1 / 54

Kodiranje i kompresija

Kodiranje i kompresija. B. Ždrnja. Kompresija zvuka. ITU-TS serija shema kompresije zvuka, G.721, G.722, G.723, G.728 G.721 preporučuje sažimanje 64 Kbps streama na 32 Kbps, ADPCM metodom Razlika je kodirana sa 4 bita, uzorkovanje na 8 kHz

ace
Download Presentation

Kodiranje i kompresija

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Kodiranje i kompresija B. Ždrnja

  2. Kompresija zvuka • ITU-TS serija shema kompresije zvuka, G.721, G.722, G.723, G.728 • G.721 preporučuje sažimanje 64 Kbps streama na 32 Kbps, ADPCM metodomRazlika je kodirana sa 4 bita, uzorkovanje na 8 kHz • G.722 sub-band ADPCM metoda, uzorkovanje 16 kHz, amplituda 14 bita

  3. Kompresija zvuka • G.723 malo korišten, lossy, 24 Kbps • G.728 mali bit rate, 16 Kbps, bw 3.4 kHz, vektorska kvanzizacija LD-CELP • GSM standard, telefonija. 13.2 Kbps, uzorkovanje 8 kHz, slaba kvaliteta

  4. CELP • Code excited linear prediction • Opća kompresija glasa, do 4.8 Kbps • LPC, linear predictive coding, sve do 2.4 Kbps • Koristi se code-book koji već postoji na oba kraja, prilikom kompresije i dekompresije • Razlika uzorka se kompresira i šalje sa indeksom u code-booku

  5. MPEG-Audio • Vrlo visoka kvaliteta • Porodica od tri sheme kodiranja i kompresije, Layer-1, Layer-2 i Layer-3 • Kompleksnost algoritma • Hijerarhijska kompatibilnost • Koristi se kombinacija transformacijskog kodiranja i pod-kanalnog dijeljenja (sub-band division)

  6. MPEG audio • Spektar se dijeli na 32 kanala • Primjenjuje se brza Fourierova transformacija • Psiho-akustički model se primjenjuje da bi se ustanovio nivo šuma • Tri layera razlikuju se u konačnom koraku, kvantizaciji

  7. MPEG audio • Bit rateovi od 32 do 448 Kbps • Uzorkovanje na 32, 44.1 ili 48 kHz • Dva važna faktora, perceptualna kvaliteta zvuka i performanse kodera • Lossy kompresija ali može djelovati perceptualno kao lossless!

  8. MPEG audio • Layer 1 je pojednostavljena verzija MUSICAM-a, jednostavni enkoderi za 192 - 256 Kbps po kanalu • Layer 2 je istovjetan MUSICAM standardu, 96 do 128 Kbps po kanalu, stereo približno kvaliteta CD-a • Layer 3 je kombinacija MUSICAM-a i ASPEC-a (kompresijska shema), 64 Kbps po kanalu, vrlo blizu CD kvaliteti

  9. MPEG audio Demonstracija

  10. Kompresija slike • Velik broj algoritama, koncentracija na dva “glavna”, JPEG za nepokretne i MPEG-Video za pokretne slike

  11. JPEG • Joint Photographic Expert Group • Standard za crno-bijele slike sa sivim prijelazom ili slike u boji • Koristi kombinaciju DCT, kvantizaciju, run-length i huffmanovog kodiranja • Više načina rada, lossless i lossy kompresija • Dvo-tonske slike i slike sa prijelazom boja

  12. Bitonal slike • Group 3 facsimile standard • Prethodni Group 1 i Group 2 • Group 4 standard, bolja kvaliteta ali zahtijeva veći bit stream, 56 ili 64 Kbps • JBIG - ISO standard sličan JPEG-u, više načina rada

  13. JPEG • Želi se pokriti što više kvaliteta slike, na ponašanje kodera moguće je utjecati parametrima • Sekvencijalno kodiranje, single scan, lossy • Progresivno kodiranje, višestruki scan, lossy • Lossless kodiranje • Hijerarhijsko kodiranje

  14. JPEG, koraci • Priprema blokova podataka • Korak izvornog kodiranja • diskretna kosinusna transformacija • kvantizacija • Korak entropijskog kodiranja • Run-length kodiranje • Huffman ili aritmetičko kodiranje

  15. JPEG, koraci

  16. Priprema blokova • Svaki pixel slike predstavljen je sa komponentama (RGB, YUV ...) • JPEG radi sa do 255 komponenti (zbog nepoznate veličine slike i sub-samplinga) • DCT se provodi samo na pojedinim blokovima, svaki se blok tretira pojedinačno. • Matrice veličine 8 x 8

  17. Priprema blokova

  18. Priprema blokova • Primjer: slika predstavljena sa tri komponente, Y, U, V • Veličina slike neka je 640 x 480 pixela • Luminance je matrica 640 x 480, boje su matrice 320 x 240 (4:1:1) • Priprema blokova će predati DCT-u 4800 blokova svjetline i dva puta 1200 blokova boje. • Non-interleaved, left->right, top->bottom

  19. Diskretna kosinusna transformacija • Transformacija svakog bloka • Svaki blok ima 64 vrijednosti amplitude (ona je funkcija 2 koordinate), a = f(x,y) • Nakon DCT c = g(Fx, Fy)

  20. Diskretna kosinusna transformacija

  21. Disktretna kosinusna transformacija

  22. Diskretna kosinusna transformacija • Primjer sa monokromatskom slikom • 8 x 8 blokovi, signal je gotovo konstantan između pixela • Nulta frekvencija je visoka, signal se ne mijenja u smjerovima • Povučemo liniju • U nekim blokovima visoka promjena • Takve slike nisu za JPEG

  23. Kvantizacija • Do sada nije izgubljeno ništa informacije o slici • Normalizacija svakog koeficijenta DCT dijeljenjem sa nekom vrijednošću • Kvantizacijska tablica • Ovaj korak je moguće parametrizirati • Kvantizacijska tablica sa jedinicama ne mijenja vrijednost koeficijenata

  24. Kvantizacija • Cilj je postići daljnju kompresiju predstavljenjem DCT koeficijenata određenom točnošću • Tablica predstavlja parametre gubitaka slike • Povećanje vrijednosti koeficijenata tablice povećava stupanj kompresije

  25. Kvantizacija

  26. Run-length kodiranje koeficijenata • Nakon kvantizacije samo pojedini koeficijenti su “preživjeli” • Ne šalju se liniju po liniju, jer run-length kompresira sukcesivne vrijednosti • Optimalni slijed je cik-cak sekvenca (zig-zag sequence) budući da su veće vrijednosti u gornjem lijevom kutu a manje u donjem desnom

  27. Run-length kodiranje

  28. Huffmanovo ili aritmetičko kodiranje • Zadnji korak • Zahtijeva tablicu kodova. • Tehnika aritmetičkog kodiranja

  29. JPEG • Stupanj kompresije čak do 20:1 ili 25:1 • Koristi psihofizičke karakteristike ljudskog oka • Nije za namijenu daljnje analize slika

  30. JPEG Demonstracija

  31. Kompresija pokretnih slika • Eliminiranje ponavljanih informacija • Prostorna redundancija, odnosi se na pojedine slike, obično se koristi tehnika JPEG-a • Vremenska redundancija, odnosi se na redundanciju između frameova, obično se koristi DCPM tehnika

  32. Praktični tipovi kompresija • Implementacije koje koriste samo prostornu redundanciju, motion JPEGPrednost je da gubitak frame tijekom prijenosa ne utječe na ostatakSmanjeni compression delay (8 - 10 M) • Implementacije koje koriste i prostorne i vremenske redundancijeViši stupnjevi kompresijePostoji compression delay

  33. Kompresija pokretnih slika • Reference i intracoded frameovi

  34. Kompresija pokretnih slika • Reference frame je frame iz kojega se konstruiraju drugi frameovi • Intracoded frame je frame koji ne nastaje iz bilo kojeg drugog framea

  35. Vektor pokreta i makroblokovi • Neki blok koji je postojao u F1 nalazi se također i u F2. • U ovom slučaju efikasno je prenijeti samo vektor koji pokazuje prostorni pomak tog bloka • Takvi blokovi nazivaju se matching blocks • U MPEG-1 16x16 blokovi za svjetlinu i 8x8 za boje (makroblok)

  36. Vektor pomaka (motion vector)

  37. Predicted i bidirectional frameovi • Neka F3 ima makroblok zajednički sa F1. Ako je on konstruiran samo od F1 nazivamo ga predicted frameom (P) • F2 ima zajedničke makroblokove sa F3 i F1. Da bi konstruilari F2, F1 i F3 moraju biti bufferirani. F2 se naziva bidirectional frameom (B) koji je konstruiran iz dva smjera

  38. Predicted i bidirectional frameovi

  39. Najsličniji makroblok • Best matching macroblock algoritmi • Ako nije jednak, računa se aritmetička razlika između stvarnog i najsličnijeg makrobloka • Razlika se naziva error term • Pojedini makroblokovi nemaju zadovoljavajućih i moraju se kodirati u I-frameove

  40. Intracoded i predicted frameovi

  41. Intracoded, predicted i bidirectional frameovi

  42. Tipične sekvence • IBBBPBBBI • PAL: IBBPBBPBBI • NTSC: IBBPBBPBBPBBI

  43. Kodiranje I-frameova • Slično lossy kodiranju JPEG-a • Svjetlina i boje se dijele u blokove 8 x 8 • Svaki blok se transformira DCT • Provođenje kvantizacije • Cik-cak run-length kodiranje • Huffman-like kodiranje

  44. Kodiranje I-frameova

  45. Kodiranje P- i B-frameova • Za svaki makroblok traži se najsličniji u referentnom frameu • Računa se razlika, kao i motion vector • Error term koji je matrica se DCT • Provodi se kvantizacija, cik-cak run-length i Huffmanovo kodiranje • Kvantizacijska tablica je različita od one kod JPEG-a • Motion vector se kodira DPCM-om

  46. Kodiranje P- i B-frameova

  47. Pregled MPEG standarda • MPEG-Video • MPEG-Audio • MPEG-System - upotreba dva streama, sinkronizacija • MPEG-conformance testing • MPEG-software coding

  48. MPEG-1 • Kodiranje pokretnih slika i zvuka do 1.5 Mbps • Ako audio kanal troši 200-250 Kbps, na sliku ostaje 1.15 ili 1.2 Mbps • Srednja kvaliteta, 352x240 za NTSC ili 352x288 za PAL • 4:1:1 odnos (176x120 za boje NTSC ili 176x144 PAL)

  49. MPEG-1 • Frame rateovi 30 NTSC, 25 PAL, isti stream • Slike veličine do 4095x4095 pixela

  50. MPEG-2 • Generičko kodiranje pokretne slike i zvuka • Mogućnost više audio signala, stream do 10 Mbps • Optimalno za veličine 720x480 (svjetlina) i 360x480 boja • Može radiit u progresivnom ili interlaced scan modu

More Related