L’assignatura de Vídeo Digital aprofundeix en els continguts introduïts a Televisió Digital i Producció Audiovisual de 2n curs del Grau en Enginyeria de Sistemes Audiovisuals, on s’hi van establir les bases tècniques i de producció del contingut audiovisual.
En aquesta assignatura de 3r curs, l’estudiant consolida i amplia els seus coneixements sobre la vessant tècnica del senyal de vídeo, combinant una aproximació teòrica amb un treball pràctic orientat a la resolució de problemes reals d’enginyeria audiovisual.
El curs aborda tot el flux del senyal de vídeo digital, des de la seva generació en banda base fins als processos de compressió, empaquetament en contenidors i transmissió a través de xarxes IP. L’estudiant es familiaritza amb els estàndards i tecnologies actuals utilitzats en la indústria, i adquireix les competències necessàries per a entendre, configurar i diagnosticar sistemes professionals de vídeo digital.
Professors Titulars
Fonaments de la televisió i el video digital, producció audiovisual, sistemes de transmissió.
Objectius generals
- Aprofundir en el coneixement tècnic del senyal de vídeo digital, des de la seva generació en banda base fins a la seva compressió, encapsulament i transmissió en entorns IP.
- Dotar l’estudiant de les habilitats pràctiques necessàries per generar, analitzar, processar i transmetre senyals audiovisuals digitals emprant eines i equips professionals.
- Comprendre i aplicar els estàndards i protocols actuals relacionats amb el vídeo digital, tant en producció com en distribució.
- Integrar conceptes teòrics i pràctics en un projecte que repliqui situacions reals de l’enginyeria audiovisual.
Objectius específics
- Analitzar i caracteritzar els diferents tipus de senyal de vídeo: compost, components, SDI, HD-SDI, UHDTV i formats HDR.
- Dominar els fonaments de la compressió de vídeo i àudio, incloent tècniques sense pèrdues, predictives, transformades i codificació híbrida.
- Conèixer i comparar els principals estàndards de codificació (MPEG-2, H.264, HEVC, VVC, AV1, etc.) i entendre les seves aplicacions industrials.
- Identificar i utilitzar els contenidors i formats multiplexats més comuns (TS, PS, MP4, MXF).
- Comprendre els fonaments de la transmissió de vídeo sobre xarxes IP, incloent protocols de temps real i sistemes de distribució adaptativa.
- Aplicar protocols de producció i contribució de vídeo (NDI, SMPTE 2110, RTMP, SRT, HLS, MPEG-DASH, WebRTC).
- Realitzar mesures i diagnosi de qualitat del senyal, tant en banda base com en fluxos MPEG-TS i sistemes IP.
- Desenvolupar projectes pràctics que integrin generació, compressió, encapsulament i transmissió del senyal de vídeo.
- Treballar de manera col·laborativa en el desenvolupament de pràctiques i projectes, aplicant metodologies actives d’aprenentatge.
- Fomentar l’autonomia i el pensament crític en la resolució de problemes d’enginyeria del vídeo digital
Tema 1: Senyal de video en banda base
1.1. Senyal de video compost
1.1.1.Codificadors PAL i NTSC
1.1.2.Mesures en video compost
1.2. Senyal de vídeo en components
1.2.1. Senyals YUV i GBR
1.2.2.Mesures de video en components
1.3. Senyal de vídeo digital
1.3.1.Generació senyal SDI
1.3.2.Formats: HDTV 1080, HDTV 720
1.3.3.ITU-R BT 2020 UHDTV
1.3.4.Codificador SDI
1.3.5.HD-SDI
1.3.6.AES/EBU
1.3.7.Ancillary Data
1.3.8.Audio embedded
1.4. HDR: High Dynamic Range
Tema 2: Compressió de vídeo
2.1 Introducció a les tècniques de compressió de vídeo
2.1.1 Compressió sense pèrdues
2.1.1.1 Teoria de la Informació. L’entropia.
2.1.1.2 Variable length code (VLC). Codi Huffman
2.1.1.3 Codificació Lempel-Ziv
2.1.1.4 Codificació aritmètica
2.1.2 Mètodes predictius
2.1.2.1 Codificació predictiva amb pèrdues. DPCM
2.1.2.2 Quantificació
2.1.2.3 Quantificació Vectorial
2.1.3 Mètodes transformats
2.1.3.1 Transformades unitàries, KLT, DFT, DCT
2.1.3.2 Transformades Bi-dimensionals 2D DCT
2.1.3.3 Codificació Sub-banda. EZW
2.2 Codificació d’Imatge
2.2.1 JPEG sense pèrdues
2.2.2 JPEG amb pèrdues
2.2.3 JPEG-2000
2.2.4 JPEG-XS
2.3 Fonaments de la codificació de vídeo
2.3.1 Codificació Híbrida
2.3.2 Estimació de moviment i compensació
2.4 Estàndards de compressió de vídeo
2.4.1 Organismes d’estandarització de codificació de vídeo
2.4.2 MPEG-1 i MPEG-2
2.4.3 MPEG-4 Visual
2.4.4 MPEG-4 Part 10 AVC/H.264
2.4.5 Altres códecs AV1, Dirac, ..
2.4.6 MPEG-HEVC/H.265
2.4.7 MPEG-VVC/H.266
2.4.8 Nous códecs
2.5 Compressió d’àudio
2.5.1 Codificació d’àudio perceptual
2.5.2 MPEG-1 Layer I & II
2.5.3 MPEG Layer 3 (mp3) i DolbyAC-3
2.5.4 MPEG AAC
Tema 3: Contenidors de vídeo
3.1 MPEG-2 Systems
3.1.1 Program Stream (PS)
3.1.2 Transport Stream (TS)
3.1.3 Program Specific Information (PSI)
3.1.4 Service Information (DVB-SI)
3.1.5 DVB Subtitling
3.1.6 Mesures sobre Transport Stream (ETR 290).
3.1.7 Transmissió de dades sobre Transport Stream
3.1.8 Hybrid Broadcast-Broadband TV (HbbTV)
3.2 Altres contenidors:
3.2.1 ISO base Media File format, (mp4, MOV)
3.2.2 Material exchange Format: MXF
Tema 4: Video sobre IP
4.1 Fonaments del video over IP
4.1.1 Unicast vs multicast
4.1.2 Protocols RTP / RTCP
4.1.3 RTSP and SDP
4.2 Protocols per a producció de video
4.2.1 NDI
4.2.2 SMPTE 2110
4.3 Protocols per a contribució de video
4.3.1 RTMP
4.3.2 SRT
4.4 Protocols per a distribució de vídeo
4.4.1 Progressive download vs streaming
4.4.2 HTTP Adaptive Streaming (Over-the-Top, OTT)
4.4.2.1 Arquitectures streaming. CDNs
4.4.2.2 HLS
4.4.2.3 MPEG-DASH
4.4.3 WebRTC
La metodologia emprada en aquesta assignatura combina sessions que utilitzen diverses metodologies. Per un costat cada punt principal del temari s’introdueix mitjançant classes magistrals. Aquestes classes magistrals vanen seguides per sessions que combinen diverses metodologies d’aprenentatge actiu que permeten assumir i complementar els coneixements magistrals com són les tècniques de flipped classroom, classes de problemes i exercicis, classes de petits projectes o aprenentatge per parelles. La segona part de l’assignatura es dedica al desenvolupament d’un projecte en grup (o individual) on es posen a la pràctica els conceptes teòrics adquirits anteriorment
Per al desenvolupament del projecte els alumnes s´estructuren en grups reduïts o individualment. Al llarg del curs el professor proposarà reptes cada vegada amb complexitat creixent. Aquests projectes es faran al laboratori en la seva part introductòria on el professor plantejarà el repte, resoldrà dubtes i els alumnes iniciaran el desenvolupament del projecte. Una vegada iniciat el projecte els alumnes han d’acabar de desenvolupar-lo fora de les hores de classe. Cada pràctica ve acompanyada per un enunciat que serveix de guia als alumnes. Per a resoldre les pràctiques cal que els alumnes redactin un memòria per a cada una d’elles.
Per un costat s'avaluen els coneixements teòrics mitjançant un examen al final del semestre que es complementa amb la nota d'avaluació contínua. L'objectiu de l'avaluació contínua és que l'alumne vagi consolidant el coneixement adquirit mitjançant problemes proposats i controls curts de cada àmbit temàtic. D'altra banda, la part pràctica s'avalua mitjançant pràctiques en grup o indivisuals relacionades amb el temari explcat a classe.
Els resultats obtinguts són avaluats seguint els següents objectius:
1. Coneixement tècnic del senyal de vídeo
L’estudiant ha de demostrar que comprèn els fonaments tècnics del senyal de vídeo en banda base, els diferents formats digitals, els sistemes SDI/HD-SDI, els formats HDTV/UHDTV i els conceptes relacionats amb HDR. Aquest coneixement ha d’incloure també la interpretació de mesures i la capacitat d’analitzar configuracions professionals de vídeo.
2. Capacitat d’aplicar tècniques de compressió i codificació
L’estudiant ha de saber resoldre problemes relacionats amb la compressió d’imatge, vídeo i àudio, aplicant els principis de codificació predictiva, transformada i híbrida, i coneixent els principals estàndards actuals (MPEG-2, H.264, HEVC, VVC, AV1, etc.). Ha de ser capaç d’escollir i justificar l’estratègia de compressió adequada segons cada cas.
3. Resolució de problemes en encapsulament i transmissió
L’estudiant ha de saber analitzar i solucionar problemes en l’àmbit dels contenidors de vídeo. Igualment, ha de ser capaç d’aplicar protocols i sistemes per a la transmissió de vídeo sobre xarxes IP, incloent RTP, RTSP, NDI, SMPTE 2110, SRT, RTMP, HLS i MPEG-DASH.
4. Planificació i gestió del treball pràctic
L’estudiant ha de demostrar la capacitat de planificar i organitzar totes les tasques associades a les pràctiques i al projecte final, respectant els terminis i estructurant de manera eficient el seu procés de treball, tant al laboratori com fora de l’horari docent.
5. Competència en l’ús d’eines professionals
L’estudiant ha d’estar familiaritzat amb eines i equips utilitzats en la generació, compressió i transmissió del senyal de vídeo digital. Això inclou instruments de mesura, programari d’edició i codificació, analitzadors de TS, eines de streaming i entorns d’implementació.
6. Capacitat per al treball col·laboratiu
L’estudiant ha de demostrar habilitats d’organització, comunicació i coordinació necessàries per treballar en equip en el desenvolupament del projecte final. Aquest treball en grup ha de permetre posar en pràctica els coneixements adquirits i resoldre problemes reals relacionats amb el flux complet del vídeo digital.
7. Síntesi i aplicació crítica de la informació
Enfront de la gran quantitat d’informació tècnica proporcionada durant l’assignatura, l’estudiant ha de ser capaç de seleccionar, sintetitzar i aplicar els conceptes rellevants per resoldre cada problema concret. Ha de demostrar criteri tècnic i capacitat d’analitzar situacions complexes adoptant les solucions més adequades.
Apunts de classe
.