04 compres video

04 compres video

marcelo bj compressão - video 1 compressão de vídeo

H.261 MPEG marcelo bj compressão - video 2 características do sinal de vídeo

componente de vídeo (video component) •três cores primárias => R G B,

•apresenta melhor reprodução de cor do que o vídeo composto,

•requer maior largura de faixa e sincronismo.

vídeo composto (composite video) •é composto de dois tipos de sinais que são misturados,

•sinal de luminância (preto e branco) - banda de 4,2 MHz,

•O sinal de luminância é mais crucial na percepção visual.

•sinal de crominância as informações de cores são combinadas,

•NTSC → I e Q,

•PALM → U e V.

marcelo bj compressão - video 3 características do sinal de vídeo

pixel: unidade da imagem (uma amostra da imagem), preto e branco: tons de cinza (1 byte por amostra),

colorido: três cores primárias => R G B (3 bytes = 24 bits) Luminância Y e Crominância: U-V ou I-Q ou Cb-Cr.

Conversão UV - CbCr conversão:

RGB : YIQ ou YUV

Cb = B - Y Cr = R - Y

U = 0.493 Cb V = 0.877 Cr

Y = 16 a 235 Cb e Cr = 16 a 240 faixa de valores

marcelo bj compressão - video 4 necessidade da compressão

Para um sistema: NTSC •(720x485)x(24)x(30 Q/s) 250 Mbps

•Duas Horas de Filme: 226 Gbytes

Parâmetro

Pixels/Linha

Linhas/Figura Taxa Temporal

NTSC 720

PAL 720

640 VGA S-VGA

72 C/s

TVcomputador

amostragem: luminância: 13.5 MHz.

crominância: 6.75 MHz.

marcelo bj compressão - video 5 compressão compressão:

é o processo no qual a quantidade de informação da imagem (ou grupo) é reduzida pela exploração das redundâncias presentes no sinal.

•diminuição do número de parâmetros para representar o sinal,

•resultado final: redução na taxa de bits.

diferentes tipos de redundâncias: espacial: correlação entre pixels vizinhos,

temporal: correlação entre pixels de quadros consecutivos,

psicovisual: o olho é mais sensível à luminância que à crominância, e é mais sensível às frequências baixas que as altas,

codificação: os parâmetros apresentam probabilidades diferentes; redundância no código.

marcelo bj compressão - video 6 sub-amostragem

O olho é mais sensível aos sinais de luminância do que aos de crominância.

utiliza-se a sub-amostragem para reduzir a densidade dos dados de crominância.

Tipos mais comuns: 4:1:1 - 4:2:2 - 4:2:0 as duas últimas são mais utilizadas no sistema MPEG.

na descompressão as amostras de crominância, eliminadas durante a compressão, são restauradas por interpolação das amostras vizinhas.

marcelo bj compressão - video 7

A crominância é horizontalmente sub-amostrada por um fator de 2 na horizontal relativamente ao sinal de luminância.

A crominância é horizontalmente e verticalmente sub-amostrada por um fator de 2 na horizontal relativamente ao sinal de luminância.

O sinal de luminância não é sub-amostrado.

720x485x30x(8 + 8 + 8)=> 251.4 Mbps

Para o sistema NTSC (720 pixels x 485 linhas – 30 Q/s): 720x485x30x8 + 360x485x30x(8 + 8) => 167.6 Mbps (4:2:2) sub-amostragem marcelo bj compressão - video 8

JPEG - joint photographic expert group

YIQ YUV YCbCr

QT zigzag DC: DPCM huffman run length encode: [salto (4), valor(4)]

01011

8x8 tabela

É um padrão de compressão para imagens estáticas.

Utilizado na codificação de imagens em movimento (MPEG). esquema de compressão

marcelo bj compressão - video 9 transformada cosseno discreta - DCT Explora a redundância espacial das imagens.

apresenta coeficientes pequenos em frequências altas,

definição:

jif

N vjN uiN vAuA vuF jif

N vjN viG

N uiN

em que,

marcelo bj compressão - video 10

Imagem

DCT Truncamento

DCT Exemplo:

transformada cosseno de uma linha de uma imagem

FFT: apresenta valores distribuídos, poucos ou nenhum valor nulo. DCT:

apresenta muitos valores nulos, principalmente em freq. altas.

apresenta valor DC muito alto em comparação com os AC.

codificação diferente para valores AC e DC.

ela é a chave para a compressão JPEG.

marcelo bj compressão - video 1 quantização

DEF: redução do número de bits necessários para codificar um valor inteiro através da redução da precisão.

Quantização Uniforme divide-se por uma constante (4, 6 ou 8)

Quantização por tabelas tabelas para luminância e crominância tabela para luminância nivel de qualidade 50 j,iDCT

16 1 10 16 2440 51 61
12 12 14 19 2658 60 5
14 13 16 24 4057 69 56
14 17 2 29 5187 80 62

(arrendondado para o inteiro mais próximo)

marcelo bj compressão - video 12 zig-zag varredura zig-zag e RLE

mapeamento de uma matriz 8x8 em um vetor 1x64.

ordem: no inicio do bloco componentes de frequência baixa e no final frequências altas.

O vetor tem muitos zeros.

Run length encode: [salto(4),valor(4)] No final do bloco: EOB: (0,0)

DPCM a componente DC F(0,0) tem valor muito grande.

codifica-se a diferença desta componente entre dois blocos vizinhos (DPCM).

marcelo bj compressão - video 13 run-length encoding

BGFDDDDDDDDDIJUPPPPPHYTGBUYYYYINNNNNGHHHHHHHKPPPPPP BGF&D9IJU&P5HYTGBU&Y4I&N5G&H7K&P6

Utiliza o fato de que existem símbolos repetidos em muitas sequências de dados. ( redundância).

Na compressão as sequências longas de símbolos repetidos são recolocadas por um símbolo especial que não é encontrado no fluxo de dados.

Tipicamente seriam necessários três caracteres:

símbolo especial - valor do dado - número de repetições

Exemplo: seja a sequência abaixo:

seja & o símbolo de identificação: observe que o tamanho da sequência foi bem reduzido

marcelo bj compressão - video 14 código de Huffman Ë conhecido como um código de comprimento variável.

Associa um código binário para cada dado de acordo com a probabilidade de ocorrência de cada dado.

símbolos com probabilidade maior são codificados com palavras mais curtas.

A chave de codificação é a implementação de uma árvore binária

Exemplo:

Símbolo Contagem

Código

117 bits 87 bits D(6)E(5) B(7) C(6)

LSB A decodificação é única (tabela) - Uso: JPEG, FAX.

marcelo bj compressão - video 15 tipos de compressão JPEG

Sequencial: descrito anteriormente.

Sem Perdas (Lossless): faz a diferença entre pixels vizinhos com um preditor,

Modo progressivo:

seleção espectral: envia a componente DC, em seguida poucos AC e vai-se acrescentando mais componentes AC,

aproximação sucessiva: pega os bits mais significativos e vai incluindo os menos significativos na DCT,

para aplicações onde se quer ver a imagem sendo reconstruída aos poucos,

Codificação com Hierarquias: reduz o número de pixels por um fator de 2,

codifica as imagens por algum método anterior - ...

marcelo bj compressão - video 16 compressão H.261

Aplicação: vídeo conferência, vídeo telefone (px64kbps)

desenvolvido entre 1989 e 1990.

Características: utiliza dois tipos de quadros: quadro I: Intraquadro (referência)

quadro P: Interquadro (preditivo)

tamanhos de quadros: (352x288) pixels e (176x144) pixels,

imagens com sub-amostragem de 4:2:0 marcelo bj compressão - video 17

Quadro I - intraquadro Processa o sinal de vídeo espacialmente,

Utiliza o JPEG com modificações,

São codificados sem referência de outros quadros. estrutura dos dados:

macroblocos de 16x16 pixels: 4Y 1CR 1CB macrobloco 16x16 pixels

JPEG nos blocos de 8x8

Y Y DCT Quant Zig-zag

RLE Huffman marcelo bj compressão - video 18

Quadro P: interquadro

Processa o sinal de vídeo temporalmente ( pois muitos quadros consecutivos são similares).

O quadro - I é utilizado como referência e a Imagem atual como: alvo. Faz-se uma pesquisa no quadro de referência.

Alvo

Referência

Diferença CR

DCT de 8x8

JPEG melhor casamento vetor de movimento (MC) marcelo bj compressão - video 19

Codifica sinais de vídeo (TV): definição padrão em taxas de 3 – 15 Mbit/s,

definição alta em taxas de 15 – 30Mbit/s,

Codifica sinais de áudio: estéreo,

multicanais (surround),

Foi aprovado em 1994

o texto final foi publicado em 1995

O decodificador decodifica também o MPEG-1 (padrão VHS e áudio estéreo).

MPEG - motion picture expert group

marcelo bj compressão - video 20

Vídeo: Baseado no H.261 e JPEG

objetivo: qualidade VHS

varias combinações na escolha dos parâmetros

Tem-se três tipos de quadros ou figuras: os quadros I e P.

o quadro B (bidirecional)

quadros I e P: seguem o princípio do sistema H.261.

quadros B: Predição e Interpolação marcelo bj compressão - video 21 erro = Bloco Alvo - 0.5[B. Ref. + B. Futuro] vantagens: redução no ruído

IB B P B B P B B P I

padrão dos quadros:

marcelo bj compressão - video 2

MPEG MPEG - 1:

qualidade VHS ou melhor em 1.5 Mbps (1.2 para vídeo e 0.3 para áudio),

compressão em quadros ou campos e diferentes decimações,

Aplicação Tamanho

Consumidor Mbps Pixels/seg

Estúdio

HDTV Filmes

1440x1152 720x480

47M 63M marcelo bj compressão - video 23 para consulta

Mark N. & Gailly J. L. ‘The data compression book’, 2 nd. Ed. M&T Books, 1995.

MPEG: w.mpeg.org

International Telecommunication Union: w.itu.ch

Advanced Television Systems Comittee: w.atsc.org marcelo bj compressão - video 24 apêndice

marcelo bj compressão - video 25 quantization matrix for jpeg

•the stardard quantizarion matrix is a result of subjective experiments with the human visual system.

•Qx x = 1 is the poorest quality and x =

100 gives the best quality. Q50 is the pattern martix.

•For quality level less than 50, Q50 is multiplyed by (50/quality level) – for x =

•For quality level greater than 50, Q is multiplyed by (100-quality level/50) – for jiQ jiDCT roundjiV Q

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