniendo así ficheros de imagen de tamaño inferior y un uso del ancho de banda y tasa de bits menores. La velocidad de imagen puede ajustarse fácilmente para limitar el uso de ancho de banda, sin perder la calidad de la imagen.

Sin embargo, Motion JPEG genera un volumen relativamente grande de datos para ser enviados a través de la red. En cuanto a esto, MPEG tiene la ventaja de enviar un volumen de datos menor por unidad de tiempo a través de la red (tasa de bits) en comparación con Motion JPEG, excepto en velocidades de imagen bajas, tal y como se describe a continuación. Si el ancho de banda de red disponible se encuentra limitado o si el vídeo debe grabarse a una velocidad de imagen elevada y existen limitaciones en el espacio de almacenamiento, MPEG puede ser la opción más adecuada.

Ofrece una calidad de imagen relativamente elevada a una tasa de bits inferior (uso de ancho de banda). Aún así, las exigencias de ancho de banda inferiores exigen una complejidad de codificación y descodificación mayores, que a la vez contribuye a un tiempo de espera más elevado en comparación con Motion JPEG.Otro punto que hay que tener en cuenta es que tanto MPEG-2 como MPEG-4 están sujetos a derechos de licencia.El siguiente gráfico muestra cómo se compara el uso de ancho de banda entre Motion JPEG y MPEG-4 en una determinada escena de imágenes con movimiento. Es obvio que a velocidades de imagen inferiores, donde la compresión MPEG-4 no puede utilizar similitudes entre fotogramas vecinos a un grado superior y, debido a la sobrecarga generada por el formato de transmisión de MPEG-4, el consumo de ancho de banda es similar al de Motion JPEG. A velocidades de imagen superiores, MPEG-4 exige menos ancho de banda que Motion JPEG.

Acerca de la compatibilidad con MPEG-4 de Axis

La mayoría de productos de vídeo IP de Axis ofrece descodificación de vídeo avanzada en tiempo real que pueden proporcionar simultáneamente secuencias MPEG-4 y Motion JPEG. Esto facilita a los usuarios la flexibilidad necesaria para aumentar la calidad de imagen de la grabación y reducir las necesidades de ancho de banda para la visualización en directo.

La implementación de Axis del estándar de compresión de imágenes MPEG-4 cumple la norma ISO/IEC 14496-2 (también conocido como MPEG-4 Visual o MPEG-4 Parte 2). Los productos de vídeo IP de Axis admiten el Perfil simple avanzado (ASP, Advanced Simple Profile) hasta el nivel 5 y la posibilidad del Perfil simple (SP, Simple Profile). Con una amplia gama de parámetros, es posible la configuración de las secuencias para optimizar tanto la calidad como el ancho de banda. El Axis Media Control (AMC) con el descodificador MPEG-4 incluido, facilita la visualización de flujos y la integración en aplicaciones.

Además, la compatibilidad con multidifusión (multicast) de Axis permite que exista un número ilimitado de visualizadores sin sacrificar el rendimiento del sistema.