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Codificación de Vídeo Multimedia
Fernando Díaz de María - DTSC -Universidad Carlos III de Madrid 1
Codificación de VídeoCodificación de Vídeo
Vídeo digitalVídeo digital
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Tasas de trama típicasTasas de trama típicasMovimientoTasa de trama
(fps)
Vídeo EntrelazadoVídeo Entrelazado
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Tamaños de imagen en vídeo digitalTamaños de imagen en vídeo digital
Resolución (Y)Formato
Imágenes: necesidad de compresión Imágenes: necesidad de compresión
2048
512
128
KN
25.165.82416.777.2168.388.608
1.572.8641.048.576524.288
98.30465.53632.768
6 (L=64)4 (L=16)2 (L=4)
Número de bits: • M x N x k • N2 x k
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Vídeo: necesidad de compresiónVídeo: necesidad de compresión
4.6 Mbps1588x72176x144QCIF
36.5 Mbps30176x144352x288CIF
216 Mbps30429x525858x525ITU-R 601
bpsfpsResolución Crominancia
Resolución Luminancia
Representación del ColorRepresentación del Color
crominancias
( )( )YRCr
YBCb
BGRY
−=−=++=
71.0
56.0
1.06.03.0
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Submuestreo de CrominanciasSubmuestreo de Crominancias
4:4:4 4:2:2 4:2:0
Submuestreo de CrominanciasSubmuestreo de Crominancias
4:4:4 4:2:2 4:2:0
Ejemplo (720 x 576)
• 4:4:4 720 x 576 x 8 x 3 = 9.953.280 bits• 4:2:2 (720 x 576 x 8) + (720 x 288 x 8 x 2) = 6.635.520 bits• 4:2:0 (720 x 576 x 8) + (360 x 288 x 8 x 2) = 4.976.640 bits
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Codificación de ImagenCodificación de Imagen
Transformación CuantificaciónCodificación
EntrópicaImagen
Comprimida
DCT (I)DCT (I)
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DCT(II)
Reordenamiento en Zig-ZagReordenamiento en Zig-Zag
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Codificación Basada en DCT
8x8 DCT
Q
Codificación
Transformación por bloquesTransformación por bloques
DCT(bloques 8x8)
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Efecto de la cuantificaciónEfecto de la cuantificación
IDCTCuantif.
Efecto de la cuantificaciónEfecto de la cuantificación
IDCT
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Efecto de la cuantificaciónEfecto de la cuantificación
IDCT
Factor de CompresiónFactor de Compresión
Píxelesde NúmeroComprimda Imagen Bitsde Número
(bpp) pixelpor bits de Número
Comprimida Imagen BitsNúmeroOriginal Imagen BitsNúmero
(FC) Compresión deFactor
=
=
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Medidas de Calidad (I)Medidas de Calidad (I)
( )∑∑==
−=
=
N
jijij
M
i
xyMN
MSE
MSEPSNR
1
2
1
2
10
1
255log10
Medidas de Calidad (II)Medidas de Calidad (II)
• Calidad subjetiva buena• Calidad objetiva pésima
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Codificación de VídeoCodificación de Vídeo
Objetivo e ImplicacionesObjetivo e Implicaciones
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Correlación temporal: predicción
Compensación de MovimientoCompensación de MovimientoTramaActual
Estimación de Movimiento
TramaAnterior
+-
TramaEstimada
Codificadorde Imagen
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Compensación de movimientoCompensación de movimiento
macrobloque
Diagrama de bloquesDiagrama de bloques
Transformada2D
Q
Q-1
TransformadaInversa 2D
Codificador
V(k,l)U(m,n)
CuantificadorAdaptativo
Predicción
Canal
Compensaciónde Movimiento
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Área de búsquedaÁrea de búsqueda
Número de comparaciones según el área de búsquedaNúmero de comparaciones según el área de búsqueda
99.1 x 106± 15
23.4 x 106± 7
5.2 x 106± 3
1.0 x 106± 1
Número de comparaciones
Área de búsqueda
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Posibles variacionesPosibles variaciones
( )∑∑==
−=N
jijij
N
i
rxN
MSE1
2
12
1
∑∑==
−=N
jijij
N
i
rxN
MAE11
2
1
∑∑==
−=N
jijij
N
i
rxSAE11
Algoritmos de estimación de movimientoAlgoritmos de estimación de movimiento
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Búsqueda en 3 pasosBúsqueda en 3 pasos
11 1
111
1 1 1
2 2
222
2 2 23 3
3333
33
Búsqueda LogarítmicaBúsqueda Logarítmica
1 11
1
1 2
2
2
3
3
4
45 5
55
55 55
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“Cross-Search”“Cross-Search”
1
1
1
1
1
2
22
2
3
33
34
4
Búsqueda según el vecino más próximo (I)Búsqueda según el vecino más próximo (I)
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Búsqueda según el vecino más próximo (II)Búsqueda según el vecino más próximo (II)
0
111
112323
2
Búsqueda JerárquicaBúsqueda Jerárquica1
2 2 2212
2 2 2
2 3333
33 3 3
Nivel 0
Nivel 1
Nivel 2
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Una comparaciónUna comparación
3.6 x 106914 753Búsqueda enTres pasos
99.1 x 106897 163BúsquedaExhaustiva
Número decomparaciones
SAE totalAlgoritmo
Resolución de ½ ó ¼ de pixelResolución de ½ ó ¼ de pixel
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Tramas de referenciaTramas de referencia
Tipos de ImágenesTipos de Imágenes
Tiempo
I BB B P B BPB I
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MejorasMejoras
Pre- y PostprocesoPre- y Postproceso
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Rate-DistortionRate-Distortion
Rate (kbps)
PSN
R (
dB)
Claire
Foreman
Estándares de codificación de vídeoEstándares de codificación de vídeo1984 1986 1988 1990 1992 1994
H.261 H.263, H.263+
MPEG-2MPEG-1
ISO
ITU
MPEG-4
1996 1998
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Estándares: MPEG-1Estándares: MPEG-1
IP
B
Estándares: MPEG-2Estándares: MPEG-2
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MPEG-4MPEG-4
H.264H.264
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Predicción INTRAPredicción INTRA
Predicción INTRAPredicción INTRA
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Compensación de movimientoCompensación de movimiento
Filtro de suavizado de bloquesFiltro de suavizado de bloques
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Transformación y CuantificaciónTransformación y Cuantificación
Codificación de entropíaCodificación de entropía
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H.264 (I)H.264 (I)
H.264 (II)H.264 (II)