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La pérdida de generación es la pérdida de calidad entre copias o transcodificaciones de datos posteriores. Cualquier cosa que reduzca la calidad de la representación al copiar y que provoque una reducción adicional de la calidad al hacer una copia de la copia puede considerarse una forma de pérdida de generación. El aumento del tamaño de los archivos es un resultado común de la pérdida de generación, ya que la introducción de artefactos puede, en realidad, aumentar la entropía de los datos en cada generación.
En los sistemas analógicos (incluidos los sistemas que utilizan grabación digital pero hacen la copia a través de una conexión analógica), la pérdida de generación se debe principalmente a problemas de ruido y ancho de banda en cables , amplificadores , mezcladores , equipos de grabación y cualquier otra cosa entre la fuente y el destino. Los amplificadores de distribución mal ajustados y las impedancias no coincidentes pueden empeorar estos problemas. La conversión repetida entre analógico y digital también puede causar pérdidas.
La pérdida de generación era un factor importante en la edición compleja de audio y video analógico , donde las ediciones de varias capas se creaban a menudo haciendo mezclas intermedias que luego se "rebotaban" en la cinta. Se requería una planificación cuidadosa para minimizar la pérdida de generación y el ruido resultante y la mala respuesta de frecuencia.
Una forma de minimizar el número de generaciones necesarias era utilizar una suite de mezcla de audio o edición de video capaz de mezclar una gran cantidad de canales a la vez; en el caso extremo, por ejemplo con un estudio de grabación de 48 pistas, se podría hacer una mezcla compleja completa en una sola generación, aunque esto era prohibitivamente costoso para todos los proyectos, excepto para los mejor financiados.
La introducción de sistemas profesionales de reducción de ruido analógico como Dolby A ayudó a reducir la cantidad de pérdida de generación audible, pero finalmente fueron reemplazados por sistemas digitales que redujeron enormemente la pérdida de generación. [1]
Según ATIS , "la pérdida de generación se limita a la grabación analógica porque la grabación y reproducción digitales pueden realizarse de una manera que esté esencialmente libre de pérdida de generación". [1]
Si se utiliza correctamente, la tecnología digital puede eliminar la pérdida de generación. Esto implica el uso exclusivo de códecs de compresión sin pérdida o datos sin comprimir desde la grabación o creación hasta la codificación final con pérdida para su distribución a través de streaming por Internet o discos ópticos. Copiar un archivo digital proporciona una copia exacta si el equipo funciona correctamente, lo que elimina la pérdida de generación causada por la copia, mientras que la recodificación de archivos digitales con códecs de compresión con pérdida puede causar pérdida de generación. Esta característica de la tecnología digital ha dado lugar a la concienciación sobre el riesgo de copia no autorizada. Antes de que la tecnología digital se generalizara, un sello discográfico , por ejemplo, podía estar seguro de que las copias no autorizadas de sus pistas de música nunca eran tan buenas como los originales.
La pérdida de generación aún puede ocurrir cuando se utilizan códecs de compresión de audio o video con pérdida, ya que estos introducen artefactos en el material de origen con cada codificación o recodificación. Los códecs de compresión con pérdida, como Apple ProRes , Advanced Video Coding y mp3, se utilizan ampliamente, ya que permiten reducciones drásticas en el tamaño del archivo y, al mismo tiempo, son indistinguibles del original sin comprimir o comprimido sin pérdida para fines de visualización. La única forma de evitar la pérdida de generación es utilizando archivos sin comprimir o comprimidos sin pérdida; lo que puede ser costoso desde el punto de vista del almacenamiento, ya que requieren mayores cantidades de espacio de almacenamiento en la memoria flash o discos duros por segundo de tiempo de ejecución. El video sin comprimir requiere una alta tasa de datos; por ejemplo, un video de 1080p a 60 cuadros por segundo requiere aproximadamente 370 megabytes por segundo. [2] Los códecs con pérdida hacen que los Blu-ray y la transmisión de video por Internet sean factibles, ya que ninguno puede entregar las cantidades de datos necesarias para el video sin comprimir o comprimido sin pérdida a velocidades de cuadro y resoluciones aceptables. Las imágenes pueden sufrir pérdida de generación de la misma manera que el vídeo y el audio.
El procesamiento de un archivo comprimido con pérdida de calidad en lugar de un archivo original suele dar como resultado una mayor pérdida de calidad que generar el mismo resultado a partir de un archivo original sin comprimir. Por ejemplo, una imagen digital de baja resolución para una página web es mejor si se genera a partir de una imagen RAW sin comprimir que a partir de un archivo JPEG ya comprimido de mayor calidad.
En los sistemas digitales , varias técnicas, como los códecs y algoritmos de compresión con pérdida, que se utilizan por otras ventajas, pueden generar pérdidas de generación y deben utilizarse con precaución. Sin embargo, la copia de un archivo digital en sí no genera pérdidas de generación: el archivo copiado es idéntico al original, siempre que se utilice un canal de copia perfecto.
Algunas transformaciones digitales son reversibles, mientras que otras no. La compresión sin pérdida es, por definición, totalmente reversible, mientras que la compresión con pérdida descarta algunos datos que no se pueden recuperar. De manera similar, muchos procesos DSP no son reversibles.
Por lo tanto, es importante planificar cuidadosamente una cadena de señales de audio o video desde el principio hasta el final y reorganizarla para minimizar las conversiones múltiples a fin de evitar la pérdida de generación cuando se utilizan códecs de compresión con pérdida. A menudo, las elecciones arbitrarias de la cantidad de píxeles y las frecuencias de muestreo para la fuente, el destino y los intermediarios pueden degradar gravemente las señales digitales a pesar del potencial de la tecnología digital para eliminar por completo la pérdida de generación.
De manera similar, cuando se utiliza compresión con pérdida, lo ideal es que solo se realice una vez, al final del flujo de trabajo que involucra el archivo, después de que se hayan realizado todos los cambios necesarios.
La conversión entre formatos con pérdida (ya sea decodificación y recodificación al mismo formato, entre formatos diferentes o entre diferentes tasas de bits o parámetros del mismo formato) provoca pérdida de generación.
Las aplicaciones repetidas de compresión y descompresión con pérdida pueden causar pérdida de generación, en particular si los parámetros utilizados no son consistentes a lo largo de las generaciones. Idealmente, un algoritmo será idempotente , lo que significa que si la señal se decodifica y luego se vuelve a codificar con configuraciones idénticas, no hay pérdida, y escalable, lo que significa que si se vuelve a codificar con configuraciones de menor calidad, el resultado será el mismo que si se hubiera codificado a partir de la señal original; consulte Codificación de video escalable. De manera más general, la transcodificación entre diferentes parámetros de una codificación particular producirá idealmente la mayor calidad compartida común; por ejemplo, la conversión de una imagen con 4 bits de rojo y 8 bits de verde a una con 8 bits de rojo y 4 bits de verde produciría idealmente simplemente una imagen con 4 bits de profundidad de color rojo y 4 bits de profundidad de color verde sin mayor degradación.
Algunos algoritmos de compresión con pérdida son mucho peores que otros en este aspecto, ya que no son idempotentes ni escalables y provocan una mayor degradación si se modifican los parámetros.
Por ejemplo, con JPEG , cambiar la configuración de calidad hará que se utilicen diferentes constantes de cuantificación, lo que provocará una pérdida adicional. Además, como JPEG se divide en bloques de 16×16 (o 16×8, u 8×8, según el submuestreo de croma ), el recorte que no cae en un límite de 8×8 cambia los bloques de codificación, lo que provoca una degradación sustancial; ocurren problemas similares en la rotación. Esto se puede evitar con el uso de jpegtran o herramientas similares para recortar. Se produce una degradación similar si los fotogramas clave del video no se alinean de generación en generación.
El remuestreo digital , como el escalado de imágenes y otras técnicas DSP, también pueden introducir artefactos o degradar la relación señal-ruido (relación S/N) cada vez que se utilizan, incluso si el almacenamiento subyacente no tiene pérdidas.
El remuestreo provoca aliasing , tanto difuminando los componentes de baja frecuencia como añadiendo ruido de alta frecuencia, lo que provoca irregularidades , mientras que el redondeo de los cálculos para que se ajusten a una precisión finita introduce cuantificación , lo que provoca bandas ; si se corrige mediante tramado , esto se convierte en ruido. En ambos casos, en el mejor de los casos, degradan la relación señal/ruido de la señal y pueden provocar artefactos. La cuantificación se puede reducir utilizando alta precisión durante la edición (en particular, números de punto flotante), y solo se reduce a precisión fija al final.
A menudo, determinadas implementaciones no alcanzan los ideales teóricos.
Las generaciones sucesivas de fotocopias dan como resultado distorsión y degradación de la imagen. [3] Descargar y luego volver a publicar o cargar contenido repetidamente en plataformas como Instagram o YouTube puede resultar en una degradación notable de la calidad. [4] [5] [6] Se han documentado efectos similares en la copia de cintas VHS . [7] Esto se debe a que ambos servicios utilizan códecs con pérdida en todos los datos que se cargan en ellos, incluso si los datos que se cargan son un duplicado de los datos ya alojados en el servicio, mientras que VHS es un medio analógico, donde los efectos como el ruido de la interferencia pueden tener un impacto mucho más notable en las grabaciones.