VÍDEO DIGITAL Y COMPRESIÓN MPEG2

Presentación del tema: "VÍDEO DIGITAL Y COMPRESIÓN MPEG2"— Transcripción de la presentación:

1 VÍDEO DIGITAL Y COMPRESIÓN MPEG2
JOSE LUIS LAJARA

2 Introducción. VIDEO DIGITAL
Año Comienzo desarrollo Vídeo Digital PAL (768 X 576) Muestreo 4:2:2 - (Y, R-Y, B-Y). Factor de Kell = 0,75 Ancho de banda efectivo: 576 x 0,75 =430 líneas efectivas vertical Relación 4/3: 430 x 4/3 = 574 líneas efectivas horizontal CAMPO PAR + CAMPO IMPAR = 574/2 = 287. 52 microsg./ 287 pares de línea = 0,181 microsg / par 1sg/0,181 microsg.=5,5 Mhz = Wband analógico

3 Introducción. VIDEO DIGITAL
(13,5 Mhz+6,75+6,75) x 10 bits = 270 Mb : : Serial digital 135 Mb / campo WB DIGITAL >> WB ANALOGICO Transponder de satélite : 33 Mb/sg Transmisión terrestre: 8 Mb/sg.

4 Introducción. VIDEO DIGITAL

5 Introducción. VIDEO DIGITAL

6 Introducción. VIDEO DIGITAL

7 Introducción. VIDEO DIGITAL
3 TIPOS DE REDUNDANCIA ESPACIAL TEMPORAL ESTADÍSTICA

8 Introducción. VIDEO DIGITAL
1.- REDUNDANCIA ESPACIAL Un frame puede tener grandes áreas de un mismo color, áreas de cielo o de hierba. Siguiente frame imaginemos que también se ve la hierba y el cielo. Usa la correlación entre elementos de dos fotogramas continuos en el tiempo, Compresión “intraframe”

9 Introducción. VIDEO DIGITAL
2.- REDUNDANCIA TEMPORAL No es necesario transmitir imágenes un total de 25 veces por segundo, solo las diferencias entre imágenes sucesivas son enviadas. Transmite solo las diferencias entre fotogramas sucesivos, utilizamos aquí la llamada Compresión “interframe”.

10 Introducción. VIDEO DIGITAL
3.- REDUNDANCIA ESTADÍSTICA La señal de TV contiene gran cantidad de información repetida (líneas, fotogramas, y sincronismo) La probabilidad estadística, de los datos de la próxima muestra nos puede hacer reducir la información enviada. La redundancia puede llegar a un total del 98%.

11 LA COMPRESIÓN MPEG-2

12 LA COMPRESIÓN MPEG-2 Es el estándar utilizado para la compresión de TV, en todas sus vías de transmisión. (DVB, DVD, ATSC, VSN sistemas de continuidad de TV) Las técnicas que utiliza para la compresión son las siguientes:

13 LA COMPRESIÓN MPEG-2 TECNICAS DE COMPRESIÓN:
Algoritmo de compresión basada en la la DCT (Discrete Cosine Transform). Segmentación de imágenes, imágenes divididas en diversos bloques de muestras. Estimación del movimiento y compensación. Almacenamiento de datos en memoria. Interpola y predice temporalmente utilizando....:

14 LA COMPRESIÓN MPEG-2 ... I Frames: Para decodificación intraframe
P Frames: Una reconstrucción previa del frame para la predicción temporal. B Frames: Para Bidireccionalidad en la predicción interpolada usando las anteriores o próximas secuencias. VECTORES DE MOVIMIENTO

15 LA COMPRESIÓN MPEG-2 Compresión Interframe

16 LA COMPRESIÓN MPEG-2 Compresión Interframe
Mirar elemento por elemento individualmente entre escenas: La DCT divide en bloques los elementos de la imagen en matrices de 8x8 pixels. Información de la crominancia y luminancia Los bloques de información son agrupados dentro de macro bloques consistentes en cuatro bloques de información de luminancia, por lo tanto cada macro bloque está formado por 16 pixels x 16 líneas con valores de  luminancia y un número de bloques de 8 píxel x 8 líneas de crominancia .

17 LA COMPRESIÓN MPEG-2 Compresión Interframe
Los bloques de información son agrupados dentro de macro bloques consistentes en cuatro bloques de información de Y, por lo tanto cada macrobloque está formado por 16 pixels x 16 líneas con valores de  Y y un número de bloques de 8 píxel x 8 líneas de Cr .

18 LA COMPRESIÓN MPEG-2 Compresión Interframe Si muestrea a 4:2:0 , son usados 2 bloques de crominancia 1 para (CB)  y 1 para (CR) Si muestrea a 4:2:2 , son usados 4 bloques de crominancia 2 para (CB)  y 2 para (CR)

19 LA COMPRESIÓN MPEG-2 LA NORMA CCIR 601 Y MUESTREO: Norma 4:2:2
720 muestras Y A/D 4:2:2 Cr 578 líneas Cb MUESTREO: Norma 4:2:2

20 LA COMPRESIÓN MPEG-2 MUESTREO 4:2:2 y submuestreos 4:2:0 y 4:1:1 comparados 4:2:2 BETACAM DIGITAL / IMX DIGITAL S (D9) (13,5 : 6,75 : 6,75 Mhz) 4:2:0 DV - DVCAM Professional DV (13,5 : 6,75 : 0 Mhz) 4:1:1 DVCPRO (25 Mbps) (13,5 : 3,35 : 3,35 Mhz)

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22 LA COMPRESIÓN MPEG-2 I Frames:
Compresión Interframe I Frames: Usa decodificación intraframe para el calculo de los detalles contenidos en un único e individual fotograma comprimido antes de la transmisión, no está por lo tanto por las demás adyacentes escenas. No depende de otros fotogramas y es el punto donde comienzan los decodificadores a trabajar con un grupo de escenas, que contienen una secuencia.

23 LA COMPRESIÓN MPEG-2 P Frames:
Compresión Interframe P Frames: Usa reconstrucción previa de los frames basada en cálculos de predicción temporal. Necesitan una memoria donde almacenar más de una escena. La P frame utiliza el fotograma previo más próximo (I o P) el cual es base para sus predicciones y es llamada Forward Prediction (Predicción adelantada) P servirá como referencia paras los futuros fotogramas P o B.

24 LA COMPRESIÓN MPEG-2 Compresión Interframe

25 LA COMPRESIÓN MPEG-2 B Frames:
Compresión Interframe B Frames: Usan Interpolación bidireccional de predicción del movimiento para permitir al descodificador reconstruir un fotograma que esta alojado entre dos reconstruidos fotogramas. Los fotogramas B utilizan los fotogramas pasados y futuros para hacer predicciones, para ello necesitan más de dos fotogramas en memoria.

26 LA COMPRESIÓN MPEG-2 GOP TÍPICO IBP IBPBBBP IBBBPBBBP IBPPBBPBBBBPBBBP
Compresión Interframe GOP TÍPICO mínima cadena MPEG completamente decodificable por sí sola IBP IBPBBBP IBBBPBBBP IBPPBBPBBBBPBBBP IBPBBBBPBBBBBPBBBBBBP

27 LA COMPRESIÓN MPEG-2 COMPENSACIÓN DEL MOVIMIENTO

28 LA COMPRESIÓN MPEG-2 COMPENSACIÓN DEL MOVIMIENTO
El flujo de datos MPEG consiste en una continua serie de fotogramas codificados, consistiendo en varios números de escenas predecidas y referencias de intraframes.

29 LA COMPRESIÓN MPEG-2 COMPENSACIÓN DEL MOVIMIENTO
La DCT convierte los valores de los pixels del bloque de datos desde el tiempo de dominio a la frecuencia de dominio. El proceso se aprovecha de la correlación que existe entre muestras del mismo bloque.

30 LA COMPRESIÓN MPEG-2 COMPENSACIÓN DEL MOVIMIENTO

31 LA COMPRESIÓN MPEG-2 COMPENSACIÓN DEL MOVIMIENTO
Finalmente después de la cuantificación y el proceso de escalado, muchos de los coeficientes del bloque de 8x8 llegarán a valer 0, particularmente los relativos a las altas frecuencias. Se produce entonces una transformación de una matriz de dos dimensiones a una serie unidimensional, para ello se usa un proceso de escaneo llamado Zig-Zag.

32 LA COMPRESIÓN MPEG-2 COMPENSACIÓN DEL MOVIMIENTO
El código de salida después del escaneo Zig-Zag sería para el ejemplo (138,1,8,5,-1,-1,1,-1,0,2,1-1,-1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0...etc).

33 LA COMPRESIÓN MPEG-2 COMPENSACIÓN DEL MOVIMIENTO
APROVECHEMOS LA REDUNDANCIA ESPACIAL PARA REDUCIR LA TRANSMISIÓN DE BITS

34 LA COMPRESIÓN MPEG-2

35 LA COMPRESIÓN MPEG-2 TIPOS DE MPEG: MPEG 1 MPEG 2 MPEG 3 MPEG 4 MPEG 7

36 LA COMPRESIÓN MPEG-2 VENTAJAS: Compatibilidad mundial,
Gran compresión y Poca degradación de la imagen Descompresión relativamente sencilla y barata. Compresión es realmente compleja y cara

37 LA COMPRESIÓN MPEG-2 MPEG 1: Año 1991. Vídeo en CD ROM
Transferencia limitada a 1.5 Mbits Resolución a 352 x 240 Calidad similar a VHS APLICACIONES: Videoconferencias, CD-I

38 LA COMPRESIÓN MPEG-2 MPEG 2: Año 1994. Vídeo en CD ROM
Transferencia de 1,2 a 15 Mbits No resulta un sistema de compresión ideal para la edición Calidad desde VHS a HDTV (mediante diferentes perfiles de algoritmos y niveles de resolución de imágenes) APLICACIONES: Transmision digital de TV, DVD, TVCONT

39 LA COMPRESIÓN MPEG-2 MPEG 2: Main profile Main level MP@ML
Cubre formatos de televisión broadcast Resolucion hasta 720 pixels x 576 líneas Dado que el propósito de la codificación es la transmisión, se utiliza el muestreo 4:2:0, que resulta más económico

40 LA COMPRESIÓN MPEG-2 MPEG 2: Main profile Main level

41 LA COMPRESIÓN MPEG-2 MPEG 2: MPEG-2 en su versión de estudio
Su muestreo es 4:2:2 Producción electrónica de noticias (ENG) Servidores de video

42 LA COMPRESIÓN MPEG-2 MPEG 3:
Propuesta de estándar para la TV de alta resolución, pero como se ha demostrado que MPEG-2 con mayor ancho de banda cumple con este cometido, se ha abandonado

43 LA COMPRESIÓN MPEG-2 MPEG 4:
Formato de muy bajo ancho de banda y resolución de 176 x 144, pensado para videoconferencias sobre internet

44 LA COMPRESIÓN MPEG-2 MPEG 7:
El estándar para entornos multimedia, sistemas de filtrado y proceso de datos Aprobado en julio 2001.

45 LA COMPRESIÓN MPEG-2 Codificadores MPEG por software
(Ulead Systems, CeQuadrant y Heuris Pulitzer) Codificadores MPEG por hardware (Optibase, Estradis, FutureTel,Minerva Systems, Sony, Philips) Descodificadores MPEG por software (Xing T., Mediamatics, C-Cube , CompCore y Quadrant ) Descodificadores MPEG por hardware Creative Labs, de Diamond Multimedia, o de Sigma Desings, Via Digital y Canal Satélite , lectores DVD domésticos ...

46 LA COMPRESIÓN MPEG-2

47 LA COMPRESION MPEG-2

48 LA COMPRESION MPEG-2 basura de entrada = megabasura de salida
Mantener o utilizar originales de la máxima calidad Todo el mecanismo de predicción y compresión se altera Incluso vídeos calidad S-VHS contienen suficiente ruido como para perturbar al codificador MPEG El codificador está continuamente buscando cambios entre imágenes, ruido = cambio, generando vectores de movimiento basura de entrada = megabasura de salida

49 RETARDO AUDIO - VIDEO