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OPTIMIZACION DE LAS TECNICAS ESTANDARES DE COMPRESION PARA IMÁGENES, SONIDOS Y VIDEOS Carpio PinedaNancy CervantesOK!
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OPTIMIZACION DE LAS TECNICAS ESTANDARES DE COMPRESION PARA IMÁGENES, SONIDOS Y VIDEOS Carpio PinedaNancy CervantesOK! 3
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. SiguienteAnterior 4
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 AnteriorSiguiente 5
IMAGENES SONIDOS VIDEOS INICIOFIN 6
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 7
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS TECNICAS DE COMPRESION: 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. AnteriorOpcionesGráfica 8
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS TECNICAS DE COMPRESION: 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. AnteriorOpcionesEjemplo 9
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS TECNICAS DE COMPRESION: 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. AnteriorOpcionesEjemplo 10
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS TECNICAS DE COMPRESION: 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. AnteriorOpciones 11
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS ESTANDARES DE COMPRESION: 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 Opciones Siguiente 12
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS ESTANDARES DE COMPRESION: ESTANDARES DE COMPRESION: JBIG - ESTRUCTURA Anterior Opciones Siguiente IDID I D-1 CDCD C0C0 Predicción Típica Predicción Determin. Normas de Adaptación Modelo de Adaptación Codificador de Capa diferencial Codificador de Capa diferencial Codificador de Capa superior Reducir Resolución Codificador Aritmético Predicción Típica Normas de adaptación Modelo de Adaptación Codificador aritmético 13
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS ESTANDARES DE COMPRESION: ESTANDARES DE COMPRESION: JBIG - ESTRUCTURA AnteriorOpciones 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. 14
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS TECNICA DE COMPRESION: TECNICA DE COMPRESION: MAPEO DE COLOR Anterior Opciones MAXIMO 256 COLORES MAPA DE COLOR MILLONES DE COLORES 15
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS TECNICA DE COMPRESION: TECNICA DE COMPRESION: RLE - EJEMPLO AnteriorOpciones Se tiene una secuencia: Es codificado como: (1,10); (3,10); (2,9); (1,7) Una variación en la misma técnica puede ser: UNNNNNNNNIVERSIDAD U!8NIVERSIDAD 16
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS TECNICA DE COMPRESION: TECNICA DE COMPRESION: DICCIONARIO - EJEMPLO AnteriorOpciones 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* 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, 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. 17
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS ESTANDARES DE COMPRESION: ESTANDARES DE COMPRESION: JPEG Constituye un estándar universal sacrificando información no significativa. Maneja imágenes con millones de colores (24 bits) Es reconocido como ISO 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 18
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS ESTANDARES DE COMPRESION: 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 HuffmanHuffman Anterior Opciones Gráficos Ver gráficamente 19
B COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS ESTANDARES DE COMPRESION: ESTANDARES DE COMPRESION: JPEG MODO: SECUENCIAL BASADO EN DCT Anterior Opciones Gráficos G R DC AC 20
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS CODIFICADOR ENTROPICO: HUFFMAN Anterior Opciones Gráficos Si se tiene las siguientes ocurrencias dentro de un texto: A : 15 B : 7 C : 6 D : 6 E :5 Se puede formar el siguiente árbol: A : 0 B : 100 C : 101 D : 110 E :111 P3(24) P1(11) P2(13) B(7) A(15) P4(39) C(6)D(6) E(5) CABE = 21
GRAFICOS PARA IMÁGENES FIJAS JPG Niveles de compresión vs Tamaño (Rostros)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 22
GRAFICOS PARA IMÁGENES FIJAS JPG Anterior Opciones 23
GRAFICOS PARA IMÁGENES FIJAS JPG Anterior Opciones 24
GRAFICOS PARA IMÁGENES FIJAS JPG Anterior Opciones 25
GRAFICOS PARA IMÁGENES FIJAS JPG Anterior Opciones 26
GRAFICOS PARA IMÁGENES FIJAS JPG Anterior Opciones 27
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS ESTANDARES DE COMPRESION: 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. Anterior Opciones Gráficos 28
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS ESTANDARES DE COMPRESION: 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 Anterior Opciones Gráficos Ver gráficamente 29
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS ESTANDARES DE COMPRESION: ESTANDARES DE COMPRESION: JPEG MODO: JERARQUICO Anterior Opciones 30
COMPRESION PARA VIDEO Opciones 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 31
COMPRESION PARA VIDEO TECNICAS DE COMPRESION Cinepack Indeo Codificación de longitud en tiempo de ejecución Microsoft Video 1 ESTANDARES DE COMPRESION Motion JPEG H.261 MPEG Opciones 32
COMPRESION PARA VIDEO 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. OpcionesGráficosAnterior 33
COMPRESION PARA VIDEO 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. OpcionesGráficosAnterior 34
COMPRESION PARA VIDEO TECNICAS DE COMPRESION: RLE Ha sido diseñado para imágenes sencillas con movimientos casi imperceptibles (lentos) Funciona igual que para imágenes fijas. OpcionesGráficosAnterior 35
COMPRESION PARA VIDEO TECNICAS DE COMPRESION: MICROSOFT VIDEO 1 Compresión rápida, sacrificando calidad Es menos efectivo cuando los cuadros del video cambian con rapidez. OpcionesGráficosAnterior 36
COMPRESION PARA VIDEO 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. OpcionesAnterior 37
COMPRESION PARA 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. OpcionesGráficaAnteriorSiguiente 38
COMPRESION PARA VIDEO ESTANDAR DE COMPRESION: H.261 OpcionesAnterior Y C B C R GOB CIF QCIF ESTRUCTURA DEL DECODIFICADOR Siguiente 39
COMPRESION PARA VIDEO ESTANDAR DE COMPRESION: H.261 OpcionesAnterior COMPENSACION DE MOVIMIENTO Imagen Previa Imagen Actual Mejor emparejamiento 40
COMPRESION PARA VIDEO 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. OpcionesAnterior 41
COMPRESION PARA VIDEO ESTANDAR DE COMPRESION: MPEG OpcionesAnterior 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 42
COMPRESION PARA VIDEO ESTANDAR DE COMPRESION: MPEG-1 OpcionesAnterior 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 43
COMPRESION PARA VIDEO ESTANDAR DE COMPRESION: MPEG - ESTANDAR DE COMPRESION: MPEG - REDUNDANCIA ESPACIAL OpcionesAnterior 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. 44
COMPRESION PARA VIDEO ESTANDAR DE COMPRESION: MPEG-1 - ESTANDAR DE COMPRESION: MPEG-1 - REDUNDANCIA TEMPORAL OpcionesAnterior 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 45
COMPRESION PARA VIDEO ESTANDAR DE COMPRESION: MPEG-1 - ESTANDAR DE COMPRESION: MPEG-1 - REDUNDANCIA TEMPORAL OpcionesAnterior El bloque de mejor emparejamiento está asociado con un vector de movimiento. El tamaño de bloque para compensación de movimiento de 16 x 16 46
COMPRESION PARA VIDEO ESTANDAR DE COMPRESION: MPEG-1 PREDICCION TEMPORAL BIDIRECCIONAL OpcionesAnterior 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) GráficoGráfico 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. 47
COMPRESION PARA VIDEO ESTANDAR DE COMPRESION: MPEG-1 SINTAXIS DEL FLUJO DE BITS OpcionesAnterior 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 48
COMPRESION PARA VIDEO ESTANDAR DE COMPRESION: MPEG-1 INTERPOLACION DE MOVIMIENTO COMPENSADO OpcionesAnterior Cuadro Previo Cuadro actual Cuadro Futuro Mejor emparejamiento 49
COMPRESION PARA VIDEO ESTANDAR DE COMPRESION: MPEG-1 - ESTANDAR DE COMPRESION: MPEG-1 - GOP OpcionesAnterior 1I1I 2B2B 3B3B 4P4P 5B5B 6P6P 7B7B 8I8I Predicción Bidireccional Orden de codificación I P B B P B I B GOP 50
GRAFICOS PARA VIDEO OpcionesAnterior 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 51
GRAFICOS PARA VIDEO OpcionesAnterior 52
GRAFICOS PARA VIDEO OpcionesAnterior 53
GRAFICOS PARA VIDEO OpcionesAnterior 54
GRAFICOS PARA VIDEO OpcionesAnterior 55
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