OPTIMIZACION DE LAS TECNICAS ESTANDARES DE COMPRESION PARA IMÁGENES, SONIDOS Y VIDEOS Carpio Pineda OK! Nancy Cervantes

DEFINICION - COMPRESION Proceso de reducción del volumen de datos necesario para poder representar una determinada información. Aclarando que los datos son el medio a través del cual se conduce la información. Anterior Siguiente

CLASIFICACION - COMPRESION Sin Pérdida (Recuperación exacta) - CODIFICACIONES ENTROPICAS HUFFMAN - ARITMETICA Con Pérdida (Recuperación similar) Basadas en Predicción Los valores siguientes se predicen de acuerdo a valores previos Orientadas por la frecuencia Aplican la transformada discreta del Coseno Orientadas por la importancia Usan características de la imagen como base Híbridas Combinan las tres anteriores Fractal Utilizan chips Se introducen entre H y S y es muy lenta Anterior Siguiente

IMAGENES SONIDOS VIDEOS INICIO FIN

COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS TECNICAS DE COMPRESION Mapeo de Color Codificación de longitud en tiempo de ejecución Compresión basada en directorio Redundancia Psicovisual ESTANDARES DE COMPRESION JBIG JPEG Opciones

COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS TECNICAS DE COMPRESION: MAPEO DE COLOR La cantidad de colores de una imagen incrementa su tamaño en bytes Una imagen no puede tener más colores que la cantidad de pixeles que la forman En una imagen hay colores que predominan Los colores de la imagen tienen un espectro de millones de colores Limitar el espectro a través de cantidades de bits o códigos de acuerdo a la cantidad de tonos a utilizar. Anterior Opciones Gráfica

COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS TECNICAS DE COMPRESION: RLE Las imágenes tienen secuencias de bits repetidos Almacenar un código de pixel repetido y un multiplicador que indique las veces de repetición Es ineficiente en imágenes que no poseen áreas continuas de color. Ejemplo Anterior Opciones

COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS TECNICAS DE COMPRESION: LEMPEL-ZIV Buscar patrones que ocurran varias veces en un flujo de datos Almacenar una copia de cada patrón en un dic- cionario asignándole un token corto que lo re- presente. Sustituir cada flujo con el token asignado Para descomprimir se utiliza el diccionario para restablecer el flujo original. Ejemplo Anterior Opciones

COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS TECNICAS DE COMPRESION: REDUNDANCIA PSICOVISUAL La sensibilidad del ojo humano es diferente hacia cada área de la imagen La información se considera psicovisualmente redundante y puede ser eliminada sin que altere significativamente la imagen. La redundancia psicovisual está relacionada a la información visual real y no a los datos que re- presentan la información Compresión con pérdida. Altos niveles produce falsos contornos, emborronamientos, etc. Anterior Opciones

COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS ESTANDARES DE COMPRESION: JBIG Aprobada por el ISO y el CCITT Compresión sin Pérdida Es un sistema Binivel (Blanco y Negro) Utiliza la decodificación progresiva Una imagen es capturada con compresión de baja resolución y una secuencia delta que permita duplicar la resolución. Este proceso se repite varias veces. Cuando se elige 0 la capacidad de compresión se desperdicia Su desventaja es que necesita de estructuras de buffer muy largas para recuperar la imagen comprimida Anterior Siguiente Opciones

COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS ESTANDARES DE COMPRESION: JBIG - ESTRUCTURA ID ID-1 CD C0 Predicción Típica Predicción Determin. Normas de Adaptación Modelo de Adaptación Codificador de Capa diferencial Capa superior Reducir Resolución Codificador Aritmético Predicción Típica Normas de adaptación Modelo de Codificador aritmético Anterior Siguiente Opciones

COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS ESTANDARES DE COMPRESION: JBIG - ESTRUCTURA Normas de adaptación: Busca frecuencias de medio tono y si existen aumenta la compresión. Predicción determinística: Trabaja sobre la reducción de resolución para alcanzar un 5% de ventaja Predicción típica: Trabaja sobre las regiones de color continuo para mejorar la velocidad. Anterior Opciones

COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS TECNICA DE COMPRESION: MAPEO DE COLOR MAXIMO 256 COLORES MAPA DE COLOR MILLONES DE COLORES Anterior Opciones

COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS TECNICA DE COMPRESION: RLE - EJEMPLO Se tiene una secuencia: 111111111133333333332222222221111111 Es codificado como: (1,10); (3,10); (2,9); (1,7) Una variación en la misma técnica puede ser: UNNNNNNNNIVERSIDAD U!8NIVERSIDAD Anterior Opciones

COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS TECNICA DE COMPRESION: DICCIONARIO - EJEMPLO Considerando las siguientes líneas: Esta es una prueba de codificación utilizando un diccionario que representa una codificación entrópica, ya que es reversible. Esta: 1 Es: 2 Una: 3 de : 4 un : 5 que: 6 ya : 7 Codificación: c* 1 2 3 p r u e b a 4 c * u t i l i z a n d o 5 d i c c i o n a r i o 6 r e p r e s e n t a 3 c * e n t r o p i c a , 7 6 2 r e v e r s i b l e . 125 caracteres con 17 espacios en blanco se reduce a: 71 caracteres ==> 34,25% de compresión. Anterior Opciones

COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS ESTANDARES DE COMPRESION: JPEG Constituye un estándar universal sacrificando información no significativa. Maneja imágenes con millones de colores (24 bits) Es reconocido como ISO 10918 Trabaja manejando la luminancia y crominancia En un esquema de compresión híbrido con pérdida Buenos resultados hasta una relación de 20:1. Posee cuatro modos de operación: Secuencial Basado en DCT Progresivo Basado en DCT Sin pérdida Jerárquico Anterior Opciones

COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS ESTANDARES DE COMPRESION: JPEG MODO: SECUENCIAL BASADO EN DCT Particiona la imagen en bloques de 8x8 Se aplica la FDCT (concentra energía en los coeficientes) Cuantificación (transforma la mayor cantidad de coefi- cientes a 0) Se codifica el resultado con codificador entrópico como el de Huffman Ver gráficamente Gráficos Anterior Opciones

COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS ESTANDARES DE COMPRESION: JPEG MODO: SECUENCIAL BASADO EN DCT B . . . . . . . . G . . . . . . . . R AC DC . . . . . . . . AC AC Gráficos Anterior Opciones

COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS CODIFICADOR ENTROPICO: HUFFMAN Si se tiene las siguientes ocurrencias dentro de un texto: Se puede formar el siguiente árbol: A : 15 B : 7 C : 6 D : 6 E :5 P3(24) P1(11) P2(13) B(7) A(15) P4(39) C(6) D(6) E(5) CABE = 1010100111 A : 0 B : 100 C : 101 D : 110 E :111 Gráficos Anterior Opciones

GRAFICOS PARA IMÁGENES FIJAS JPG Niveles de compresión vs Tamaño (Rostros) Niveles de compresión vs Tamaño (Estructuras) Niveles de compresión vs Tamaño (Paisajes) Rangos aceptables de calidad Tamaño real vs Comprimidos Anterior Opciones

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COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS ESTANDARES DE COMPRESION: JPEG MODO: PROGRESIVO BASADO EN DCT Particiona la imagen en bloques de 8x8, pero en múltiples exploraciones. Necesita de un buffer de memoria entre el cuantizador y el codificador entrópico. Cada bloque cuantizado es almacenado en el buffer. Los coeficientes DCT en el buffer son parcialmente codificados en cada exploración. Aparece primero la imagen y luego progresivamente el brillo y relieve. Gráficos Anterior Opciones

COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS ESTANDARES DE COMPRESION: JPEG MODO: JERARQUICO En este modo una imagen es codificada como una secuen- cia de cuadros, que proveen referencia para usarse en la predicción de los cuadros siguientes. Una imagen pequeña es creada a partir de muestras de baja resolución. Esta imagen es codificada con un incre- mento de resolución La primera imagen de baja resolución es escalada a la siguiente resolución y usada como predicción de la si- guiente almacenada. Su presentación es progresiva Ver gráficamente Gráficos Anterior Opciones

COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS ESTANDARES DE COMPRESION: JPEG MODO: JERARQUICO Anterior Opciones

COMPRESION PARA VIDEO El video es una secuencia de imágenes fijas Se puede comprimir de manera espacial y en el tiempo También se puede reducir la tasa de cuadros por segundo La compresión se clasifica en: Simétrica (Codif. y decodif. consumen los mismos recursos y cantidad de tiempo) Asimétrica (Utilizan una cantidad de tiempo diferente en la compresión y descompresión) Siguiente Opciones

COMPRESION PARA VIDEO Cinepack Indeo TECNICAS DE COMPRESION Cinepack Indeo Codificación de longitud en tiempo de ejecución Microsoft Video 1 ESTANDARES DE COMPRESION Motion JPEG H.261 MPEG Opciones

COMPRESION PARA VIDEO Provee una fuerte combinación de calidad y TECNICAS DE COMPRESION: CINEPACK Provee una fuerte combinación de calidad y desempeño. Normalmente se producen cuadros de 320 x 240 a 15 cuadros por segundo. Es excesivamente asimétrico, pues su tiempo de compresión es muy alto. Ejemplo: 10min. toma de 12 a 16 horas. Anterior Gráficos Opciones

COMPRESION PARA VIDEO Es el aporte de Intel al mercado de compresión TECNICAS DE COMPRESION: INDEO Es el aporte de Intel al mercado de compresión Provee una fuerte combinación de calidad y desempeño. Es poco asimétrico, pues su tiempo de compresión es casi en tiempo real. Su software de compresión está incluido en algunos paquetes para Windows. Anterior Gráficos Opciones

COMPRESION PARA VIDEO Ha sido diseñado para imágenes sencillas con TECNICAS DE COMPRESION: RLE Ha sido diseñado para imágenes sencillas con movimientos casi imperceptibles (lentos) Funciona igual que para imágenes fijas. Anterior Gráficos Opciones

COMPRESION PARA VIDEO Compresión rápida, sacrificando calidad TECNICAS DE COMPRESION: MICROSOFT VIDEO 1 Compresión rápida, sacrificando calidad Es menos efectivo cuando los cuadros del video cambian con rapidez. Anterior Gráficos Opciones

COMPRESION PARA VIDEO Está basado en JPEG e incluye mejoras para ESTANDAR DE COMPRESION: MOTION JPEG Está basado en JPEG e incluye mejoras para imágenes en movimiento. Establece cuadros clave para codificar los cua- dros siguientes con las mismas tablas de datos. Utiliza muchos recursos del CPU. NO está totalmente estandarizado, por lo que existen varios formatos de archivo incompatibles No utiliza la redundancia entre fotogramas para conseguir mayores rangos de compresión. Su principal aplicación es la edición no lineal. Anterior Opciones

COMPRESION PARA VIDEO Estándar de compresión en sistemas de video- ESTANDAR DE COMPRESION: H.261 Estándar de compresión en sistemas de video- conferencia. Acepta dos tamaños de pantalla CIF (352 x 288) y QCIF (176 x 144) Prepara la imagen dividiéndola en 3 matrices de 8 bits por muestra: 4 luminancias y dos cromi- nancias. Su codificación se hace sobre los macrobloques: Intra: pixeles originales se transforman en código Inter: pixeles diferentes con vector de movimiento 0 son codificados Inter con compensación de movimiento : vectores no 0 son codificados La señal se codifica utilizando DCT con compen- sación de movimiento. Siguiente Anterior Gráfica Opciones

COMPRESION PARA VIDEO ESTANDAR DE COMPRESION: H.261 ESTRUCTURA DEL DECODIFICADOR 1 2 5 6 3 4 Y CB CR 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 32 33 GOB 3 4 1 2 11 12 9 10 8 6 5 7 1 2 3 CIF QCIF Anterior Siguiente Opciones

COMPRESION PARA VIDEO ESTANDAR DE COMPRESION: H.261 COMPENSACION DE MOVIMIENTO Imagen Previa Mejor emparejamiento Imagen Actual Anterior Opciones

COMPRESION PARA VIDEO Durante el proceso un cuadro es particionado en ESTANDAR DE COMPRESION: H.261 Durante el proceso un cuadro es particionado en bloques de 8 x 8 El rango del vector de movimiento es ±15 pixeles y es codificado diferencialmente. Predicción sobre compensación de movimiento se realiza sobre los 4 bloques de luminancia. Los coeficientes son ordenados en zig - zag y posteriormente cuantificados. Luego se aplica el IDCT y se almacenan para la comparación posterior. Anterior Opciones

COMPRESION PARA VIDEO ESTANDAR DE COMPRESION: MPEG Desarrollado por el Motion Picture Experts Group Logra tasas de compresión muy altas dentro de las capa- cidades de las actuales unidades. MPEG-1 fue diseñado para transmisión de video a una razón de 1,5 Mbps : 1,1 video, 128 kbps para audio y el resto para MPEG MPEG-1 : 768x576 Sincroniza video y audio MPEG-2 : Permite hasta 100Mbps. Soporta varias reso- luciones. MPEG-3 : Original HDTV (1920*1080) absorbido por MPEG-2 MPEG-4 : Para comunicaciones lentas (4,8 a 64 kbps) Siguiente Anterior Opciones

Sintaxis del flujo de bits COMPRESION PARA VIDEO ESTANDAR DE COMPRESION: MPEG-1 Permite acceso aleatorio, avance rápido y rebobinado] Su objetivo es alcanzar la mayor calidad de la cantidad de bits dado. MPEG -1explota: Redundancia espacial Redundancia temporal Predicción Temporal Bidireccional Sintaxis del flujo de bits Anterior Opciones

COMPRESION PARA VIDEO ESTANDAR DE COMPRESION: MPEG - REDUNDANCIA ESPACIAL MPEG es una combinación de ISO JPEG y el CCITT H.261 Técnica intra-frame, codifica cada imagen de manera individual Divide la imagen en bloques de 8 x 8 y luego aplica DCT a cada bloque, obteniendo 8 x 8 coeficientes DCT; luego se cuantifica. La compresión se alcanza por la transmisión de los coeficientes que sobreviven la cuantificación y que luego son codificados entrópicamente. Anterior Opciones

COMPRESION PARA VIDEO ESTANDAR DE COMPRESION: MPEG-1 - REDUNDANCIA TEMPORAL La redundancia temporal resulta del alto grado de correla- ción entre imágenes adyacentes. Se calcula únicamente la diferencia de imagen a imagen denominado error de predicción (técnica de compensación de movimiento) Se adopta un bloque base, donde el bloque de pixeles (destino) en el cuadro a ser codificado es emparejado con el conjunto de bloques del mismo tamaño en el cuadro previo (referencia). El bloque en el cuadro referencia con mejor emparejamiento es usado como predicción, para luego encontrar la diferencia. Siguiente Anterior Opciones

COMPRESION PARA VIDEO ESTANDAR DE COMPRESION: MPEG-1 - REDUNDANCIA TEMPORAL El bloque de mejor emparejamiento está asociado con un vector de movimiento. El tamaño de bloque para compensación de movimiento de 16 x 16 Anterior Opciones

COMPRESION PARA VIDEO ESTANDAR DE COMPRESION: MPEG-1 PREDICCION TEMPORAL BIDIRECCIONAL Algunas imágenes son codificadas usando dos cuadros de referencia uno en el pasado y uno en el futuro. Un bloque puede ser pronosticado por un cuadro de refe- rencia anterior o posterior o por una combinación de los dos(interpolación) Gráfico Las imágenes pronosticadas bidireccionalmente no se usan como imágenes de referencia. Su ventaja son niveles de compresión más altos e igual cali- dad, a costo de retardos extras en el proceso de codificación. Anterior Opciones

COMPRESION PARA VIDEO ESTANDAR DE COMPRESION: MPEG-1 SINTAXIS DEL FLUJO DE BITS Está construida en capas: Secuencia: Tamaño de cuadro, cantidad de cuadros y bits. GOP: Provee soporte para acceso randómico, búsqueda. Imágenes: Contiene bits comprimidos de un cuadro en un GOP. Información sobre si es I, P o B y orden de despliegue. Slice: Cadena de MB de longitud arbitraria. Resincroni zación durante la decodificación Macrobloque: Unidad de compensación de movimiento de 16 x 16 y contiene los bits de dicho vector. Bloque: Unidad DCT de 8 x 8, contiene los bits para los coeficientes DCT Gráfica Anterior Opciones

COMPRESION PARA VIDEO ESTANDAR DE COMPRESION: MPEG-1 Anterior Opciones INTERPOLACION DE MOVIMIENTO COMPENSADO Cuadro Previo Mejor emparejamiento Cuadro actual Cuadro Futuro Mejor emparejamiento Anterior Opciones

COMPRESION PARA VIDEO ESTANDAR DE COMPRESION: MPEG-1 - GOP 1 I 2 B 3 B 4 P 5 B 6 P 7 B 8 I Predicción Bidireccional Orden de codificación 1 4 2 3 6 5 8 7... I P B B P B I B GOP Anterior Opciones

GRAFICOS PARA VIDEO Compresión durante la captura (Intel Indeo Video R3.2) Compresión durante la captura (Intel Indeo Video Raw) Compresión durante la producción Calidad vs Almacenamiento Tiempo de compresión por esquema Anterior Opciones

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