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Introducción a la codificación de imágenes (página 2)



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Codificación JPEG: Ejemplo real I (RLE+VLC) (Gp:) Bloque de muestras cuantizadas Codificación RLE+VLC de los coeficientes cuantizados Paso 1. Se codifica la DC usando codificación diferencial DPCM Si DC Bloque anterior es 98 ? codificar 102-98 Se codifica como: Num. bits necesarios (tabla VLC) + codif + signo DC se codifica como: 101 100 0 (Gp:) Tabla para la DC
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Codificación JPEG: Ejemplo real II (RLE+VLC) Paso 2: Se codifica en zig-zag pares (Gp:) Tabla para pares (Gp:) Bloque de muestras cuantizadas Parte del bloque codificado con VLC Existe código de escape: 0000 01 RRRR RR NNNN NNNN
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Codificación JPEG: Ejemplo real III (RLE+VLC) Bloque de muestras cuantizadas Resultado final de la codificación RLE+VLC Bloque codificado con VLC Tasa de compresión: Stream final: 1011000010010100011100001101 … 000100110 (85 bits) Bits por píxel: (Núm bits/ Núm píxels) 85/64= 1’33 bpp Factor de compresión: Tam_comprimida:Tam_original= 85:(8*8*8)= 85:512 1:Tam_original/Tam_comprimida= (85/85):(512/85)= 1:6
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Codificación JPEG: Ejemplo real IV (Calidad) Medida objetiva del error: MSE (Mean Square Error) Medida objetiva de la calidad: PSNR (Peak SNR) Valores del ejemplo: MSE = 49’53 PSNR = 31’18 dB Bloque de muestras (pixels) Bloque recuperado de muestras
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JPEG escalado Motivación Fundamentos del JPEG escalado Compatibilidad con JPEG estándar Cuantificación variable Resultados
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Motivación Utilización de tamaño de bloque mayor: NxN. Mayor compactación de energía pero mayor tiempo de cálculo. Descartar coeficientes de alta frecuencia hasta quedarse con sólo una submatriz de 8x8.
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Fundamentos del JPEG escalado División de la imagen en bloques de NxN puntos conservando sólo los 8x8 primeros coeficientes. Utilización de la DCT recortada de N a 8, modificada. Utilización de nuevas matrices de cuantificación. Elección de N=16.
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El proceso de codificación/decodificación JPEG escalado (Gp:) Bloques de 16x16 (Gp:) Imagen (Gp:) IDCT 16x16 (Gp:) 8x8 a 16x16 (Gp:) Descuanti- (Gp:) Decodifica. (Gp:) de entropía (Gp:) Decodificador de JPEG escalado (Gp:) Imagen (Gp:) comprimida (Gp:) ficador (Gp:) IDCT 16x16 recortada (Gp:) Bloques de 16x16 (Gp:) Imagen (Gp:) Imagen (Gp:) comprimida (Gp:) FDCT 16x16 (Gp:) 16x16 a 8x8 (Gp:) Cuantifi-cador (Gp:) Codificador de entropía (Gp:) Codificador de JPEG escalado (Gp:) FDCT 16x16 recortada
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Compatibilidad con JPEG estándar Aunque el bloque de imagen es de 16x16 el de coeficientes es de 8x8 puntos. Los coeficientes obtenidos se escalan para que estén en el rango de los que se obtienen en una DCT de 8x8. Las funciones básicas son similares. Se incluye información de tamaño real de la imagen, mediante códigos definidos para extensiones.
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Comparación de la DCT de 8 y 16 puntos Funciones básicas de las DCT de 8 y 16 puntos
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Mezcla de formatos Imagen Leída como Se obtiene JPEG estándar JPEG escalado JPEG estándar JPEG escalado
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Cuantificación variable En el proceso de cuantificación se consigue la compresión a base de anular coeficientes Para conseguir más ceros hay que incrementar los valores Qvu, lo que afecta a todos los bloques (Gp:) é (Gp:) ë (Gp:) ê (Gp:) ê (Gp:) ê (Gp:) ê (Gp:) ê (Gp:) S (Gp:) 0 (Gp:) , (Gp:) 0 (Gp:) S (Gp:) 0 (Gp:) , (Gp:) 1 (Gp:) ­ (Gp:) S (Gp:) 0 (Gp:) , (Gp:) 7 (Gp:) S (Gp:) 1 (Gp:) , (Gp:) 0 (Gp:) S (Gp:) 1 (Gp:) , (Gp:) 1 (Gp:) ­ (Gp:) S (Gp:) 1 (Gp:) , (Gp:) 7 (Gp:) ® (Gp:) ® (Gp:) ¯ (Gp:) ® (Gp:) S (Gp:) 7 (Gp:) , (Gp:) 0 (Gp:) S (Gp:) 7 (Gp:) , (Gp:) 1 (Gp:) ­ (Gp:) S (Gp:) 7 (Gp:) , (Gp:) 7 (Gp:) ù (Gp:) û (Gp:) ú (Gp:) ú (Gp:) ú (Gp:) ú (Gp:) ú (Gp:) ® (Gp:) ¾ (Gp:) ¾ (Gp:) ¾ (Gp:) ¾ (Gp:) ¾ (Gp:) Cuantificación (Gp:) r (Gp:) e (Gp:) d (Gp:) o (Gp:) n (Gp:) d (Gp:) e (Gp:) o (Gp:) æ (Gp:) è (Gp:) ç (Gp:) S (Gp:) v (Gp:) u (Gp:) Q (Gp:) v (Gp:) u (Gp:) ö (Gp:) ø (Gp:) ÷ (Gp:) = (Gp:) S (Gp:) q (Gp:) v (Gp:) u (Gp:) é (Gp:) ë (Gp:) ê (Gp:) ê (Gp:) ê (Gp:) ê (Gp:) ê (Gp:) S (Gp:) q (Gp:) 0 (Gp:) , (Gp:) 0 (Gp:) S (Gp:) q (Gp:) 0 (Gp:) , (Gp:) 1 (Gp:) ­ (Gp:) S (Gp:) q (Gp:) 0 (Gp:) , (Gp:) 7 (Gp:) S (Gp:) q (Gp:) 1 (Gp:) , (Gp:) 0 (Gp:) S (Gp:) q (Gp:) 1 (Gp:) , (Gp:) 1 (Gp:) ­ (Gp:) S (Gp:) q (Gp:) 1 (Gp:) , (Gp:) 7 (Gp:) ® (Gp:) ® (Gp:) ¯ (Gp:) ® (Gp:) S (Gp:) q (Gp:) 7 (Gp:) , (Gp:) 0 (Gp:) S (Gp:) q (Gp:) 7 (Gp:) , (Gp:) 1 (Gp:) ­ (Gp:) S (Gp:) q (Gp:) 7 (Gp:) , (Gp:) 7 (Gp:) ù (Gp:) û (Gp:) ú (Gp:) ú (Gp:) ú (Gp:) ú (Gp:) ú
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Cuantificación variable: propuesta Utilización de una función de cuantificación con umbral. Clasificación de los bloques en categorías. Utilización de un umbral distinto para cada categoría. (Gp:) S (Gp:) q (Gp:) v (Gp:) u (Gp:) = (Gp:) ì (Gp:) î (Gp:) í (Gp:) ï (Gp:) ï (Gp:) r (Gp:) e (Gp:) d (Gp:) o (Gp:) n (Gp:) d (Gp:) e (Gp:) o (Gp:) æ (Gp:) è (Gp:) ç (Gp:) S (Gp:) v (Gp:) u (Gp:) Q (Gp:) v (Gp:) u (Gp:) ö (Gp:) ø (Gp:) ÷ (Gp:) , (Gp:) si (Gp:) S (Gp:) v (Gp:) u (Gp:) Q (Gp:) v (Gp:) u (Gp:) > (Gp:) u (Gp:) m (Gp:) b (Gp:) r (Gp:) a (Gp:) l (Gp:) 0 (Gp:) , (Gp:) en (Gp:) otro (Gp:) caso
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Relación Señal-Ruido para distintastasas de bits de la imagen Lena
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Relación Señal-Ruido para distintastasas de bits de la imagen Catedral
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Relación del SNR de las imágenes con JPEG escalado y adaptativo frente al estándar
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Una secuencia de vídeo es una sucesión de imágenes que producen sensación de movimiento. El proceso completo de transmisión de vídeo con compresión consiste en: Adquisición del vídeo a transmitir. Captura analógica de la secuencia de imágenes. Digitalización del vídeo. (Re)codificación y subsampling de las muestras. Típicamente se pasa de RGB a YCbCr Subsampling de la crominancia (de 4:4:4 a 4:2:0 ó 4:2:2) Compresión del vídeo. Transmisión progresiva del vídeo comprimido (a ser posible usando protocolos con soporte multimedia)
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Captura de vídeo analógico Las imágenes (dos dimensiones) son convertidas en una señal analógica. Se capturan las imágenes a intervalos regulares. Cada imagen (cuadro o frame) es barrida calculando la intensidad de cada punto (B&W). Para reproducir la imagen se realiza el proceso inverso. (Gp:) Líneas de barrido (Gp:) 1 (Gp:) 3 (Gp:) 5 (Gp:) 7 (Gp:) 9 (Gp:) 483 (Gp:) Líneas de barrido mostradas (Gp:) t (Gp:) a (Gp:) Lentes (Gp:) Placa de barrido
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Captura de vídeo analógico II La captura (y reproducción) de imágenes en color es muy similar a la de blanco y negro. En este caso se utilizan tres haces de barrido (RGB). Conversión RGB a YUV (compatibilidad con señales B&W). Y: Luminancia (intensidad). U y V: Diferencias de color. El ojo humano es más sensible a la intensidad (brillo) que a la información de color (sub-sampling). (Gp:) Lentes (Gp:) Placa de barrido (Gp:) t (Gp:) a (Gp:) Divisor (Gp:) Filtros (Gp:) t (Gp:) a (Gp:) t (Gp:) a (Gp:) R (Gp:) G (Gp:) B (Gp:) Cámara (Gp:) Demod. Conv. (Gp:) CRT (Gp:) TV Color (Gp:) R (Gp:) G (Gp:) B (Gp:) Y+C (Gp:) Filtro (Gp:) CRT (Gp:) TV B&W (Gp:) Y (Gp:) Y+C (Gp:) G (Gp:) B (Gp:) R (Gp:) Y (Gp:) U (Gp:) V (Gp:) C (Gp:) Modulador (Gp:) Codificador
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Captura de vídeo analógico III Parámetros de barrido: Relación de aspecto (ancho:alto): 4:3 Existen distintos estándares: NTSC (Usa y Japón): 525 líneas, 30 frames/s PAL/SECAM (Resto): 625 líneas, 25 frames/s. Algunas líneas (superiores e inferiores) no son visibles. Durante el retorno vertical, se puede insertar información adicional (teletexto). Barrido entrelazado y progresivo. Entrelazado. Cada cuadro se representa con dos campos sucesivos (uno con las líneas impares y otro con las pares) (60 c/s ó 50 c/s).