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Introducción a la codificación de imágenes (página 2)




Enviado por Pablo Turmero



Partes: 1, 2, 3

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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 8×8.

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Fundamentos del JPEG escalado
División de la imagen en bloques de NxN puntos conservando sólo los 8×8 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 16×16
(Gp:) Imagen
(Gp:) IDCT 16×16
(Gp:) 8×8 a 16×16
(Gp:) Descuanti-
(Gp:) Decodifica.
(Gp:) de entropía
(Gp:) Decodificador de JPEG escalado
(Gp:) Imagen
(Gp:) comprimida
(Gp:) ficador
(Gp:) IDCT 16×16 recortada

(Gp:) Bloques de 16×16
(Gp:) Imagen
(Gp:) Imagen
(Gp:) comprimida
(Gp:) FDCT 16×16
(Gp:) 16×16 a 8×8
(Gp:) Cuantifi-cador
(Gp:) Codificador de entropía
(Gp:) Codificador de JPEG escalado
(Gp:) FDCT 16×16 recortada

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Compatibilidad con JPEG estándar
Aunque el bloque de imagen es de 16×16 el de coeficientes es de 8×8 puntos.
Los coeficientes obtenidos se escalan para que estén en el rango de los que se obtienen en una DCT de 8×8.
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).

Partes: 1, 2, 3
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