Tema 6: Codificaci

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Tema 6 Codificación y compresión de vídeo.

• 1. Introducción.
• 2. Características del vídeo.
• 2.1 Captura de vídeo analógico.
• 2.2 Digitalización.
• 2.3 Codificación.
• 2.4 Tipos de vídeo (según su calidad).
• 2.5 Parámetros específicos de red.
• 3. Compresión de vídeo.
• 3.1 Redundancia temporal.
• 3.2 Estimación de movimiento.
• 3.3 Estándares MPEG y H.261.
• 4. Conclusiones.

Bibliografía FLU95 Understanding networked
multimedia GIB98 Digital Compression for
Multimedia TSU99 Introduction to video coding
standards for multimedia communication H.264
Overview of the H.264 / AVC Video Coding Standard
MPEG4 MPEG-4 Overview HiJa94 Compressing
still and moving images with wavelets
2
1. Introducción

• 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 444 a 420 ó
  422)
• Compresión del vídeo.
• Transmisión progresiva del vídeo comprimido (a
  ser posible usando protocolos con soporte
  multimedia)

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Tema 6 Codificación y compresión de vídeo.

• 1. Introducción.
• 2. Características del vídeo.
• 2.1 Captura de vídeo analógico.
• 2.2 Digitalización.
• 2.3 Codificación (de RGB a YCbCr con
  subsampling).
• 2.4 Tipos de vídeo (según su calidad).
• 2.5 Parámetros específicos de red.
• 3. Compresión de vídeo.
• 3.1 Redundancia temporal.
• 3.2 Estimación de movimiento algoritmos.
• 3.3 Estándares MPEG y H.261.
• 4. Conclusiones.

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2.1 Captura de vídeo analógico I

• 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 (BW).
• Para reproducir la imagen se realiza el proceso
  inverso.

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2.1 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
  BW).

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).
6
2.1 Captura de vídeo analógico III

• Parámetros de barrido
• Relación de aspecto (anchoalto) 43
• 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).

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2.1 Captura de vídeo analógico IV

• Parpadeo de imagen (flicker)
• Efecto que aparece cuando la imagen no es
  refrescada con suficiente rapidez.
• La retina mantiene una imagen durante un tiempo
  antes de que desaparezca.
• Valor mínimo 50 imágenes/segundo
• Continuidad de movimiento.
• Viene determinada por el número de cuadros
  diferentes por segundo.
• No se recomienda utilizar menos de 25 cuadros/s.
• Ancho de banda de una señal de vídeo analógico
  6 MHz.

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Tema 6 Codificación y compresión de vídeo.

• 1. Introducción.
• 2. Características del vídeo.
• 2.1 Captura de vídeo analógico.
• 2.2 Digitalización.
• 2.3 Codificación (de RGB a YCbCr con
  subsampling).
• 2.4 Tipos de vídeo (según su calidad).
• 2.5 Parámetros específicos de red.
• 3. Compresión de vídeo.
• 3.1 Redundancia temporal.
• 3.2 Estimación de movimiento algoritmos.
• 3.3 Estándares MPEG y H.261.
• 4. Conclusiones.

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2.2 Digitalización I

• ITU-R (CCIR-601) Estándar para la digitalización
  de señales de TV.
• Define los parámetros de muestreo,
  cuantificación, barrido y resolución de imagen
  que se deben tomar para digitalizar una señal de
  TV analógica.
• Parámetros de barrido
• Dos formatos (NTSC y PAL/SECAM)
• 525 líneas y 858 muestras/línea - 30 frames/seg.
• 625 líneas y 864 muestras/línea - 25 frames/seg.
• Las muestras corresponden a la luminancia (Y)
  Intensidad de luz de cada pixel (cantidad de
  blanco).
• Las diferencias de color Cr (U) y Cb (V) se
  muestrean a la mitad (429/línea, 432/línea)
  Sub-sampling 422.

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2.2 Digitalización II

• Cada línea tiene una zona visible (línea activa).
  Este estándar define una línea activa de 720
  pixels.
• Se define un número de líneas visibles por
  cuadro
• 480 (NTSC), 576 (PAL/SECAM).
• Barrido entrelazado
• Un cuadro (frame) está formado por dos campos
• El primero con las líneas impares y el segundo
  con las pares.
• Frecuencia de muestreo única.
• 525x858x30 625x864x25 13,5 MHz.

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2.2 Digitalización III

• Codificación y recodificación.
• Cada muestra RGB se codifica con 24 bits/color.
• La conversión de RGB a YCbCr (YUV) se realiza
  mediante una matriz de conversión (aproximada)
• Y 0.3R 0.6G 0.1B
• U B - Y (Diferencia de color azul) (equiv.
  CbU/2128)
• V R - Y (Diferencia de color rojo) (equiv.
  CrV/1.6128)
• Cada uno de los componentes se codifica con 8
  bits.
• Y (8 bits) rango 16-235
• Cb (8 bits) y Cr (8 bits) rango 16-240

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Tema 6 Codificación y compresión de vídeo.

• 1. Introducción.
• 2. Características del vídeo.
• 2.1 Captura de vídeo analógico.
• 2.2 Digitalización.
• 2.3 Codificación (de RGB a YCbCr con
  subsampling).
• 2.4 Tipos de vídeo (según su calidad).
• 2.5 Parámetros específicos de red.
• 3. Compresión de vídeo.
• 3.1 Redundancia temporal.
• 3.2 Estimación de movimiento algoritmos.
• 3.3 Estándares MPEG y H.261.
• 4. Conclusiones.

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2.3 Codificación RGB
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2.3 Codificación YCbCr
15
2.3 Codificación Y Subsampling (I)
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2.3 Codificación Y Subsampling x2 (II)
17
2.3 Codificación Y Subsampling x4 (III)
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2.3 Codificación Y Subsampling x8 (IV)
19
2.3 Codificación CbCr Subsampling (V)
20
2.3 Codificación CbCr Subsampling x2 (VI)
21
2.3 Codificación CbCr Subsampling x4 (VII)
22
2.3 Codificación CbCr Subsampling x8 (VIII)
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Tema 6 Codificación y compresión de vídeo.

• 1. Introducción.
• 2. Características del vídeo.
• 2.1 Captura de vídeo analógico.
• 2.2 Digitalización.
• 2.3 Codificación (de RGB a YCbCr con
  subsampling).
• 2.4 Tipos de vídeo (según su calidad).
• 2.5 Parámetros específicos de red.
• 3. Compresión de vídeo.
• 3.1 Redundancia temporal.
• 3.2 Estimación de movimiento algoritmos.
• 3.3 Estándares MPEG y H.261.
• 4. Conclusiones.

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2.4 Tipos de vídeo (según su calidad) I

• La percepción de calidad de una señal de vídeo se
  basa en tres parámetros
• La resolución de las imágenes.
• La frecuencia de reproducción (cuadros/s.).
• El tipo de barrido (progresivo o entrelazado)
• Televisión de alta definición (HDTV).
• Existen diferentes variantes acerca HDTV.
• 1920x1080/60, 1920x1080/30-24, 1280x720/30-24
• Relación de aspecto 169
• Vídeo digital profesional (studio-quality).
• Estándar ITU-R (CCIR-601) de vídeo digital.

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2.4 Tipos de vídeo (según su calidad) II

• Vídeo de difusión (TV broadcast).
• Difusión de señales de televisión analógicas.
• Estándares NTSC y PAL/SECAM.
• Reproductor de Vídeo (VCR-quality).
• Grabación de vídeo analógico (en VHS)
• Menor resolución de imagen (la mitad de
  PAL/SECAM).
• Videoconferencia (Low-speed).
• Tasas de bits pequeñas (alrededor de 128 Kbps)
• Resolución de imagen 4 veces inferior al vídeo
  digital.
• ITU-TS H.261 Common Intermediate Format (CIF)
  352x288
• La secuencia de cuadros/s se reduce entre 5 y 10.

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Tema 6 Codificación y compresión de vídeo.

• 1. Introducción.
• 2. Características del vídeo.
• 2.1 Captura de vídeo analógico.
• 2.2 Digitalización.
• 2.3 Codificación (de RGB a YCbCr con
  subsampling).
• 2.4 Tipos de vídeo (según su calidad).
• 2.5 Parámetros específicos de red.
• 3. Compresión de vídeo.
• 3.1 Redundancia temporal.
• 3.2 Estimación de movimiento algoritmos.
• 3.3 Estándares MPEG y H.261.
• 4. Conclusiones.

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2.5 Parámetros específicos de red I

• Lo que debe suministrar una red para el envío en
  tiempo real de una secuencia de vídeo.
• Tasa de bits.

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2.5 Parámetros específicos de red II

• Retardo y varianza del retardo.
• Normalmente se envían una secuencia de vídeo
  sincronizada con el audio correspondiente.
• La sincronización es muy importante y necesaria
  desde HDTV hasta VCR.
• En Videoconferencia no es tan importante ya que
  la imagen no es continua (pocos cuadros/s).
• En estos casos, los requerimientos para estos
  parámetros los impone el audio (más sensible).
• Valores indicativos para la varianza del retardo
• HDTV 50 ms.
• Vídeo difusión 100 ms.
• Videconferencia 400 ms.

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2.5 Parámetros específicos de red III

• Tasa de error.
• El vídeo comprimido es más sensible a los
  errores.
• La degradación de la calidad de vídeo percibida
  depende
• BER de la red
• Del tipo de error (simple, ráfaga, bloque, etc.)
• Donde se produce ese error.
• El índice de compresión de vídeo.
• Mecanismos de recuperación ante errores
• Técnicas de protección de la señal.
• FEC (Forward Correction Codes).
• Marcas de resincronización.
• Reversible VLC.
• Técnicas de paquetización.
• Ocultación de errores (error concealment)
• Cuando se pierden bloques o llegan demasiado
  tarde.
• Técnicas de extrapolación e interpolación de
  cuadros.

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Tema 6 Codificación y compresión de vídeo.

• 1. Introducción.
• 2. Características del vídeo.
• 2.1 Captura de vídeo analógico.
• 2.2 Digitalización.
• 2.3 Codificación (de RGB a YCbCr con
  subsampling).
• 2.4 Tipos de vídeo (según su calidad).
• 2.5 Parámetros específicos de red.
• 3. Compresión de vídeo.
• 3.1 Redundancia temporal.
• 3.2 Estimación de movimiento algoritmos.
• 3.3 Estándares MPEG y H.261.
• 4. Conclusiones.

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3.1 Redundancia temporal.

• Se basa en la similitud de cuadros sucesivos en
  una secuencia de vídeo.
• Ej. Secuencias de plano estático.
• Se utilizan técnicas de codificación diferencial
  o transformada 3D
• Sólo se codificarán las diferencias entre cuadros
  sucesivos (DPCM).
• La reconstrucción de un cuadro puede estar basado
  en otro(s) anterior(es).
• Un algoritmo típico de eliminación de redundancia
  temporal (motion compensation) es el que emplea
  MPEG.

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Redundancia temporal (MPEG-1)

• Cuadros de referencia y cuadros auto-contenidos
• Si F1 lo usamos para construir F2, se dice que F1
  es un cuadro de referencia (reference frame).
• Si un cuadro no se construye a partir de ningún
  otro, se dice que es auto-contenido (intracoded
  frame)
• Normalmente estos sirven de referencia para
  otros.
• Macrobloques (macroblocks)
• 16x16 pixels (6 bloques de 8x8 4Y,1U y 1V).

33
Redundancia temporal (MPEG-1)

• Vectores de movimiento (motion vector)
• Identifican el desplazamiento de un determinado
  macrobloque en el cuadro actual respecto a la
  posición que tenía en el cuadro de referencia.
• Los vectores de movimiento se aplican cuando se
  identifica un macrobloque existente en el cuadro
  de referencia (matching blocks)

34
Redundancia temporal (MPEG-1)

• Búsqueda de macrobloques.
• Se buscan los macrobloques del cuadro a codificar
  en el cuadro de referencia.
• Si se encuentra el mismo macrobloque, sólo se
  codifica el vector de movimiento correspondiente.
• Si no se encuentra exactamente el mismo se elige
  el más parecido (macrobloque INTER).
• Se codifica el vector de movimiento.
• Se calcula el macrobloque error (las diferencias)
  aplicándole codificación estilo JPEG (DCT, quant,
  RLEVLC en zigzag).
• Si no se encuentra ningún bloque similar (mb.
  INTRA)
• Se codifica dicho macrobloque con codificación
  estilo JPEG.

35
Redundancia temporal (MPEG-1)

• Tipos de cuadros
• I (Intracoded frames) Cuadro codificado usando
  JPEG (autocontenido).
• P (Predictive frames) Cuadro basado en las
  diferencias respecto a un cuadro de referencia
  anterior (tipo I).
• B (Bidirectional frames) Cuadros basados en la
  interpolación de un cuadro anterior y otro
  posterior en la secuencia (tipo I o P).

36
Redundancia temporal (MPEG-1)

• Secuencias de cuadros (Group Of Pictures)
• Los cuadros de tipo I son los menos comprimidos,
  a continuación los de tipo P y por último los que
  más compresión obtiene son los de tipo B.
• Secuencias típicas
• IBBBPBBBI
• IBBPBBPBBI (PAL)
• IBBPBBPBBPBBI (NTSC)

37
Redundancia temporal (MPEG-1)

• La importancia de los cuadros de tipo I.
• En un sistema de vídeo es habitual el usar los
  controles de avance, retroceso, pausa, etc.
• Si queremos detener la secuencia de vídeo,
  necesitamos encontrar el último cuadro I para
  reconstruir el cuadro donde se ha detenido la
  imagen.
• Sirven como puntos de sincronización.
• Se estima que deben aparecer al menos un cuadro I
  cada 300-400 ms.
• Si se está difundiendo una secuencia de vídeo
  comprimida (TV broadcast, videoconferencia, etc)
• Permite engancharse rápidamente y recuperarse
  ante la recepción de algún cuadro dañado.

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Tema 6 Codificación y compresión de vídeo.

• 1. Introducción.
• 2. Características del vídeo.
• 2.1 Captura de vídeo analógico.
• 2.2 Digitalización.
• 2.3 Codificación (de RGB a YCbCr con
  subsampling).
• 2.4 Tipos de vídeo (según su calidad).
• 2.5 Parámetros específicos de red.
• 3. Compresión de vídeo.
• 3.1 Redundancia temporal.
• 3.2 Estimación de movimiento algoritmos.
• 3.3 Estándares MPEG y H.261.
• 4. Conclusiones.

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3.2 Estimación de movimiento Algoritmos.

• La parte más costosa de la estimación de
  movimiento corresponde a los algoritmos de
  búsqueda de macrobloques en el cuadro(s) de
  referencia.
• Provoca codificación asimétrica
• Los algoritmos más conocidos son los siguientes
• Búsqueda completa (Full-Search).
• TTS (Three-Step Search)
• Búsqueda logarítmica.
• Búsqueda en cruz (Cross-Search)
• OTS (One-at-a-Time Search)
• Vecinos más próximos (Nearest Neighbours Search)
• Búsqueda jerárquica.

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Estimación de movimiento.

• Se define una función de coste que calcula el
  error entre dos macrobloques, por ejemplo, SAE
  (Sum of Absolute Errors)
• (i,j) está definido dentro del área de búsqueda
• (NxM) determina las dimensiones del macrobloque.
• C(i,j) y R(i,j) definen los pixels del
  macrobloque actual y referencia respectivamente.
• Las coordenadas (i,j) que menor SAE exhiban
  determinarán el vector de movimiento del
  macrobloque actual.

() Más conocido como SAD (Sum of Absolute
Differences)
41
Algoritmos Full Search.

• Examina todos los puntos del área de búsqueda
  (/- p)
• Complejidad computacional por macrobloque
• Número total de posiciones (2p 1)2
• Cada posición (i,j), MxN pixels.
• Cada pixel requiere 1 resta, 1 suma y 1 valor
  absoluto.
• Complejidad (secuencia IxJ pixels _at_ F fps)
• Ejemplo
• Broadcast TV (I720, J480, F30, NM16)
• Coste de este algoritmo 29.89 GOPS (p15) ó 6.99
  GOPS (p7)

42
Algoritmos Three-Step Search.
MV (7,-3)

• Busca en la posición (0,0)
• S2N-1 (step size)
• Busca 8 posiciones a /-S píxeles alrededor de
  (0,0)
• De las nueva posiciones elige aquella con el SAD
  menor.
• SS/2 y el nuevo origen de búsqueda el punto
  obtenido en 4.
• Repetir pasos 3-5 hasta que S1.

• Coste
• Examina puntos
• 1.02 GOPS (p15) ó 770 MOPS (p7).

43
Algoritmos Búsqueda logarítmica.
MV (5,-3)

• Busca en la posición (0,0) y establece SN (step
  size)
• Selecciona 4 posiciones a S píxeles del origen en
  los ejes X e Y.
• Calcula la posición que ofrece el menor SAD,
  fijándola como el nuevo origen de la búsqueda
• Si esta posición es la central de las 5
  seleccionadas SS/2
• Si S1 ir al paso 6, sino ir al paso 2.
• Selecciona el origen actual y las 8 posiciones de
  alrededor, y calcula aquella que minimiza el SAD

• Coste
• Examina 20 puntos
• 616 MOPS (p7 y N2).

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Algoritmos Búsqueda en cruz (Cross Search)
MV (-3,-5)

• Establece el origen en la posición (0,0). S2N-1
  (step size)
• Selecciona 4 posiciones a /-S píxeles del origen
  formando una cruz (X) y el propio origen.
• Calcula la posición que ofrece el menor SAE,
  fijándola como el nuevo origen de la búsqueda
• Si (Sgt1) entonces SS/2 y va al punto 2. Sino ir
  al punto 5.
• Si la mejor posición está en el punto superior
  izquierda o inferior derecha de la X, evaluar 4
  puntos más en forma de X a una distancia de /-1
  pixel. Sino hacer lo mismo pero con los 4 puntos
  distribuidos en .

• Coste
• Examina puntos
• 523 MOPS (p7).

45
Algoritmos OTS (One-at-a-Time Search)
MV (-4,-3)
(-7,-7)
(0,-7)
(7,-7)
9
8

• Establece el origen en (0,0).
• Selecciona el origen y las dos posiciones vecinas
  en el eje X
• Calcula la posición que menor SAD exhiba. Si es
  el origen ir al paso 5.
• Establece el nuevo origen en la posición que ha
  ofrecido el menor SAD. Ir al paso 2.
• Repetir los pasos 2 al 4 seleccionando las
  posiciones en el sentido vertical (eje Y).

7
2
5
3
4
(0,7)
(7,7)
(-7,7)

• Coste
• Examina 12 puntos
• 369 MOP.

Puede dar lugar a mínimos locales !
46
Algoritmos Vecino más próximo.
MV (-3,-4)

• Calcula el SAD del (0,0).
• Establece el origen de búsqueda a la posición del
  vector supuesto (predicted vector)
• Selecciona 4 posiciones alrededor del origen en
  forma de .
• Si el origen de búsqueda (o la posición 0,0 en la
  primera iteración) ofrece el menor SAD entonces
  fin de búsqueda.
• Sino establece el nuevo origen de búsqueda en la
  posición que menor SAD ha ofrecido.

0

• Coste
• Examina 12 puntos
• 369 MOP.

Propuesto para H.263 y MPEG-4.
47
Estimación de movimiento Otras consideraciones.

• Estimación de movimiento con fracciones de pixel
• Se basa en realizar la estimación de movimiento
  con mayor precisión, ya que a veces el movimiento
  real no se ajusta a desplazamientos de píxel
  enteros.
• Half-Pixel motion estimation
• Se obtiene un imagen de mayor resolución
  interpolando un punto de la imagen entre cada dos
  píxeles.

• Se incrementan notablemente las prestaciones del
  algoritmo de estimación de movimiento a expensas
  de un mayor coste computacional.
• H.263 utiliza está técnica, incluso se propone
  utilizar ¼ y 1/8 de píxel para el estándar H.264

A Píxeles reales (Enteros) b,c,d Píxeles
interpolados. Las flechas indican la dirección de
interpolación.
48
Estimación de movimiento Mejoras propuestas.

• Vectores de movimiento fuera del cuadro de
  referencia.
• Para estimar correctamente el movimiento que se
  produce en los bordes del cuadro.
• Tamaño de bloque variable.
• Para realizar estimación de movimiento más
  precisa.
• Se utiliza en H.263 (Anexo F) y H.264.
• Tamaños 16x168x84x48x1616x8....
• OBMC (Overlapped Block Motion Compensation)
• Objetivo Suavizar los efectos de blocking que
  aparecen en los bordes de los macrobloques.
• Incremento significativo del coste computacional.
  
• H.263 recomiendo utilizar filtros de salida
  (deblocking filters) que realizan esta operación
  a un coste computacional muy inferior.
• Modelos de estimación más complejos
• Region-based, Picture Warping, Mesh-based,
  Object-based...

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Tema 6 Codificación y compresión de vídeo.

• 1. Introducción.
• 2. Características del vídeo.
• 2.1 Captura de vídeo analógico.
• 2.2 Digitalización.
• 2.3 Codificación (de RGB a YCbCr con
  subsampling).
• 2.4 Tipos de vídeo (según su calidad).
• 2.5 Parámetros específicos de red.
• 3. Compresión de vídeo.
• 3.1 Redundancia temporal.
• 3.2 Estimación de movimiento algoritmos.
• 3.3 Estándares MPEG y H.26x.
• 4. Conclusiones.

50
3.3 Estándar MPEG.

• Conjunto de estándares ISO para la grabación y
  transmisión digital de audio y vídeo.
• En su evolución se han desarrollado varias
  versiones del estándar MPEG
• MPEG-1 (ISO 11172) (91)
• CD-ROM vídeo (1,5 Mbps).
• MPEG-2 (ISO 13818) (93)
• TV Broadcast (4-6 Mbps).
• HDTV (25-34 Mbps).
• MPEG-4 (ISO 14496) (99)
• Originalmente Videoconferencia (4,8 a 64 Kbps).
• Enfoque universal de tratamiento de elementos
  multimedia.
• MPEG-7 (00-?) Descripción de contenido
  multimedia (videodatabases)
• MPEG-21 (01-?) Uso transparente de contenido
  multimedia entre redes y usuarios heterogéneos.

51
Relación entre los estándares MPEG.
52
MPEG-1.

• MPEG-1 (ISO 11172) (91)
• MPEG-Vídeo (IS 11172-2)
• MPEG-Audio (IS 11172-3)
• MPEG-System (IS 11172-1)
• Multiplexado y sincronización.
• MPEG-Conformance Testing (IS 11172-4)
• Patrones de prueba, medida de calidad, etc
• MPEG-Software Coding (IS 11172-5)
• Directrices para la codificación de los
  algoritmos.
• Propósito de MPEG-1
• Almacenamiento en CD-ROM de audio (calidad CD) y
  vídeo (calidad VCR) sincronizado (1,5 Mbps).

53
MPEG-1

• Características de MPEG-1
• Resolución de imagen 352x(288 ó 240)
  (PAL/NTSC).
• Reducción de color (sub-sampling) 420.
• Barrido progresivo (no entrelazado).
• Tasa de cuadros 25/30 (PAL/NTSC).
• Incluye cuadros de tipo D (DC-coded)
• Operaciones de avance rápido (Fast Forward).
• Codificador/decodificador asimétrico.

• Tasa de compresión 271.
• Los codificadores de audio y vídeo trabajan por
  separado.
• Utilizan un reloj común para establecer el tiempo
  de cada una de sus capturas (system).

54
MPEG-2

• Conjunto de estándares ISO 13818 (93).
• Propósito
• Mejorar la calidad de imagen respecto al anterior
  sin incrementar excesivamente la tasa de bits
  requerida
• Calidad de vídeo profesional (studio-quality) y
  HDTV
• Aplicación
• Difusión de señales de TV, HDTV, VOD
• La codificación/decodificación es muy similar a
  la de MPEG-1 salvo algunas diferencias
• No se incluyen cuadros de tipo D.
• Permite bloques de 16x8 para vídeo entrelazado.
• Otras mejoras (permite DC de hasta 10 bits,
  cuantización no lineal, nuevas tablas VLC,
  escalabilidad SNR y multiresolución)

55
MPEG-2

• Características de MPEG-2.
• Soporta barrido entrelazado y progresivo.
• Puede trabajar con distintas resoluciones
  (nivel)
• CIF 352x288/240 (VCR quality) (Compatibilidad
  MPEG-1)
• Principal 720x576/480 (studio-quality)
• High-1440 1440x1152 (HDTV)
• High 1920x1080 (HDTV)
• Define varios perfiles de implementación
• Detalles de los algoritmos de compresión y
  parámetros de imagen, barrido, etc.
• El multiplexado y sincronización es más general y
  flexible que MPEG-1
• Se pueden multiplexar/sincronizar varias fuentes
  de audio, vídeo y datos (ej. subtítulos en
  varios idiomas).

56
MPEG-4

• Propósito
• Diseño de aplicaciones multimedia interactivas
  distribuidas.
• Aplicación
• Televisión digital
• Compatibilidad con MPEG-2 (backware
  compatibility)
• Aplicaciones multimedia interactivas
• El usuario puede interaccionar con los objetos
  multimedia de la sesión.
• Distribución de información multimedia (tipo WWW)
• A través de una red, se permitirá el acceso y
  distribución a información multimedia,
  facilitando su diseño y presentación.

57
MPEG-4

• Características
• Accesibilidad de la información de manera
  universal y robusta.
• Alta interactividad con la información
  multimedia.
• Definición de escenarios virtuales compuestos por
  objetos independientes (AVOs).
• El usuario puede modificar/configurar el
  escenario actual.
• Codificación conjunta de datos sintéticos y
  reales.
• Codificación eficiente de la información.
• Mejoras en la compresión y multiplexación de la
  información.
• Codificación de objetos con forma irregular.

58
MPEG-4
59
3.3 Estándar H.261.

• Pertenece al conjunto de estándares H.320 del ITU
  dedicados a videoconferencia sobre RDSI.
• H.320 Definición de la familia de estándares
• H.221 Multiplexado, sincronización sobre uno o
  varios canales RDSI y empaquetamiento (framming).
• H.242/H.230 Establecimiento y control de
  sesión.
• H.224/H.281 Control remoto de cámaras.
• H.233 y H.234 Cifrado y autenticación de los
  datos.
• T.120 Soporte para aplicaciones (transferencia
  de imágenes, anotaciones compartidas, etc.)
• G.711, G.72x ... Algoritmos de compresión de
  audio
• H.261 Compresión de vídeo (conocido como px64).

60
Estándar H.261.

• Características de H.261
• Formato de imagen YCbCr
• CIF 352x288 (opcional)
• QCIF 176x144 (obligatorio)
• Reducción de color 420
• Tasa de cuadros/seg como máximo 30 max.
• Mecanismo de compresión similar a MPEG-1
• Para la redundancia temporal se emplean
  mecanismos similares a MPEG, basados en
  macrobloques (16x16).
• H.261 define el concepto de GOB (Group Of Blocks)
• 1 GOB 3x11 macrobloques (QCIF 3 GOBs)

61
Estándar H.261.

• Sólo se definen dos tipos de cuadros I y P.
• No existen secuencias predefinidas de cuadros.
• Decisión de codificación I o P para cada cuadro.
• Estimación de movimiento (motion estimation)
• Se realiza a nivel de macrobloque
• Búsqueda restringida en un área de -15 pixels,
  usando sólo la información de luminancia (Y).
• Resultado de la búsqueda
• Macrobloque del cuadro de anterior que más se
  parece al actual
• Cálculo de las diferencias (macrobloque error).
• Si superan un cierto umbral se codifican (DCT),
  si no se elimina el macrobloque error, utilizando
  sólo el vector de movimiento.
• Cuantificación lineal (menos costosa).
• Se siguen utilizando run-length y Huffman (VLC).

62
Estándar H.261.

• Esquema del formato H.261

63
Otros estándares H.26x.

• H.263 Mejora, amplía y sustituye el H.261
• De propósito general (no sólo para videoconf.)
• Incluye compensación de movimiento de
  medio-píxel
• Soporta cinco resoluciones (SQCIF, QCIF, CIF,
  4CIF y 16CIF)
• Permite estimación de movimiento bidireccional y
  sin restricción en el tamaño de la ventana de
  búsqueda
• H.263 Añade nuevas características a H.263
• Escalabilidad SNR, espacial y temporal
• Predicción de los valores de los coeficientes de
  la DCT
• H.264 Mejora la eficiencia en codificación
• DCT con enteros y tam. bloque 4x4, compensación
  de movimiento con bloques de tamaño variable, etc.

64
Otros estándares H.26x.

• Comparación subjetiva MPEG-4 - H.264

65
4. Conclusiones

• Las imágenes son captadas por cámaras de vídeo
  que proporcionan una señal analógica RGB.
• La digitalización está basada en el estándar
  ITU-R
• En función de la calidad de vídeo deseada,
  existen diversos formatos de imagen, barrido,
  etc.
• Se definen distintos parámetros de red de
  importancia para el transporte de vídeo
• Algoritmos de compresión de vídeo
• Fundamentos Redundancia temporal
• Algoritmos de estimación de movimiento Alto
  coste computacional.
• Estándares de compresión
• Familia MPEG 1-2-4
• Diseñados para procesar vídeo digital de calidad
  (Sector consumo).
• Familia ITU H.261-3-4
• Diseñados para comunicaciones audiovisuales en
  distintos tipos de redes (RDSI, IP, telefonía,
  etc.)