Como as mídias de vídeo possuem um tamanho muito grande, a compactação desses dados torna- se necessária para o sucesso do processo de armazenagem e distribuição. Compactação é o processo no qual se diminui o tamanho do vídeo, agilizando o seu armazenamento e a sua transmissão.

Existem dois tipos de compactação: a lossless (sem perda) e a lossy (com perda).

Na compactação lossless, todos os dados são mantidos no vídeo, porém em tamanho reduzido. Esse processo é semelhante ao do Winzip, o qual mantém todas as palavras de um arquivo de texto, por exemplo, em seu arquivo compactado.

Por outro lado, na compactação lossy, existe um descarte dos dados. Dentre os formatos de arquivos que utilizam esse tipo de compactação, podemos destacar o JPEG e o MPEG. Deve-se tomar cuidado com esse tipo de compactação, pois, a cada execução do algortimo de compactação sobre o vídeo, este perde informações, podendo chegar a um vídeo não reconhecível.

O principal algoritmo de compactação de vídeo é o MPEG, que possui versões conhecidas como MPEG-1, MPEG-2 e MPEG-4. Este algoritmo é o mais usado pela indústria de entretenimento digital, tanto em DVDs quanto em discos de alta definição, como o Blu-ray.

     

O MPEG é um algoritmo de compactação de vídeo. Estes, por sua vez, são imagens trocadas rapidamente. Devido a isso, os vídeos podem apresentar redundâncias espaciais e temporais. Diversos pixels consecutivos com cores iguais são exemplos de redundância espacial, enquanto as redundâncias temporais podem ser observadas em uma cena de vídeo com pouco movimento.

O algoritmo MPEG possui mecanismos de compactação que utilizam ambas as redundâncias. À compactação que descarta as redundâncias espaciais, dá-se o nome de compactação espacial e à que descarta as redundâncias temporais, compactação temporal.

Os algoritmos de compactação de imagens mais famosos baseiam-se em três fundamentos: eliminação de altas freqüências, aproximação por wavelets e fractal. O algoritmo MPEG utiliza as técnicas de eliminação de altas freqüências.

A eliminação de altas freqüências é o princípio fundamental do JPEG. Nessa compactação, realizada em etapas, primeiramente quebra-se a imagem em pequenos pedaços da imagem e, então, se aplica a cada pedaço uma transformada discreta de cossenos com o intuito de discretizar as freqüências contidas nele. Depois, descartam-se as freqüências mais altas e, com elas, as descontinuidades. Essa compactação é considerada lossy, pois há perdas em relação à imagem original, nesse caso o efeito serrilhado.

Na compactação MPEG, o vídeo é dividido em GOPs. Cada GOP possui um quadro I (Intraframe) e alguns quadros P (Predicted) e B (Bidirectionally). Nos quadros I, aplicam-se algoritmos de compressão espacial, semelhante ao JPEG, descrito acima. Esses quadros possuem toda a informação daquele quadro do vídeo, considerando os descartes provenientes da compactação espacial.

Já os quadros P e B possuem apenas as variações do quadro em relação ao quadro anterior. Os quadros são fragmentados em blocos de 16x16 pixels e são observadas as mudanças em cada bloco a cada quadro. Nos blocos dos quadros P e B são armazenadas as diferenças entre o quadro atual e o anterior.

A única diferença entre o quadro P e o quadro B é que este último possui também as diferenças para o quadro posterior, com o objetivo de produzir uma sensação de movimento quando estamos retrocedendo no filme enquanto ele é exibido.

Quanto à taxa de compressão dos quadros, esta difere bastante: o quadro I, por possuir apenas compressão espacial, é o que possui maior tamanho e, por conseguinte, a menor taxa de compressão entre os tipos de quadro.

Existem diversas versões da compactação MPEG, dentre elas, as mais famosas são os padrões MPEG-1, MPEG-2 e MPEG-4, abaixo descritos:

Seu lançamento data de 1992 e foi o primeiro padrão MPEG adotado. Previa a criação de vídeos com qualidade das fitas VHS. Devido a esse objetivo, sua resolução é limitada em 352x288 e seu áudio em 48 KHz.

Sua taxa de transmissão não ultrapassa 3 megabits por segundo (Mbps), porém usa- se em torno de 1,4 Mbps. Com essa taxa, pode-se armazenar pouco mais de uma hora de vídeo em um CD comum. Por isso, esse formato se popularizou com o formato de VídeoCD (VCD).

Muitas placas de captura, ainda hoje, utilizam esse algoritmo de compactação, pois, devido a sua baixa resolução, precisa de pouco processamento para compactar e para exibir os vídeos.

O famoso padrão de áudio MP3 surgiu a partir da camada de áudio do MPEG-1, chamada de MPEG Layer 3.

O MPEG-2 é uma evolução direta do MPEG-1. Sua resolução máxima foi aumentada para 1920x1052, apesar da resolução mais utilizada ser apenas 720x576 do DVD, e seu áudio passou para 96 KHz permitindo até 8 canais independentes.

Os algoritmos do MPEG-1 e do MPEG-2 são fundamentalmente o mesmo. Apesar disso, o MPEG- 2 trouxe algumas melhorias importantes além da mudança dos limites de áudio e vídeo. Uma das melhorias mais difundidas é a possibilidade de termos qualidades diferentes dentro de um mesmo vídeo, permitindo uma quantidade de bits variável de acordo com a cena a ser exibida.

Utilizando os mesmos princípios básicos do MPEG-1 e do MPEG-2, o MPEG-4 teve sua implementação direcionada a produzir arquivos para a Internet e distribuição de televisão. Agrega as funcionalidades de renderização 3D, composição de arquivos orientada a objetos, gestão de direitos digitais (DRM - Digital Rights Managements) entre outras.

Ele foi desenvolvido para uso na Internet, mas seu uso foi também suportado pelas novas mídias de alta definição, como Blu-ray e o HD-DVD, pois as gravadoras viram nesse formato a possibilidade de controlar o uso dos filmes, visto que essa codificação permite o uso de DRM.

Os mecanismos de DRM permitem controle do arquivo de vídeo, pois é possível determinar quantas vezes o arquivo pode ser aberto, copiado ou ainda determinar uma validade para o arquivo.