Ραδιοτηλεοπτικά Συστήματα Ενότητα 4: Ψηφιοποίηση και συμπίεση σημάτων εικόνας

Σχετικά έγγραφα
Ραδιοτηλεοπτικά Συστήματα Ενότητα 5: Ψηφιοποίηση και συμπίεση σημάτων ήχου

Θέματα Συστημάτων Πολυμέσων. Ενότητα # 8: MPEG Διδάσκων: Γεώργιος Πολύζος Τμήμα: Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών Επιστήμη των Υπολογιστών

Ραδιοτηλεοπτικά Συστήματα Ενότητα 3: Θεωρία Ψηφιοποίησης

ΤΕΙ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜ. ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ ΠΛΗΡ/ΚΗΣ & ΠΟΛΥΜΕΣΩΝ ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δρ. Γ. ΓΑΡΔΙΚΗΣ. Κωδικοποίηση εικόνας

Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα # 8: Αρχές κωδικοποίησης Διδάσκων: Γεώργιος Ξυλωμένος Τμήμα: Πληροφορικής

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 12: Συμπίεση Ψηφιακού Ήχου. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

ΕΙΔΗ ΠΛΑΙΣΙΩΝ Ενδο-πλαισιακή κωδικοποίηση (Intra- frame Coding): Δια-πλαισιακή κωδικοποίηση (Inter-frame Coding):

Θέματα Συστημάτων Πολυμέσων. Ενότητα # 7: JPEG Διδάσκων: Γεώργιος Πολύζος Τμήμα: Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών Επιστήμη των Υπολογιστών

Ραδιοτηλεοπτικά Συστήματα Ενότητα 7: Κωδικοποίηση και Διαμόρφωση

Συµπίεση Δεδοµένων: Συµπίεση Ψηφιακού Βίντεο

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 16: Διαμορφώσεις και Πρότυπα Ψηφιακού Βίντεο. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ,

Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας

Ραδιοτηλεοπτικά Συστήματα Ενότητα 2: Παραγωγή και Μετάδοση Τηλεοπτικού Σήματος

Αρχές κωδικοποίησης. Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 08-1

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 15: Συμπίεση Ψηφιακού Βίντεο. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Η ανάγκη για συμπίεση

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 3: Εισαγωγικά θέματα Συμπίεσης. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα # 12: Κωδικοποίηση βίντεο: H.26x Διδάσκων: Γεώργιος Ξυλωμένος Τμήμα: Πληροφορικής

Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας

Συµπίεση Εικόνας: Το πρότυπο JPEG

Συµπίεση Δεδοµένων: Συµπίεση Ψηφιακού Βίντεο

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΕΙΚΟΝΑΣ. Ενότητα 6: Κωδικοποίηση & Συμπίεση Εικόνας

19/3/2007 Πολυµέσα και Συµπίεση εδοµένων

Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου. Ενότητα Α: Γραμμικά Συστήματα

Αρχές κωδικοποίησης. Τεχνολογία Πολυµέσων 08-1

Θέματα Συστημάτων Πολυμέσων. Ενότητα #3: Ιδιότητες μέσων Διδάσκων: Γεώργιος K. Πολύζος Τμήμα: Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών Επιστήμη των Υπολογιστών

Πολυμέσα. Συμπίεση δεδομένων Κωδικοποίηση MPEG. Δρ. Γεώργιος Π. Παυλίδης ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΡΑΚΗΣ

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα # 10: Κωδικοποίηση ήχου Διδάσκων: Γεώργιος Ξυλωμένος Τμήμα: Πληροφορικής

Κωδικοποίηση βίντεο (H.261 / DVI)

ΒΕΣ 04: Συµπίεση και Μετάδοση Πολυµέσων. Περιεχόµενα. Βιβλιογραφία. Συµπίεση εικόνων: Το πρότυπο JPEG. Εισαγωγή. Ευθύς µετασχηµατισµός DCT

VIDEO ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ. Υπάρχουσες εφαρμογές:

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 2: Εισαγωγικά θέματα Ψηφιοποίησης. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Περιεχόµενα. ΕΠΛ 422: Συστήµατα Πολυµέσων. Γιατί Συµπίεση; Βιβλιογραφία

Ελληνική Δημοκρατία Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Ηπείρου. Πληροφορική Ι. Ενότητα 9 : Συμπίεση δεδομένων. Δρ. Γκόγκος Χρήστος

Περιεχόµενα. ΕΠΛ 422: Συστήµατα Πολυµέσων. Βιβλιογραφία. Εισαγωγή. Συµπίεση εικόνων: Το πρότυπο JPEG. Εισαγωγή. Ευθύς µετασχηµατισµός DCT

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 6: Συμπίεση Ψηφιακής Εικόνας. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα # 14: Κωδικοποίηση βίντεο: Η.264 Διδάσκων: Γεώργιος Ξυλωμένος Τμήμα: Πληροφορικής

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα # 4: Ήχος Διδάσκων: Γεώργιος Ξυλωμένος Τμήμα: Πληροφορικής

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Ενότητα : ΔΙΑΚΡΙΤΟΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER

3. ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΣΥΜΠΙΕΣΗΣ ΠΟΛΥΜΕΣΩΝ

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα # 11: Κωδικοποίηση εικόνων: JPEG Διδάσκων: Γεώργιος Ξυλωμένος Τμήμα: Πληροφορικής

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 7: Συμπίεση Εικόνας κατά JPEG. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ, ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Συµπίεση Ψηφιακών Εικόνων: Συµπίεση µε Απώλειες. Πρότυπα Συµπίεσης Εικόνων

Ψηφιακή Επεξεργασία Σηµμάτων

Μάθημα: Ακουστική και Ψυχοακουστική

ITU-T : H.261 (1990), H.262 (1996), H.263 (1995) MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4. Αποθήκευση, Μετάδοση, Επικοινωνίες, ίκτυα

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα # 13: Κωδικοποίηση βίντεο: MPEG Διδάσκων: Γεώργιος Ξυλωμένος Τμήμα: Πληροφορικής

2. ΨΗΦΙΟΠΟΙΗΣΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας Ενότητα 6 η : Συμπίεση Εικόνας. Καθ. Κωνσταντίνος Μπερμπερίδης Πολυτεχνική Σχολή Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Συμπίεση Βίντεο: Αρχές και Πρότυπα Συμπίεσης

Συστήματα Επικοινωνιών

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες / Εργαστήριο

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα # 6: Βίντεο Διδάσκων: Γεώργιος Ξυλωμένος Τμήμα: Πληροφορικής

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες / Εργαστήριο

Πληροφορική Ι. Μάθημα 9 ο Συμπίεση δεδομένων. Τμήμα Χρηματοοικονομικής & Ελεγκτικής ΤΕΙ Ηπείρου Παράρτημα Πρέβεζας. Δρ.

Συστήματα Πολυμέσων Ενότητα 4: Συμπίεση. Επικ. Καθηγητής Συνδουκάς Δημήτριος Τμήμα Διοίκησης Επιχειρήσεων (Γρεβενά)

Τεράστιες ανάγκες σε αποθηκευτικό χώρο

Κωδικοποίηση βίντεο (MPEG)

Πολυμέσα. Συμπίεση δεδομένων Κωδικοποίηση JPEG. Δρ. Γεώργιος Π. Παυλίδης ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΡΑΚΗΣ

Τι συσχετίζεται με τον ήχο

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 11: Χαρακτηριστικά Ψηφιακού Ήχου. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Θέμα: «ΣΥΜΠΙΕΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΚΑΙ ΠΟΛΥΜΕΣΑ» Εισηγητής: Παναγιώτης Γιώτης 20 Μαϊου 2007 Αθήνα

ΤΕΙ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜ. ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ ΠΛΗΡ/ΚΗΣ & ΠΟΛΥΜΕΣΩΝ ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δρ. Γ. ΓΑΡΔΙΚΗΣ. Εισαγωγή

Ραδιοτηλεοπτικά Συστήματα Ενότητα 6: Οργάνωση πληροφορίας, και κρυπτογραφία

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΕΙΚΟΝΑΣ. Ενότητα 9: Πρότυπο Συμπίεσης Βίντεο MPEG

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 8: Συμπίεση Εικόνας κατά JPEG Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ,

Βίντεο. Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 06-1

Κωδικοποίηση βίντεο (MPEG)

Περιεχόµενα. ΕΠΛ 422: Συστήµατα Πολυµέσων. Συµπίεση Βίντεο. Βιβλιογραφία. Αρχές συµπίεσης βίντεο

Θέματα Συστημάτων Πολυμέσων

Αρχές Τηλεπικοινωνιών

υπολογιστικών συστημάτων. Παρουσίαση με τίτλο "Περιεχόμενο, διαδικασία μαθήματος και εισαγωγή"

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

Δ11 Δ12. Συμπίεση Δεδομένων

Συστήµατα και Αλγόριθµοι Πολυµέσων

Μάθημα 7 ο. Συμπίεση Εικόνας ΤΜΗΥΠ / ΕΕΣΤ 1

Τι συσχετίζεται με τον ήχο

CAD / CAM. Ενότητα #10: Βιομηχανικά Συστήματα Ελέγχου. Δημήτριος Τσελές Τμήμα Μηχανικών Αυτοματισμού T.E.

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ, ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Βιομηχανικοί Ελεγκτές

28 ΕΠΙΓΕΙΑ ΚΑΙ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΗ ΨΗΦΙΑΚΗ ΤΗΛΕΟΡΑΣΗ να έχουν περάσει από την αναλογική μετάδοση στην ψηϕιακή μετάδοση. 2.2 Συμπίεση Η συμπίεση ή αλλιώς κωδικο

Δ10. Συμπίεση Δεδομένων

11 ο ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Group (JPEG) το 1992.

ΤΗΛΕΜΑΤΙΚΗ ΚΑΙ ΝΕΕΣ ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ

Συστήµατα Πολυµέσων Ενδιάµεση Εξέταση: Οκτώβριος 2004

Συμπίεση Πολυμεσικών Δεδομένων

Λογιστικές Εφαρμογές Εργαστήριο

Συμπίεση Δεδομένων

Εισαγωγή στους Ηλεκτρονικούς Υπολογιστές. 6 ο Μάθημα. Λεωνίδας Αλεξόπουλος Λέκτορας ΕΜΠ. url:

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 1: Εισαγωγικά Θέματα Πολυμέσων. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Γιώργος Τζιρίτας Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών

Συστήµατα και Αλγόριθµοι Πολυµέσων

Μετάδοση Πολυμεσικών Υπηρεσιών Ψηφιακή Τηλεόραση

Transcript:

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Ραδιοτηλεοπτικά Συστήματα Ενότητα 4: Ψηφιοποίηση και συμπίεση σημάτων εικόνας Δρ. Νικόλαος- Αλέξανδρος Τάτλας Τμήμα Ηλεκτρονικών Μηχανικών Τ.Ε Κάντε κλικ για να ξεκινήσετε

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

Περιεχόμενα 4.1 Ψηφιοποίηση και συμπίεση σημάτων εικόνας 4

Προσδοκώμενα Αποτελέσματα Στην ενότητα αυτή θα μάθετε για: Χαρακτηριστικά υλικού βίντεο, Ψηφιοποίηση οπτικών σημάτων και πρότυπα, Μη απωλεστικοί αλγόριθμοι συμπίεσης, Συμπίεση οπτικών σημάτων: DCT, κωδικοποίηση, εκτίμηση και αντιστάθμιση κίνησης. Πρότυπα JPEG,MPEG1, MPEG2, Στοιχεία MPEG4. 5

4.1 Ψηφιοποίηση και Συμπίεση Σημάτων Εικόνας 6

4:2:0 Δειγματοληψία C r, C b Κάθε 2 η γραμμή Ανάλυση Y: 720 576 (625) C r, C b : 360 288 (625) Interpolation Είσοδος D2-MAC MPEG-2 7

SIF (source intermediate format) Ανάλυση Y: 360 288 (625) C r, C b : 180 144 (625) Είσοδος MPEG-1 Πιστότητα VHS 8

HDTV 720p Progressive Scan 1280 X 720 1080i Interlaced 1920 X 1080 Για 4:4:4 1 1,5Gbit/sec (!) 9

Παραδείγματα Να υπολογιστεί η χρονική διάρκεια ψηφιοποιημένου σήματος PAL που μπορεί να αποθηκευτεί σε DVD 4,7GB για τα πρότυπα 4:2:2, 4:2:0, SIF και 4:4:4. Να υπολογιστούν τα χαρακτηριστικά των φίλτρων anti-aliasing που απαιτούνται για την ψηφιοποίηση κατά το πρότυπο 4:2:2. (Θεωρείστε ότι A cut-off = -30dB FS και χρήση 3 ης τάξης φίλτρων). 10

Μετάδοση Μεγάλο απαιτούμενο εύρος ζώνης 4:2:2 200 Mbit/sec Επίγεια: 40Mbit (64-QAM, 6b/s) Δορυφορική: 135Mbit (QPSK, 2b/s) 4-5Χ για 720p / 1080i Αλγόριθμοι Συμπίεσης Κωδικοποίησης Πολύπλεξης Διόρθωσης σφαλμάτων 11

Μετάδοση (συν) 12

Τι είναι Συμπίεση Δεδομένων Γενικά; Αλγόριθμος συμπίεσης x bytes y bytes y < x Λόγος συμπίεσης C = y/x Π.χ. Εάν y=5mb και x=10mb, C=2:1 Γιατί συμπίεση; Μειωμένες απαιτήσεις αποθήκευσης και ταχύτητας μετάδοσης. Απωλεστική (lossy) ή μη απωλεστική (lossless) συμπίεση; Εξαρτάται από την εφαρμογή (audio/video, data, κ.λ.π.). 13

Συμπίεση Σημάτων Περιορισμένο εύρος ζώνης 8MHz: 30-40Mb/sec Αλγόριθμοι συμπίεσης δεδομένων γενικής χρήσης Εικόνα Ήχος Ψυχοακουστικά κριτήρια 14

Ιδιότητες Όρασης Αντίληψη μεταβολής φωτεινότητας Γραμμική σχέση Διόρθωση γ Spatial Masking (Χωρική Συγκάλυψη) Μικρότερη ευαισθησία σε σημεία με λεπτομέρεια. Temporal Masking (Χρονική Συγκάλυψη) Μικρότερη ευαισθησία σε τέλος/αρχή σκηνής. Συχνοτική Ευαισθησία Μικρές και μεσαίες συχνότητες. Motion Tracking (Παρακολούθηση Κίνησης) Μικρότερη ευαισθησία στην αρχή κίνησης. 15

Συχνοτική Ευαισθησία 16

Εξέλιξη Τεχνικών Συμπίεσης Δεδομένων Τεχνική Εκτίμηση λόγου συμπίεσης Χρονολογία Huffman 1.5-2:1 1952 RLE 4-10:1 1966 LZW 2-10:1 1977&84 Quadtree 2:1 1980 VQ 10:1 1984 Directional Filtering 10-40:1 1985 Fractals 10-1000:1 1988 MPEG-1 10-100:1 1993 Surface Methods 10-50:1 1995 MPEG-2 10-200:1 1995 MPEG-4 10-500:1 1999 17

Μη Απωλεστικοί Αλγόριθμοι Run Length Coding (RLC) Σειρά ίδιων στοιχείων Μετάδοση σειράς και εμφανίσεων Μεταβλητός λόγος συμπίεσης Zip Variable Length Coding (VLC) Αντιστοίχιση ακολουθιών σε bits Πρότερη γνώση πιθανότητας εμφάνισης Αλφάβητο Εικόνες? Huffman 18

Huffman Code 19

Συμπίεση Οπτικών Σημάτων - DCT Discreet Cosine Transform (DCT). Μετασχηματισμός Fourier διακριτών σημάτων. Ανάλυση σε σειρά cos συντελεστές ΝxN pixel σε NxN συντελεστές Γενικά χρήση πινάκων 8x8, Οριζόντια & Κάθετη συχνότητα. 20

DCT (συνέχεια) 21

DCT (συνέχεια) 22

DCT (συνέχεια) 23

Κατώφλι & Κβαντισμός Χαμηλή διακριτική ικανότητα υψηλότερων συχνοτήτων. Μεταβλητή ανάθεση bit ανά συχνότητα Αύξηση αριθμού bits για αυξανόμενη συχνότητα. 24

Zig-Zag 25

Το πρότυπο JPEG Συμπίεση σταθερής εικόνας RGB, Y, Cr,Cb. 1993: ISO/IEC 10918 Απωλεστική / Μη απωλεστική Απωλεστική 10:1 λόγος συμπίεσης, Χρήση σε MPEG. 26

Διαδικασία Συμπίεσης JPEG Διαχωρισμός σε block 8x8 Για 4:2:2 6480 Y blocks, 3240 Cr,Cb blocks Κβαντισμός τυπικά 8 bit DCT Εφαρμογή συνάρτησης κατωφλίου και κβαντισμού DPCM για DC PCM για ΑC Zig-Zag Scan RLC Επαναλαμβανόμενες μηδενικές τιμές VLC 27

Αποκωδικοποιητής JPEG 28

Παράδειγμα: Bits/px 8, 4, 3, 2, 1 29

Παράδειγμα: Μείωση Ανάλυσης 512,382,256,181,128 30

MPEG Standards Αποθήκευση και αναπαραγωγή οπτικοακουστικού περιεχομένου από οπτικά μέσα. Αναπαραγωγή σε πραγματικό χρόνο. MPEG-1 (11/1992) SIF input: Χαμηλή πιστότητα system (ISO/IEC 11172-1): MPEG-1 multiplex MPEG-1 video (ISO/IEC 13818-2) MPEG-1 audio (ISO/IEC 13818-3) MPEG-2 (11/1994) system (ISO/IEC 13818-1) MPEG-2 video (ISO/IEC 13818-2) MPEG-2 audio (ISO/IEC 13818-3) Χρήση σε DVB, DVD 31

MPEG-1 Bitrate έως 1,5Mbps 1,15 Mbps εικόνα 0,35 Mbps ήχος & λοιπή πληροφορία Ευελιξία Πολυπλοκότητα κωδικοποιητή Λόγος συμπίεσης Ποιότητα Πρόβλεψη με αντιστάθμιση κίνησης - Prediction with movement compensation Εκτίμηση κίνησης 32

Πρακτικοί Περιορισμοί MPEG-1 Ισορροπία μεταξύ Ταχύτητας αποκωδικοποίησης Λόγου συμπίεσης Πολυπλοκότητας Ποιότητας Καθυστέρηση συγχρονισμού <0,5sec Χρόνος αναζήτησης < 0,5sec Εξάρτηση μικρότερη από 12 εικόνες για 25 εικ/sec. 33

MPEG-1 I (intra) pictures Κωδικοποίηση JPEG P (predicted) pictures Κωδικοποίηση από προηγούμενες I ή P Motion Estimation Μεγάλος λόγος συμπίεσης B (bi-directional or bi-directionally predicted) pictures Παρεμβολή (interpolation) Μέγιστη συμπίεση 34

MPEG-1 (συν) Δυνατότητα χρήσης Μόνο I ή I,P ή I, B, P 35

MPEG-1 (συν) M: Απόσταση μεταξύ P εικόνων Συν. Μ=3 Ν: Απόσταση μεταξύ Ι εικόνων ή Group of Pictures (GOP) Συν Ν = 12 Σειρά αναπαραγωγής 36

Επίπεδα MPEG-1 (Layers) 37

Εκτίμηση Κίνησης (Motion Estimation) Διαφορές κινούμενων αντικειμένων. «Ταίριασμα» τμημάτων Macroblock (16Χ16bit), Συσχέτιση ζώνης «άφιξης» με ζώνη «αναχώρησης», Block matching. Διάνυσμα κίνησης. 38

Αντιστάθμιση Κίνησης (Motion Compensation) Υψηλές τιμές διανύσματος κίνησης Ασάφεια στην αντιστοίχηση block. Κωδικοποίηση διαφοράς Σφάλμα πρόβλεψης. Για τις Β εικόνες Forward backward και bi-directional παρεμβολή, Αποθήκευση μικρότερου σφάλματος. 39

Block Διάγραμμα MPEG1-Encoder 40

Block Διάγραμμα MPEG1-Decoder 41

MPEG-2 Συμβατότητα MPEG-1. Επίπεδα ποιότητας SIF, 4:2:0, HDTV, HDTV wide. Προφίλ Simple (απλός σχεδιασμός codec, υψηλότερα bitrates), Main (ισορροπία λόγου συμπίεσης-πολυπλοκότητας), Scalable SNR Spatially High (HDTV, 4:2:0/4:2:2). 42

Block Διάγραμμα MPEG2-Encoder 43

MPEG-2 (συν) 44

MPEG-2 (συν) Main Profile / Main Level 4:2:0 720X576@30Hz (576p) I,B,P εικόνες Πιστότητα PAL/SECAM ~4Mb/sec Near CCIR-601 ~9Mb/sec Επεξεργασία interlaced εικόνων. 45

Frame Mode / Field Mode Frame / Progressive Λιγότερη κίνηση Field/Interlaced Σημαντικές μεταβολές 46

Πλεονεκτήματα MPEG2 vs MPEG1 Αποδοτικότερη συμπίεση interlaced σημάτων. Παραγωγή βέλτιστου MPEG1 bitstream. Πρόβλεψη για χρήση σε επικοινωνίες και μέσα εκπομπής εκτός από αποθήκευση. Υψηλή πιστότητα, δυνατότητα HDTV. Ορισμός πολλαπλών τρόπων λειτουργίας (Scalability) και συμβατότητα με MPEG-1 (backward compatibility). 47

MPEG-4 / H.264 Κέρδος >50% σχετικά με MPEG-2 Εφικτή μετάδοση HDTV (MPEG-2~15-18Mbps) Δύο επίπεδα Video Coding Layer VCL Νetwork abstraction layer NAL Κωδικοποίηση interlaced / progressive 4:2:0 4:2:2, 4:4:4 (FRExt) 8 έως 12 bits ανά δείγμα Βελτίωση Μοντέλων Πρόβλεψης Μετατροπής (όχι DCT) Κωδικοποίησης 48

Επίπεδα MPEG-4 49

Παραδείγματα Σε ροή MPEG-2 με παραμέτρους GOP=12 και 25 fr/sec να βρεθεί η μέγιστη, μέση και ελάχιστη καθυστέρηση έναρξης αναπαραγωγής. Να προσδιοριστεί η θεωρητική ροή σήματος 4:2:2 καθώς και η πρακτική λαμβάνοντας υπόψη τη διάσταση του ορατού πλαισίου. Σε περίπτωση που η ροή αυτή συμπιεστεί κατά MPEG-2 με παραμέτρους M=3 και GOP=N=12 και για μέσους λόγους συμπίεσης I 1:10, B 1:50, P 1:20 να βρεθεί το τελικό μέσο bitrate. Να υπολογιστεί ο αριθμός των αναζητήσεων 50

Σε αυτή την ενότητα μιλήσαμε για: 4.1 Ψηφιοποίηση και συμπίεση σημάτων εικόνας 51

Ολοκλήρωση Μαθήματος Συγχαρητήρια!! Έχετε ολοκληρώσει με επιτυχία το μάθημα Ραδιοτηλεοπτικά Συστήματα Ενότητα 4: Ψηφιοποίηση και συμπίεση σημάτων εικόνας Δρ. Νικόλαος Αλέξανδρος Τάτλας Τμήμα Ηλεκτρονικών Μηχανικών Τ.Ε ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα 52