Marcelo BJ: Compressão de Vídeo - Características, Necessidade e Sub-amostragem, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

Baixe Marcelo BJ: Compressão de Vídeo - Características, Necessidade e Sub-amostragem e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity! marcelo bj compressão - video 1 compressão de vídeo JPEG 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 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. Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 4:2:2 Crominância Y: Luminância 4:1:1 4:2:0  na descompressão as amostras de crominância, eliminadas durante a compressão, são restauradas por interpolação das amostras vizinhas. marcelo bj compressão - video 7  4:2:2  A crominância é horizontalmente sub-amostrada por um fator de 2 na horizontal relativamente ao sinal de luminância.  4:2:0  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.  Para o sistema NTSC (720 pixels x 485 linhas – 30 Q/s):  720x485x30x(8 + 8 + 8) => 251.4 Mbps  720x485x30x8 + 360x485x30x(8 + 8) => 167.6 Mbps (4:2:2)  720x485x30x8 + 360x242x30x(8 + 8) => 125.6 Mbps (4:2:0) sub-amostragem marcelo bj compressão - video 10 Imagem DCT Truncamento IDCT DCT  Exemplo:  transformada cosseno de uma linha de uma imagem 8 16 24 64 56 48 32 40 100 -52 0 0 0 -2 -5 0 100 -52 0 0 0 0 -5 0 8 15 24 64 57 48 32 40 36 26 10 5 4 5 8 6 FFT  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 11 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)  exemplo: 45 = 101101 => (divide por 4) => 1011 = 11  Quantização por tabelas  tabelas para luminância e crominância tabela para luminância nivel de qualidade 50      j,iQ j,iDCT j,iVQ  16 11 10 16 24 40 51 61 12 12 14 19 26 58 60 55 14 13 16 24 40 57 69 56 14 17 22 29 51 87 80 62 18 22 37 56 68 109 103 77 24 35 55 64 81 104 113 92 49 64 78 87 103 121 120 101 72 92 95 98 112 100 103 99 (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).  Ck(0,0) = Fk(0,0) - Fk-1(0,0).  4 bits 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 P I P P I marcelo bj compressão - video 17 Quadro I - intraquadro  Processa o sinal de vídeo espacialmente,  Utiliza o JPEG com modificações,  Sub-amostragem: 4:2:0,  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 CR CB Y Y Y Y DCT Quant Zig-zag RLE Huffman marcelo bj compressão - video 20  Vídeo: Baseado no H.261 e JPEG  MPEG-1:  amostragem 4:2:0 // resolução (320x240)  objetivo: qualidade VHS  MPEG-2:  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 MPEG marcelo bj compressão - video 21 erro = Bloco Alvo - 0.5[B. Ref. + B. Futuro] vantagens: redução no ruído I B B P B B P B B P I  padrão dos quadros: marcelo bj compressão - video 22 MPEG  MPEG - 1:  qualidade VHS ou melhor em 1.5 Mbps (1.2 para vídeo e 0.3 para áudio),  MPEG - 2:  compressão em quadros ou campos e diferentes decimações,  MPEG - 4:  trabalho Aplicação Tamanho Consumidor Mbps Pixels/seg Estúdio HDTV Filmes 352x240 1440x1152 720x480 1920x1080 3M 10M 47M 63M 4 15 60 80