Tasa de bits variable

Codificación de medios que varía los datos por tiempo, lo que permite la codificación de secciones complejas con mayor calidad al tiempo que ahorra espacio en secciones simples

La velocidad de bits variable ( VBR ) es un término utilizado en telecomunicaciones e informática que se relaciona con la velocidad de bits utilizada en la codificación de sonido o video. A diferencia de la tasa de bits constante (CBR), los archivos VBR varían la cantidad de datos de salida por segmento de tiempo. VBR permite asignar una tasa de bits más alta (y, por lo tanto, más espacio de almacenamiento) a los segmentos más complejos de los archivos multimedia, mientras que se asigna menos espacio a los segmentos menos complejos. El promedio de estas tasas se puede calcular para producir una tasa de bits promedio para el archivo.

Los archivos de audio MP3 , WMA y AAC se pueden codificar opcionalmente en VBR, mientras que Opus y Vorbis están codificados en VBR de forma predeterminada. ^{[1] [2] [3]} La codificación de velocidad de bits variable también se usa comúnmente en video MPEG-2 , video MPEG-4 Parte 2 ( Xvid , DivX , etc.), MPEG-4 Parte 10 / video H.264, Theora , Dirac y otros formatos de compresión de video. ^{[ cita requerida ]} Además, la codificación de velocidad variable es inherente a los esquemas de compresión sin pérdidas comoFLAC y Apple Lossless . ^{[ cita requerida ]}

Ventajas y desventajas de VBR

Las ventajas de VBR son que produce una mejor relación calidad-espacio en comparación con un archivo CBR de los mismos datos. Los bits disponibles se usan de manera más flexible para codificar los datos de sonido o video con mayor precisión, con menos bits usados ​​en pasajes menos exigentes y más bits usados ​​en pasajes difíciles de codificar. ^{[2] [4]}

Las desventajas son que la codificación puede llevar más tiempo, ya que el proceso es más complejo y que algunos equipos pueden no ser compatibles con los archivos VBR. ^[2] VBR también puede plantear problemas durante la transmisión cuando la tasa de bits instantánea excede la tasa de datos de la ruta de comunicaciones. Estos problemas pueden evitarse limitando la tasa de bits instantánea durante la codificación o (a costa de una mayor latencia) ampliando el búfer de reproducción .

En el pasado, muchos reproductores de hardware y software no podían decodificar correctamente los archivos de tasa de bits variable, en parte porque los diversos codificadores VBR utilizados no estaban bien desarrollados. ^{[ cita requerida ]} Esto resultó en el uso común de CBR sobre VBR en aras de la compatibilidad. En diciembre de 2006, los dispositivos que solo admiten archivos codificados CBR son en gran medida obsoletos, ya que la gran mayoría de los dispositivos y software de música portátiles modernos admiten archivos codificados VBR. ^{[ cita requerida ]}

La compatibilidad con VBR en archivos AAC y MP3 se encuentra en la mayoría de los reproductores de audio digitales modernos , incluidos los lanzados por Apple , Microsoft , Creative Technology y SanDisk . Los primeros algoritmos de VBR ocasionalmente introducían artefactos audibles al codificar tonos monótonos o mínimos (por ejemplo, audiolibros y música acústica). Estos artefactos a menudo imitaban un "chirrido digital" durante las partes silenciosas de la canción o cuando solo se hablaba. A medida que se han mejorado los algoritmos de codificación de VBR, estos problemas se han resuelto en generaciones posteriores del estándar VBR. ^{[ cita requerida ]}

Métodos de codificación VBR

Tenga en cuenta que la elección de un método de tasa de bits variable (VBR) solo afecta el proceso de codificación. La decodificación de un flujo VBR se realiza de manera idéntica en todos los casos, independientemente de cómo el codificador elija asignar los bits.

Codificación de varias pasadas y codificación de una sola pasada

VBR se crea utilizando la denominada codificación de paso único o codificación de paso múltiple . La codificación de un solo paso analiza y codifica los datos "sobre la marcha" y también se utiliza en la codificación de tasa de bits constante. La codificación de un solo paso se utiliza cuando la velocidad de codificación es más importante, por ejemplo, para la codificación en tiempo real. La codificación VBR de un solo paso generalmente se controla mediante la configuración de calidad fija o por el rango de tasa de bits ( tasa de bits mínima y máxima permitida) o por la configuración de tasa de bits promedio . La codificación de varias pasadas se utiliza cuando la calidad de la codificación es más importante. La codificación de múltiples pasadas no se puede utilizar en codificación en tiempo real, transmisión en vivo o transmisión en vivo. La codificación de varias pasadas lleva mucho más tiempo que la codificación de una sola pasada, porque cada pasada significa una pasada a través de los datos de entrada (generalmente a través de todo el archivo de entrada). La codificación de múltiples pasadas se usa solo para la codificación VBR, porque la codificación CBR no ofrece ninguna flexibilidad para cambiar la tasa de bits. La codificación de múltiples pasadas más común es la codificación de dos pasadas. En el primer paso de la codificación de dos pasos, los datos de entrada se analizan y el resultado se almacena en un archivo de registro. En el segundo paso, los datos recopilados del primer paso se utilizan para lograr la mejor calidad de codificación. En una codificación de video, la codificación de dos pasadas generalmente se controla mediante la configuración de tasa de bits promedio o por la configuración de rango de tasa de bits (tasa de bits mínima y máxima permitida) o por la configuración de tamaño de archivo de video de destino. ^{[5] [6]}

Calidad fija

Un medio de codificación VBR es el cuantificador fijo o la codificación de calidad fija . Suele ser una codificación de una sola pasada. El usuario especifica un valor de calidad subjetivo dado y el codificador asigna bits según sea necesario para lograr el nivel de calidad dado. Esto asegura que el flujo de salida tendrá una calidad constante en todo momento. Un nivel de calidad suele tener un rango de velocidad de bits asociado. La desventaja de este método de codificación es que la tasa de bits promedio (y, por lo tanto, el tamaño del archivo) no se conocerá de antemano, y lograr una cierta tasa de bits promedio requiere prueba y error . Por lo general, esto es más preocupante para el video que para el audio, ya que los tamaños de archivo son mucho más grandes y la codificación puede demorar mucho más.

Rango de tasa de bits

Este método de codificación VBR permite al usuario especificar un rango de velocidad de bits: una velocidad de bits mínima y / o máxima permitida. ^[7] Algunos codificadores amplían este método con una tasa de bits promedio. La velocidad de bits mínima y máxima permitida establece los límites en los que la velocidad de bits puede variar. La desventaja de este método es que la tasa de bits promedio (y, por lo tanto, el tamaño del archivo) no se conocerá de antemano. El rango de tasa de bits también se usa en algunos métodos de codificación de calidad fija, pero generalmente sin permiso para cambiar una tasa de bits en particular. ^[8]

Tasa de bits promedio

La codificación de tasa de bits promedio (ABR) se puede utilizar para garantizar que el flujo de salida logre una tasa de bits promedio predecible a largo plazo. Por lo general, esto se implementa mediante codificación de múltiples pasadas, donde se usan una o más pasadas iniciales para recopilar datos en la transmisión, y una pasada final usa esos datos para lograr una calidad uniforme a la tasa de bits promedio especificada.

Alternativamente, se puede usar un promedio periódico, ya sea realizando ABR en partes más pequeñas de la salida o reaccionando a las fluctuaciones en el ABR aumentando o reduciendo la calidad general. Estos pueden lograr ABR en una sola pasada, pero no producen el mismo grado de uniformidad que ABR de múltiples pasadas. Algunos codificadores utilizan "codificación ABR" y "codificación de múltiples pasadas" para referirse a la codificación ABR de una o varias pasadas, respectivamente.

Algunos codificadores también permiten al usuario especificar una tasa de bits máxima permitida o un valor de calidad máximo. Esto a veces se denomina velocidad de bits variable restringida ( CVBR ) y generalmente se aplica a los algoritmos ABR.

La desventaja de la codificación ABR de un solo paso (con o sin CVBR) es lo opuesto al cuantificador fijo VBR: el tamaño de la salida se conoce de antemano, pero se desconoce la calidad resultante, aunque sigue siendo mejor que la CBR. ^[9] Especificar un promedio o máximo más alto puede simplemente hacer que el archivo sea más grande sin un efecto de calidad discernible, y una tasa de bits máxima aumentada puede introducir tartamudeo al transmitir el archivo. Sin embargo, si se reducen demasiado estos criterios, se producirán pérdidas de calidad bastante drásticas. El efecto en el video es típicamente un aumento en el bloqueo, porque los fotogramas ya no se detallan completamente en su renderizado.

La codificación ABR de múltiples pasadas es más similar a la del cuantificador fijo VBR, porque un promedio más alto realmente aumentará la calidad. ^[10]

No existe una configuración ideal de "talla única" para ABR en la codificación de video. Para video de baja resolución (320 o 640 líneas) codificado con MPEG-1 o MPEG-2, la tasa de bits promedio puede ser tan baja como 1000 kbit / sy aún lograr resultados aceptables. Para un video de alta resolución como 1080, es posible que este promedio deba ser de 6000 kbit / so superior. El factor principal para determinar una tasa de bits de video mínima es la eficiencia con la que se puede codificar el video. El uso de codificaciones de video más eficientes, como MPEG-4 , ayudará a promover una tasa de bits más baja, mientras que cantidades significativas de movimiento o ruido blanco requerirán una tasa de bits más alta para codificar sin artefactos visibles.. Al final, es posible que el usuario tenga que usar prueba y error para lograr un tamaño de archivo mínimo para un flujo de video determinado, codificando a una tasa de bits determinada y luego viendo los resultados.

Tamaño de archivo

La codificación VBR que utiliza la configuración de tamaño de archivo suele ser codificación de varias pasadas. Permite al usuario especificar un tamaño de archivo de destino específico. En la primera pasada, el codificador analiza el archivo de entrada y calcula automáticamente el rango de velocidad de bits posible y / o la velocidad de bits promedio. En la última pasada, el codificador distribuye los bits disponibles entre todo el video para lograr una calidad uniforme. ^[10]

Ver también

• Bitrate
• Tasa de bits promedio
• Velocidad de bits constante
• Transmisión de velocidad de bits adaptable

Referencias

1. Velocidad de bits variable (base de conocimientos) , Hydrogenaudio, 2007 , consultado el 30 de septiembre de 2009
2. "VBR", Glosario , AfterDawn , consultado el 30 de septiembre de 2009
3. Velocidad de bits variable (wiki) , Audacity , consultado el 30 de septiembre de 2009
4. LAME - Configuración de VBR (velocidad de bits variable) (base de conocimientos) , Hydrogenaudio, 2009 , consultado el 30 de septiembre de 2009
5. • "Codificación de varias pasadas", Glosario , AfterDawn , consultado el 30 de septiembre de 2009
   • Codificación de varias pasadas (Wiki) , Digital Digest, 2007 , consultado el 30 de septiembre de 2009
   • "Codificación de múltiples pasadas", Glosario de extracción , Doom 9, 20 de abril de 2004 , consultado el 30 de septiembre de 2009
   • "Rate Control - Encoding Mode", explicación de las opciones de H.264 / AVC (documentación wiki) , Avidemux, 2009 , consultado el 30 de septiembre de 2009
6. • "Encoding with the x264 codec", Encoding with MEncoder , HU: MPlayer team , consultado el 1 de octubre de 2009
   • DVDGuy (2006-06-21), Xvid Guía de configuración , Digital Digest , recuperada 2009-10-01
   • DivX 4.x Codec Setup Guide , Digital Digest, 27 de agosto de 2001 , consultado el 4 de octubre de 2009
   • TMPGEnc Explained V2.0.1 , Video help, 2001-08-27 , consultado el 2009-10-04
   • Tasa de bits promedio (base de conocimientos) , Hydrogenaudio, 2007 , consultado el 1 de octubre de 2009
7. Velocidad de bits variable (base de conocimientos) , Hydrogenaudio, 2007 , consultado el 4 de octubre de 2009
8. LAME - VBR (base de conocimientos) , Hydrogenaudio, 2007 , consultado el 4 de octubre de 2009
9. Tasa de bits promedio (base de conocimientos) , Hydrogenaudio, 2007 , consultado el 1 de octubre de 2009
10. "Rate Control - Encoding Mode", Explicación de las opciones de H.264 / AVC (wiki-documentation) , Avidemux, 2009 , consultado el 30 de septiembre de 2009