Fundamentos de compressão de imagem e vídeo Julho 2009  www.comunip.com   www.fumectelecom.com.br   Fabio Lacerda
Como avaliar um codec
Tipos comuns de redundância que os codecs tentam eliminar Redundância espacial  Redundância temporal 950 951 952 Esta redu...
Introdução ao modelo de compressão de imagem JPEG
Modelo de compressão de imagem JPEG
Modelo de compressão de imagem JPEG
Espaço de cores foto=imread('imagem.bmp'); Padrão RGB (Red Green Blue)
Espaço de cores <ul><li>Nesse padão é utilizado um componente de luminância (Y) e dois componentes de cor (Cb - crominânci...
Subamostragem de chroma Padrão YCbCr ou YUV Apesar do MPEG-2 ter provisão para lidar com o formato 4:4:4 para aplicações p...
Subamostragem de chroma
DCT – Discrete Cosine Transform Base para todos os padrões de compressão de imagem e vídeo As 64 formas de onda que compõe...
DCT – Discrete Cosine Transform
DCT – Discrete Cosine Transform
DCT – Discrete Cosine Transform
DCT – Discrete Cosine Transform Região de baixa atividade
DCT – Discrete Cosine Transform Região de alta atividade
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DCT – Discrete Cosine Transform
Quantização dos  coeficientes DCT Coeficientes DCT Coeficientes DCT quantizados
Quantização dos  coeficientes DCT [1] Qf = 8
Quantização dos  coeficientes DCT [1] Qf = 23
Quantização dos  coeficientes DCT [1]
Ordenação Zig-Zag
Codificação por entropia <ul><li>Um exemplo é a aplicação do código de Huffman </li></ul><ul><li>Em codificação por entrop...
Experiências com DCT Imagem com 50% da matriz zerada (coeficientes DCT mais altos) ANTES DEPOIS Fig. 1 Imagem original BMP...
Experiências com DCT Zoom da imagem com 50% da matriz zerada (coeficientes DCT mais altos)
Experiências com DCT Imagem com 87,5% da matriz zerada (coeficientes mais altos zerados)
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Experiências com DCT Imagem com 96,875% da matriz zerada (coeficientes mais altos zerados)
Experiências com DCT Informação perdida; representa os coeficientes DCT que foram “zerados”
Experiências com DCT Zoom da imagem com 96,875% da matriz zerada (coeficientes DCT mais altos)
Experiências com DCT Imagem com 98,875% da matriz zerada (coeficientes mais altos zerados)
Experiências com DCT Zoom da imagem com 98,875% da matriz zerada (coeficientes DCT mais altos)
Experiências com DCT Imagem com 99,82% da matriz zerada (coeficientes mais altos zerados)
Experiências com DCT Zoom da imagem com 99,82% da matriz zerada (coeficientes DCT mais altos)
Experiências com DCT Imagem com 99,995% da matriz zerada (coeficientes mais altos zerados)
Experiências com DCT Informação perdida; representa os coeficientes DCT que foram “zerados”
Experiências com DCT Zoom da imagem com 99,995% da matriz zerada (coeficientes DCT mais altos)
Experiências com DCT (II) Imagem com 50% da matriz zerada (coeficientes mais altos zerados)
Experiências com DCT (II) Zoom da imagem com 50% da matriz zerada (coeficientes DCT mais altos)
Experiências com DCT (II) Imagem “zerando” apenas o 1º coeficiente DCT  (coeficiente DC)
Introdução ao modelo de compressão de vídeo MPEG
Roadmap dos codecs de video
Modelo de compressão de video MPEG <ul><li>Baseados em quadros do tipo I, P e B; </li></ul><ul><li>Quadros I (Intra-coded)...
MPEG: compensação de movimento para minimizar a redundância temporal
MPEG: processo de compensação de movimento Exemplo: T=1 T=2
MPEG: processo de compensação de movimento [1] Exemplo prático: imagem original imagem original
Exemplo prático: diferença entre quadros adjacentes diferença entre quadros adjacentes MPEG: processo de compensação de mo...
Exemplo prático: vetores de compensação de movimento vetores de compensação de movimento MPEG: processo de compensação de ...
Exemplo prático:   erro de predição Erro de predição pelo uso de compensação de movimento  MPEG: processo de compensação d...
 
Sobre a imagem que ficou famosa:  Lena Soderberg   Lena Soderberg é uma modelo  sueca, capa da Playboy em Novembro de 1972...
Lena Soderberg   Coincidentally,  Playboy  states the issue was its best-selling ever, having sold 7,161,561 copies as of ...
Referências   [1] G. A. S. Pereira and H. C. Yenia, &quot; MPEG-2: Um  estudo  do  padrão  de  vídeo .&quot; http://www.dc...
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Fundamentos de Compressao de Imagem e Video

  1. 1. Fundamentos de compressão de imagem e vídeo Julho 2009 www.comunip.com www.fumectelecom.com.br Fabio Lacerda
  2. 2. Como avaliar um codec
  3. 3. Tipos comuns de redundância que os codecs tentam eliminar Redundância espacial Redundância temporal 950 951 952 Esta redundância entre quadros é removida explorando técnicas de estimação e compensação de movimento.
  4. 4. Introdução ao modelo de compressão de imagem JPEG
  5. 5. Modelo de compressão de imagem JPEG
  6. 6. Modelo de compressão de imagem JPEG
  7. 7. Espaço de cores foto=imread('imagem.bmp'); Padrão RGB (Red Green Blue)
  8. 8. Espaço de cores <ul><li>Nesse padão é utilizado um componente de luminância (Y) e dois componentes de cor (Cb - crominância azul e Cr – crominância vermelha) </li></ul><ul><li>A preferência por esse padrão é devido ao fato do olho humano ser mais sensível à variações de brilho (luminância) do que a variações de cor (crominância). Com isso seria possível se utilizar menos bits para se representar os componentes de crominância sem perda significativa de informação (subamostragem). </li></ul><ul><li>A passagem de uma imagem RGB para uma imagem YCbCr é feita da seguinte forma: </li></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B </li></ul></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>Cb = -0.1687R - 0.3313G + 0.5B + 128 </li></ul></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>Cr = 0.5R - 0.4187G - 0.0813B + 128 </li></ul></ul></ul></ul></ul>Padrão YCbCr ou YUV
  9. 9. Subamostragem de chroma Padrão YCbCr ou YUV Apesar do MPEG-2 ter provisão para lidar com o formato 4:4:4 para aplicações profissionais, a maioria das aplicações usam o formato 4:2:0.
  10. 10. Subamostragem de chroma
  11. 11. DCT – Discrete Cosine Transform Base para todos os padrões de compressão de imagem e vídeo As 64 formas de onda que compõem as funções base da DCT 8x8
  12. 12. DCT – Discrete Cosine Transform
  13. 13. DCT – Discrete Cosine Transform
  14. 14. DCT – Discrete Cosine Transform
  15. 15. DCT – Discrete Cosine Transform Região de baixa atividade
  16. 16. DCT – Discrete Cosine Transform Região de alta atividade
  17. 17. DCT – Discrete Cosine Transform
  18. 18. DCT – Discrete Cosine Transform
  19. 19. Quantização dos coeficientes DCT Coeficientes DCT Coeficientes DCT quantizados
  20. 20. Quantização dos coeficientes DCT [1] Qf = 8
  21. 21. Quantização dos coeficientes DCT [1] Qf = 23
  22. 22. Quantização dos coeficientes DCT [1]
  23. 23. Ordenação Zig-Zag
  24. 24. Codificação por entropia <ul><li>Um exemplo é a aplicação do código de Huffman </li></ul><ul><li>Em codificação por entropia os códigos binários atribuídos a cada símbolo possuem tamanho variável, de acordo com a probabilidade de ocorrência de cada um </li></ul><ul><li>Aos símbolos mais freqüentes são atribuídos códigos menos; aos símbolos menos freqüentes os códigos são maiores </li></ul>
  25. 25. Experiências com DCT Imagem com 50% da matriz zerada (coeficientes DCT mais altos) ANTES DEPOIS Fig. 1 Imagem original BMP Fig. 2 Imagem 50% da matriz zerada Diferença
  26. 26. Experiências com DCT Zoom da imagem com 50% da matriz zerada (coeficientes DCT mais altos)
  27. 27. Experiências com DCT Imagem com 87,5% da matriz zerada (coeficientes mais altos zerados)
  28. 28. Experiências com DCT Zoom da imagem com 87,5% da matriz zerada (coeficientes DCT mais altos)
  29. 29. Experiências com DCT Imagem com 96,875% da matriz zerada (coeficientes mais altos zerados)
  30. 30. Experiências com DCT Informação perdida; representa os coeficientes DCT que foram “zerados”
  31. 31. Experiências com DCT Zoom da imagem com 96,875% da matriz zerada (coeficientes DCT mais altos)
  32. 32. Experiências com DCT Imagem com 98,875% da matriz zerada (coeficientes mais altos zerados)
  33. 33. Experiências com DCT Zoom da imagem com 98,875% da matriz zerada (coeficientes DCT mais altos)
  34. 34. Experiências com DCT Imagem com 99,82% da matriz zerada (coeficientes mais altos zerados)
  35. 35. Experiências com DCT Zoom da imagem com 99,82% da matriz zerada (coeficientes DCT mais altos)
  36. 36. Experiências com DCT Imagem com 99,995% da matriz zerada (coeficientes mais altos zerados)
  37. 37. Experiências com DCT Informação perdida; representa os coeficientes DCT que foram “zerados”
  38. 38. Experiências com DCT Zoom da imagem com 99,995% da matriz zerada (coeficientes DCT mais altos)
  39. 39. Experiências com DCT (II) Imagem com 50% da matriz zerada (coeficientes mais altos zerados)
  40. 40. Experiências com DCT (II) Zoom da imagem com 50% da matriz zerada (coeficientes DCT mais altos)
  41. 41. Experiências com DCT (II) Imagem “zerando” apenas o 1º coeficiente DCT (coeficiente DC)
  42. 42. Introdução ao modelo de compressão de vídeo MPEG
  43. 43. Roadmap dos codecs de video
  44. 44. Modelo de compressão de video MPEG <ul><li>Baseados em quadros do tipo I, P e B; </li></ul><ul><li>Quadros I (Intra-coded) a grosso modo representam uma compressão JPEG; </li></ul><ul><li>Quadros P (Predicted picture) e B (Bi-predictive picture) buscam fazer a </li></ul><ul><li>compensação de movimento através uma matriz de vetores que indicam </li></ul><ul><li>“ para onde se moveram” os blocos no quadro seguinte; </li></ul><ul><li>O vídeo é formado pela combinação desses 3 tipos de quadros (GOP – </li></ul><ul><li>Group of Pictures). Por exemplo: </li></ul>
  45. 45. MPEG: compensação de movimento para minimizar a redundância temporal
  46. 46. MPEG: processo de compensação de movimento Exemplo: T=1 T=2
  47. 47. MPEG: processo de compensação de movimento [1] Exemplo prático: imagem original imagem original
  48. 48. Exemplo prático: diferença entre quadros adjacentes diferença entre quadros adjacentes MPEG: processo de compensação de movimento [1]
  49. 49. Exemplo prático: vetores de compensação de movimento vetores de compensação de movimento MPEG: processo de compensação de movimento [1]
  50. 50. Exemplo prático: erro de predição Erro de predição pelo uso de compensação de movimento MPEG: processo de compensação de movimento [1]
  51. 52. Sobre a imagem que ficou famosa: Lena Soderberg Lena Soderberg é uma modelo sueca, capa da Playboy em Novembro de 1972. Uma de suas fotos tem sido usada, até hoje, em testes de processamento de imagem
  52. 53. Lena Soderberg Coincidentally, Playboy states the issue was its best-selling ever, having sold 7,161,561 copies as of May 2006. In 1997, she was a guest at the 50th annual Conference of the Society for Imaging Science and Technology , where she was busy signing autographs, posing for pictures, and giving a presentation about herself.
  53. 54. Referências [1] G. A. S. Pereira and H. C. Yenia, &quot; MPEG-2: Um estudo do padrão de vídeo .&quot; http://www.dcc.ufmg.br/~gpereira/mpeg/, Março 1999.

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