Codec Multimedia: ¡Así se comprimen vídeos, imágenes y audios!

Un codec es un elemento esencial para la era multimedia. Todos los días trabajamos con archivos como las imágenes, el audio y los vídeos, todos ellos necesitan de estos elementos para el correcto funcionamiento. Pero ¿realmente sabes qué es y cómo funciona? Si no es así, aquí te lo explicamos detalladamente…

¿Qué es un codec?

Un codec, o códec, es un proceso basado en hardware o software que comprime y descomprime grandes cantidades de datos. Los códecs se utilizan en aplicaciones para reproducir y crear archivos multimedia para los usuarios, así como para enviar archivos multimedia por streaming. El término es una combinación de las palabras «coder» y «decoder» (codificador y decodificador).

Los códecs comprimen, o reducen, archivos multimedia como videos, audios e imágenes fijas para ahorrar espacio en los dispositivos y enviar eficientemente esos archivos a través de una red de forma más rápida.

Los codecs son invisibles para el usuario y vienen incorporados en el software o hardware de un dispositivo. Es decir, existen software que actúa como codec, usando la CPU para la codificación y decodificación, y también existen aceleradores implementados por hardware, que usan una unidad de procesamiento específica para acelerar la codificación y decodificación. Este último es el caso de los motores AV-1 implementados en las actuales tarjetas gráficas.

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La función principal de un códec es la transformación de datos y la encapsulación. Y podemos tener codecs de audio, de imagen o de vídeo. Los de vídeo suelen incluir tanto de imagen como de sonido a la vez, ya que el vídeo no es más que una serie de fotogramas o frames pasando.

Los codecs utilizan un algoritmo para convertir datos en una secuencia de bytes diferente a la original, consiguiendo así su propósito, el de reducir el tamaño de archivo o espacio ocupado.

Cuanto mayor sea la tasa de bits (bit rate), menor será la compresión. Y una menor compresión generalmente significa una calidad más alta, o más cercana a la original, en general. Algunos códecs crean archivos más pequeños con una calidad razonablemente aceptable. Otros codecs crean archivos eficientes que tienen una calidad más alta pero ocupan más espacio. Otros códecs crean archivos pequeños y eficientes, pero carecen de calidad general.

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¿Qué es la codificación?

La codificación es un proceso que se utiliza para comprimir datos multimedia, como videos, audios e imágenes, con el fin de reducir el tamaño de los archivos y facilitar su transmisión y almacenamiento. Esto se hace en el momento de la grabación o creación del archivo multimedia en cuestión o tras la edición.

A parte de los archivos multimedia citados, también se pueden codificar otros tipos de datos, como el texto, algunas señales, etc.

La codificación se puede realizar de dos formas:

• Codificación con pérdida (Lossy compression): es un método de compresión de datos en el que se elimina cierta información redundante o menos importante para reducir el tamaño del archivo. Al eliminar datos, se produce una pérdida de calidad en el contenido original. Es ampliamente utilizado en la compresión de datos multimedia, como audio y video, donde la pérdida de ciertos detalles no es percibida significativamente por el oído o el ojo humano.
• Codificación sin pérdida (Lossless compression): es un método de compresión de datos que reduce el tamaño del archivo sin perder información ni calidad del contenido original. En este caso, la información eliminada en el proceso de compresión se puede recuperar completamente al descomprimir el archivo, lo que garantiza que no haya pérdida de datos.

En cuanto a los pasos realizados durante la codificación, tenemos:

1. Análisis del contenido: en el primer paso, el codec analiza el contenido multimedia, ya sea audio, video o imágenes, para identificar patrones y características relevantes. Esto ayuda al codec a determinar qué partes del contenido pueden comprimirse de manera más efectiva.
2. Transformación: en esta etapa, los datos multimedia se transforman o se convierten a una representación matemática más eficiente. Por ejemplo, en el caso del video, se pueden utilizar técnicas de transformación como la transformada discreta del coseno (DCT) para representar los píxeles de manera más compacta.
3. Cuantificación: en este paso, los valores numéricos resultantes de la transformación se cuantifican o redondean a valores discretos. La cuantificación es una técnica clave para la compresión con pérdida, ya que permite eliminar detalles menos importantes y reducir la precisión de ciertos valores.
4. Compresión: aquí es donde realmente se logra la compresión de datos. El codec utiliza diferentes técnicas, como la codificación delta, la codificación Huffman o la codificación aritmética, para representar los datos cuantificados de manera más eficiente. Durante este proceso, los datos redundantes o irrelevantes se eliminan o se representan de manera más compacta.
5. Empaquetado: una vez que los datos multimedia han sido comprimidos, se empaquetan en un formato de contenedor (más adelante explico lo que és). El contenedor incluirá la información comprimida junto con metadatos y otra información relacionada, como pistas de audio o subtítulos.
6. Almacenamiento o transmisión: el archivo resultante, que contiene los datos multimedia comprimidos y empaquetados, está listo para ser almacenado o transmitido. La eficiencia de la compresión determinará el tamaño del archivo y la calidad percibida del contenido.

¿Qué es la descodificación?

La decodificación es el proceso inverso de la codificación. Es decir, el procedimiento mediante el cual se convierte un conjunto de datos codificados o comprimidos nuevamente en su forma original, restaurando la información y la estructura que tenía antes de ser codificada.

Cuando se aplica algún tipo de codificación o compresión a datos, se busca reducir su tamaño para facilitar el almacenamiento, transmisión o procesamiento. Sin embargo, para utilizar estos datos nuevamente, por ejemplo, para visualizar una imagen o reproducir un audio o vídeo, es necesario realizar el proceso de decodificación para recuperar la información original.

Durante el proceso de decodificación se hace lo contrario que en la codificación, es decir, los pasos serían:

1. Recepción y apertura del archivo: comienza cuando el archivo multimedia comprimido y empaquetado es recibido. El reproductor multimedia o la aplicación adecuada abre el archivo para iniciar el proceso de decodificación.
2. Extracción de datos: la aplicación extrae la información comprimida del archivo. Esta información incluye los datos multimedia comprimidos junto con metadatos y otra información relevante almacenada en el contenedor.
3. Descompresión: la aplicación utiliza el codec apropiado para descomprimirlos. Si el archivo se codificó con pérdida, la descompresión implicará restaurar los datos a su forma original, aunque puede haber pérdida de calidad en comparación con el archivo original no comprimido.
4. Inversión de cuantificación: si el proceso de codificación incluyó cuantificación, la decodificación debe realizar el proceso inverso, es decir, restaurar los valores cuantificados a sus valores originales.
5. Transformación inversa: si se utilizó alguna transformación matemática en el proceso de codificación, la decodificación debe realizar la transformación inversa para volver a la representación original de los datos.
6. Reconstrucción de datos: una vez que los datos han sido descomprimidos y transformados a su forma original, la aplicación puede reconstruir los datos multimedia. Por ejemplo, en el caso del video, se pueden restaurar los fotogramas y la secuencia de imágenes para reproducir el video original.
7. Reproducción o visualización: finalmente, los datos multimedia restaurados y decodificados se envían al dispositivo de salida, como una pantalla o un altavoz, para que el usuario pueda ver o escuchar el contenido multimedia en su forma original.

¿Qué es la transcodificación?

La transcodificación es el proceso de convertir un archivo multimedia de un formato de codificación a otro formato de codificación. En este proceso, la información contenida en el archivo original se extrae y se vuelve a codificar en un nuevo formato. Esto implica una conversión de los datos para adaptarlos a las características y requisitos del formato de destino.

La transcodificación solo se puede hacer entre algunos tipos de codecs o formatos, ya que no es posible, por ejemplo, transcodificar o convertir un texto para usar un codec de audio. Se pueden convertir de audio a audio, de vídeo a vídeo, de imagen a imagen, etc.

Diferencia entre formato contenedor y codec

Es importante conocer las diferencias entre codec y contenedor, ya que es algo que muchos usuarios suelen confundir con frecuencia:

• Codec: es un algoritmo o conjunto de algoritmos que se utiliza para comprimir y descomprimir datos multimedia, como audio, video o imágenes. Los codecs son responsables de codificar la información original en un formato más compacto para su almacenamiento o transmisión, y luego decodificarla nuevamente para su reproducción o visualización. Hay codecs tanto con pérdida como sin pérdida, lo que significa que algunos comprimen los datos eliminando cierta información (con pérdida), mientras que otros comprimen sin perder información (sin pérdida). Ejemplos de codecs comunes son H.264, AAC, MP3, VP9, entre otros.
• Contenedor: también conocido como formato de archivo, es una estructura que almacena los datos multimedia comprimidos con un codec junto con información adicional, como metadatos, subtítulos y pistas de audio o video. Los contenedores permiten agrupar todos estos elementos en un solo archivo, facilitando el manejo, almacenamiento y transmisión de archivos multimedia. Los contenedores no afectan directamente la calidad del contenido, ya que simplemente organizan y almacenan los datos comprimidos con los codecs. Ejemplos de contenedores populares son MP4, MKV, AVI, MOV y FLAC.

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