VideoDigitalComprimidi
- 1. Televisión VdoDig 1 Digitalización y compresión de vídeo • Principales normas • Algoritmos de compresión • Formatos de vídeo Televisión VdoDig 2 Normas de vídeo digital • H-261.- Videoconferencia Formato de poca resolución y pocas imágenes por segundo • JPEG.- Compresión de imagen fija Es la base de la compresión intraframe de los demás sistemas • CCIR-601.- Muestreo de señales de TV Es la primera norma sobre TV digital. Se aplica solamente en estudios. No aplica ningún tipo de compresión • MPEG I.- Almacenamiento de vídeo digital Es la norma de compresión de secuencias de vídeo • MPEG II.- Transmisión de vídeo digital Aplica al flujo de transporte de los datos de vídeo digital
- 2. Televisión VdoDig 3 Digitalización de la señal de TV • CCIR-601 • Frec. muestreo 13.5 MHz para Y • 6,75MHz para cada componente de Croma • Profundidad 10 bits • Flujo señal digital (13,5 + 2x6,75) x10 = 270 Mbps Televisión VdoDig 4 Mitos de la compresión • 720 pixels por línea y 576 líneas activas • 8 pixels de profundidad • Diezmado horizontal y vertical de la croma • D1: (720 x 576 x 25) x (1 +1/4 +1/4) x 8 = 124,4Mbps • ¡Y aquí todavía no se ha perdido información! Y es ‘calidad broadcast’ • Si resolución como la de un vídeo doméstico • CIF: (352 x 288 x 25) x (1,5) x 8 = 30,4 Mbps • Y ahora aplicamos la compresión
- 3. Televisión VdoDig 5 Compresión de imagen fija. JPEG • bloques de 8x8 Codificador DCT-Transformado DCT Q Huff. Decodificador DCT-Transformado Datos de la imagen codificada Imagen recuperada IDCT Q-1 De-Huff. tabla de tabla de especific. cuantificación bloques de 8x8 Datos de la imagen codificada Imagen original tabla de especificaciones tabla de cuantificación Televisión VdoDig 6 Ejemplo de codificación JPEG 139 144 149 153 155 155 155 155 144 146 149 152 154 156 156 156 144 151 153 156 159 156 156 156 148 150 152 154 156 156 156 156 150 155 160 163 158 156 156 156 155 156 157 158 158 157 156 155 159 161 162 160 160 159 159 159 160 161 161 162 161 159 157 155 159 160 161 162 162 155 155 155 163 163 164 163 162 160 158 156 161 161 161 161 160 157 157 157 163 164 164 164 162 160 158 157 162 162 161 163 162 157 157 157 160 161 162 162 162 161 159 158 162 162 161 161 163 158 158 158 158 159 161 161 162 161 159 158 Bloque 8x8 de imagen original Bloque de imagen recuperado 236 -1 -12 -5 2,1 -2 -3 1,3 240 0 -10 0 0 0 0 0 -23 -18 -6 -3 -3 -0 0,4 -1 -24 -12 0 0 0 0 0 0 -11 -9 -2 1,5 0,2 -1 -1 -0 -14 -13 0 0 0 0 0 0 -7 -2 0,2 1,5 0,9 -0 0 0,3 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 -1 1,5 1,6 -0 -1 0,6 1,3 0 0 0 0 0 0 0 0 1,8 -0 1,6 -0 -1 1,5 1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 -0 -0 -2 -1 1,7 1,1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 -3 1,6 -4 -2 1,9 1,2 -1 -0 0 0 0 0 0 0 0 0 Bloque de coeficientes Bloque de coeficientes recuperado 15 0 -1 0 0 0 0 0 011 11 11011 01 00 0 00 0 00 0 111 -2 -1 0 0 0 0 0 0 00 0 1010 Código de canal (enviado) -1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ZZ=(3,0,-2,-1,-1,0,0,-1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 0 0 0 0 0 0 0 0 ,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 0 0 0 0 0 0 0 0 ,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 Bloque cuantificado ,0,0,0) Resultado de la ordenación ZigZag
- 4. Televisión VdoDig 7 Modos JPEG • En cuanto al orden de codificación de los datos – Secuencial.- Todos los coef. De cada bloque y los bloques por orden – Progresiva por selección espectral.- (Coefs BF, luego MF, luego AF) – Progresiva por aprox sucesivas.- (3 bits de cada coef, luego 2 más, …) • En cuanto a la ordenación de los planos – Interfoliado.- Todos los planos de color de cada bloque – No interfoliado.- Un plano de color de todos los bloques, luego el siguiente… • En cuanto al tratamiento de la resolución espacial – Jerárquico.- Codif en diferentes resoluciones (crecientes por 2 en H y V) – No jerárquico.- Sólo una resolución • En cuanto a la codificación de entropía – Huffman.- Con tablas Huff de codif de entropía – Aritmética.- Sin tablas de codif de entropía (el sistema se adapta a los estadísticos de la imagen). Comprime más pero es mas costosa. Televisión VdoDig 8 Motion JPEG • Compresión JPEG de cada imagen de una secuencia • No utiliza la redundancia temporal – Es la versión ‘elemental’ del MPEG (sólo imágenes tipo I) • Consigue una compresión importante: – CCIR-601->216 Mbps, M-JPEG -> 10 a 25 Mbps) • Se utiliza en estudios de TV (con baja compresión) – cada imagen está contenida en sí misma – casi no tiene pérdida de calidad (25 Mbps) • También en tarjetas de ordenador de bajo costo – Sólo necesita hardware JPEG o simplemente por software – Hacen compresión MPEG por software y no en tiempo real
- 5. Televisión VdoDig 9 Compresión digital de secuencias • Compresión intraframe (Redundancia espacial) • Compresión interframe (Redundancia temporal) + mux buffer control inf. lateral 1 + DCT Q Cod. Huffman Q-1 DCT-1 Filtro Memoria + - + + Predictor movimiento Vectores de movimiento Esquema H-261 Televisión VdoDig 10 Vectores de movimiento y descompresor • Al hacer las diferencias entre imágenes – Se desplaza el bloque a codificar sobre la imagen – anterior de modo que la diferencia sea menor. • Esquema descompresor demux IDCT Decod. Huffman “información lateral” lazo de predicción Reconstruccion con pred. movim. “información lateral” Diagrama de bloques de un decodificador híbido
- 6. Televisión VdoDig 11 Secuencia MPEG • Tres tipos de imágenes en la secuencia MPEG: • I.- Intraframe .- Bloques codificadas en si mismas • P.- Predecidas.- Sólo se envian las diferencias. Su reconstrucción es perfecta • B.- Back interpolated.- Bloques reconstruidos a partir de una anterior y/o otra posterior de calidad (I o P). Sólo se envían vectores I B B B P B B B I de movimiento y ctes. de atenuación Redundancia – espacial en bloques 8x8, temporal en bloques 16x16 • GOP.- Group of Pictures (secuencia de imágenes que dependen de una I) Televisión VdoDig 12 Formato MPEG-1 • Primer borrador en Diciembre de 1990 • Formato sólo de almacenamiento digital de secuencias – (vídeo y audio asociado). • Sólo vídeo secuencial (no entrelazado) • No incluye – corrección de errores (lectura directa de CD, sin transmisión) – ni múltiples programas (sí varios audios) – ni datos adicionales (pensado como alternativa al vídeo) • Resolución limitada (352x240) ~ VHS • Bitrate sobre 1.1 a 1.5 Mbps • Tres partes en la norma: Sistema, Vídeo, Audio • No especifica el codificador. Sólo la sintaxis del stream. • Stream decodificable con un modelo de decodificador
- 7. Televisión VdoDig 13 Formato MPEG-2 • Pensado para un margen más amplio de aplicaciones (TV por cable, enlaces de cámaras, canales de contribución...) • Estandard de arquitectura abierta • Gran margen de calidades y formatos de pantalla • Compresión de imagen y audio similar al MPEG-1 • Transmisión de datos en paquetes • Paquetes con cabecera autoidentificativa • Multiples programas en una única trama de datos Televisión VdoDig 14 Parámetros MPEG 2 • Profiles (Perfiles) – Simple, 4:2:0 – Main, 4:2:0 – SNR Scaleable, 4:2:0 – Spatially scaleable, 4:2:0 – High, 4:2:0, 4:2:2 •Levels (Tamaño de imagen) –High, 1920x1152x25 –High-1440, 1440x1152x25 –Main, 720x576x25 –Low, 352x288x25 Main level, Main profile Muestreo 4:2:0 Resolución 720x576x25 Max. tasa binaria 15 Mbits/s Y Y Y Y (B-Y) (R-Y) 4:2:0.- Y.-4, (R-Y).- 1, (B-Y).-1
- 8. Televisión VdoDig 15 MPEG 2 Profiles and Levels MPEG 2 Levels, Profiles, Resolutions Combinations and Bitrates Profile Features Simple 4:2:0 sampl. I,P pict. only, no scalable coding Main As above, plus B pictures SNR As above, plus SNR scalability Spatial As above, plus spatial scalability High As above, plus 4:2:2 sampling Level Low Main High-1440 1440x1152 luminance samples, 60 Hz High 1920x1152 luminance samples, 60 Hz Recomended Profile/Level Combinatios and Max. bitrate Profiles Simple Main SNR Esc. Spat. Esc. High High 80 100 High 1440 60 60 80 Main 15 15 Mbps 15 20 Low 4 4 Levels Maximum Resolution 352x288 luminance samples, 30 Hz 720x576 luminance samples, 30 Hz Televisión VdoDig 16 MPEG 4, H264 • Codificación escalable – Escalabilidad Espacial – Escalabilidad Temporal – Fine Granular Scalability
- 9. Televisión VdoDig 17 Calidades MPEG 2 • La calidad depende de la compresión – Mejor compresión -> Mayor calidad a igual bitrate • Del tipo de secuencias a comprimir – Secuencias con poco movimiento -> Mayor compresión • De la tasa binaria que se vaya a utilizar – Menor tasa binaria -> peor calidad (o menor resolución) • La calidad se adapta al tipo de programación – Dibujos animados -> 2 Mb/s – Telediarios -> 3 Mb/s – Películas -> 4 Mb/s – Deportes -> 6 a 8 Mb/s La calidad es algo muy subjetivo. Es bastante independiente de la resolución Televisión VdoDig 18 Codificación de audio MPEG 2 • Musicam Layer 2.- es la codificación utilizada • Modelo psicoacústicos.- La compresión tiene en cuenta sólo características del oido humano. • 32 a 384 Kbp/s son los bitrates resultantes • 5 canales + 0,1 para ayuda en bajas frecuencias • BW audio = 15,5 KHz (límite en fh = 15.625Hz)