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MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital. Miguel B. C. Rasia Rodrigo L. Marca Uilian L. Souza. Prof. Orientador: Marcus Vinícius Lamar. Curitiba, 25 de Março de 2004. Conteúdo. TV Digital Compressão de Vídeo MPEG-2 MPEG-4 Análise Experimental Conclusões.

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MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

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Presentation Transcript

  1. MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo L. Marca Uilian L. Souza Prof. Orientador: Marcus Vinícius Lamar Curitiba, 25 de Março de 2004

  2. Conteúdo • TV Digital • Compressão de Vídeo • MPEG-2 • MPEG-4 • Análise Experimental • Conclusões Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  3. TV Digital • Padrões existentes: • Americano (ATSC) • Europeu (DVB) • Japonês (ISDB) • Suportam SDTV ou HDTV • Utilizam a norma MPEG-2 como padrão de compressão Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  4. Necessidade de Compressão • Sinal de SDTV: • Resolução 720x576 pixels • Mais de 400.000 pixels por quadro • 30 quadros por segundo • 24 bits por pixel • Aproximadamente  300 Mbps • Em um canal de TV (6 MHz)  20 Mbps Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  5. Padrão MPEG-2 • Moving Picture Experts Group • Utilizado atualmente nas aplicações de TV digital, DVD, Video sob Demanda. • Objetivos: • Vídeos com alta qualidade • Taxas de até 20 Mbps • Compatibilidade com sistemas de vídeo entrelaçado • Possibilidade de acesso randômico Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  6. MPEG-2 • Técnicas de Compressão: • Elimina redundâncias espacial e temporal • Transformada Discreta de Cosseno – DCT • Predição com compensação de movimentos Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  7. Técnica de Compensação de Movimentos - = Utilizando a compensação de movimentos  Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  8. Transformada Discreta de Cossenos - DCT Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  9. Tipos de Quadros Utilizados • Quadros Tipo I (intra-codificados): • São codificados através da DCT; • Não são relacionados a outros quadros; • Possibilitam acesso randômico; • Maior qualidade • Menor taxa de compressão Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  10. Tipos de Quadros Utilizados • Quadros Tipo P (preditivo): • Diferença entre quadro atual e anterior (DPCM); • Pode ser originado de quadro tipo I ou P; • Técnica de compensação de movimentos; • DCT • Qualidade mais baixa • Taxa de compressão mais alta Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  11. Tipos de Quadros Utilizados • Quadros Tipo B (preditivo bidirecional): • Diferença entre quadro atual, anterior e posterior (DPCM); • Pode ser originado de um quadro tipo I ou P; • Técnica de compensação de movimentos; • DCT; • Menor qualidade; • Maior taxa de compressão. Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  12. Exemplo de um grupo de imagens Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  13. MPEG-2 Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  14. MPEG-4 • Aplicações em: TV Digital, Imagens Interativas e Internet. • Codificadores especializados em compressão de áudio, vídeo, texto e objetos sintéticos. • Melhor precisão na estimação de movimentos e aplicação de filtros espacial e temporal para eliminação de ruídos. Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  15. MPEG-4 • Características: • Representação de objetos de vídeo independentes. • Interatividade: • Mudar a posição geométrica dos objetos. • Modificar atributos dos objetos. • Remover, adicionar ou trocar objetos. • Acesso randômico eficiente • Processo dinâmico e reversível Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  16. MPEG-4 Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  17. MPEG-4 Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  18. Análise Experimental • Seqüências de teste • Conversão YUV para RGB • Compressão e descompressão de cada seqüência • Comparação • Análise dos resultados Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  19. Parâmetros de Análise • Erro Médio Quadrático • Relação Sinal-Ruído de Pico (dB) • Taxa de bits: • MPEG-4: até 4000 kbps • MPEG-2: até 2500 kbps – limitação do codec • Taxa de Compressão Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  20. Seqüências de teste • Formato CIF: 352 x 288 pixels • 30 quadros por segundo • Formato 4:2:0 • Taxa necessária para transmissão sem codificação: 37Mbps • Arquivos YUV: <------------------LUMINÂNCIA------------> <---CROMINÂNCIA--> Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  21. Conversão YUV para RGB • Utilização de Software Matlab • Expandir Matrizes U e V (176x144) para 352x288 pixels. • Conversão dos bits: Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  22. Escolha dos Codecs • Codec MPEG-2 • AVS Video Converter 2.4 • Codecs MPEG-4 • DivX 5.1.1 • Microsoft MPEG-4 Video Codec V2 Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  23. Foreman AVS Video Converter 2.4 – MPEG2 500kbps DivX 5.1.1 – MPEG4 500kbps Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  24. Resultados Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  25. Resultados Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  26. Resultados • EMQ do MPEG-2 superior ao do MPEG-4 • Vídeo MPEG-4 com qualidade superior ao MPEG-2 (PSNR do MPEG-2 é menor) • Nas taxas entre 1000kbps e 2500kbps, a taxa de compressão do MPEG-2 é maior Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  27. Stefan AVS Video Converter 2.4 500kbps AVS Video Converter 2.4 2500kbps Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  28. Resultados Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  29. Resultados Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  30. Resultados • Resultados semelhantes ao do vídeo Foreman • MPEG-4 superior ao MPEG-2 • Maior EMQ ocorre entre os quadros 180 e 200, onde há maior movimentação Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  31. Football DivX 5.1.1 – MPEG4 4000 kbps Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  32. Resultados Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  33. Resultados Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  34. Resultados • DivX 5.1.1 continua apresentando os melhores resultados (PSNR de 40dB) • MPEG-2 apresenta uma taxa de compressão maior entre 600 e 2500kbps • Grande movimentação nos primeiros quadros aumenta o EMQ Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  35. Akiyo DivX 5.1.1 – MPEG4 4000 kbps Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  36. Resultados Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  37. MPEG4 - DivX 5.1.1 Akiyo – Taxa de Compressão MPEG4 - MS Video Codec V2 MPEG2 - AVS Video Converter 2.4 180 160 140 120 Taxa de Compressão 100 80 60 40 20 500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000 KBPS Resultados Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  38. Resultados • Resultados semelhantes aos anteriores • Codec Microsoft atinge o limite de qualidade em 1000kbps. Apesar de aumentarmos a taxa de bits a taxa de compressão não se altera • Codecs MPEG-4 apresentaram uma taxa de compressão menor ao MPEG-2 em todas as simulações Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  39. Média das Simulações Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  40. Resultados Finais • DivX apresentou o melhor desempenho • MPEG-2 apresentou erros muito maiores • Diferença de qualidade entre os dois padrões é ainda mais clara em seqüência com bastante movimentação Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  41. Resultados Finais • Em um vídeo com pouca movimentação todos os codecs apresentaram ótimos resultados: Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  42. Resultados Finais • Cenas com pouco movimento geram erros menores • É possível minimizar os erros aumentando a taxa de bits • No vídeo Stefan, onde há bastante movimentação, os codecs MPEG-4 ficaram com 9dB acima do MPEG-2 • DivX apresenta limitação em torno de 2500kbps. Abaixo de 500kbps os arquivos em MPEG-4 apresentam-se menores do que com o MPEG-2 Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  43. Conclusão • Fatores fundamentais para a análise de uma compressão: • Taxa de transmissão • Fidelidade com o vídeo original • Complexidade do algoritmo MPEG-4  melhor desempenho e maior possibilidade para novos serviços. Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital

  44. FIM

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