8/3/2019 Audio i Video Formati

1/3

KompresijeAudio i video formati

Grafiki formati

Monohromatska bit mapaMonohromatska-binarna slika

Svaki pixel se memorie kao jedan bit (0 ili 1)

Primer: 640x480 pixela proizvode 37.5 kB Pimenjuju se Dithering ili HalftoningRazliit raspored i gustina taaka u poljima iji se srednji nivo osvetljaja prepozna

Gray-scale slikaGray-scale slika

Pixeli se uobiajeno memoriu u byte-ima (od 0 do 255 nivoa sjajnosti) 640x480 pixela daju vie od 300kB

8-bitna kolor slika8-bitna kolor slika

Byte po pixel (od 0 do 255 razliitih boja) Zahteva se look-up tabela za boje

Slike mogu biti indeksirane (dodeljuju se vrednosti pojedinim bojama) 640x480 pixel-a proizvodi 307.2 kB (kao i grayscale slika iste veliine)

24-bitna kolor slika24-bitska slika

Byte po pixel (od 0 do 255 nivoa)- tri byte-a za RGB 256x256x256 moguih boja (16 777 216 ukupno) 640x480 pixel-a proizvodi 921.6 kB 32-bitske slike su 24-bitne sa dodatnim byte-om za efekte

Standardni nezavisni formati

GifGif

Graphic Image Format (UNISYS Corp.) je definisan za prenos slika telefonskim linijama (modemska veza) Koristi Lempel-Ziv Welch algoritam koji je neznatno modifikovan za linijsko skeniranje slika. Ogranien je na 8-bitske (256 nivoa) kolor slike Pogodan za slike bez blagih prelaza (grafika srtei) Podrava analizu sa proredom (interlacing) Podrava transparenciju bez alfa kanala.

JPEGJPEG Standardna fotografska kompresija Uraunava HVS Kompresija sa gubicima dozvoljava proizvoljan kvalitet

Tiff

Tiff Tagged Image Format se koristi za memorisanje monohromatskih, gray-scale, 8-bitskih, 24-bitskih RGB slika Kompresija bez gubitaka (ako nije pravljena iz neke ve formirane komprimovane slike) Nema prednosti nad JPEG

alfa kanali

Alfa kanali imaju sledee osobine:Svaka slika (izuzev 16-bitskih) moe da sadri 24 kanala, ukljuujui kolor i gray-scale.Svi kanali su 8-bitske grayscale slike, koje mogu da podre 256 nivoa sivog.Moe se specificirati ime, kolor, maske, i prozirnost za svaki kanal.Svi novi kanali imaju iste dimenzije i broj pixel-a.Mogu se editovati maske koristei paint alat, edit alat i filtre.

PNG Portable Network Graphics (PNG) format Kompresija bez gubitaka (koristi se za web) Za razliku od GIF (8-bitske slike) podrava 24-bitske slike i daje transparenciju bez reckave strukture PNG format podrava RGB, indeksirani kolor, gray-scale, i bitmap slike bez alfa kanala Ne podravaju ga svi web browser-i

8/3/2019 Audio i Video Formati

2/3

Kompresija slike

Potreban je visok stepen kompresije (vei od 540 za CIF sa 25 slika u sekundi, preko PSTN) uzzadovoljavajui (subjektivni) kvalitet slike Koristi se velika korelisanost susednih piksela u prostornom domenu (unutar slike intraframe) i uvremenskom domenu (izmeu susednih slika interframe): Koduje se samo razlika piksela (koja je mala) Vri se predikcija frejmova

Koduje se grupa piksela Koriste se svojstva ljudskog vida (HVS), ... Ostvaruju se visoki stepeni kompresije (preko 150:1) bez vidljive degradacije kvaliteta

Razvoj metoda za kompresiju slike

ITU-T (International Telecommunication UnionTelecommunication Sector, ranijeCCITT), sa svojom VCEG(VideoCoding Expert Group) ITU standardi H.26x preteno za komunikaciju u realnom vremenu i od jednog ka drugom korisniku(point-to-point) ili od jednog ka ostalim korisnicima (point-to-multipoint). ISO/IEC (International Standard Organisation / International Electrotechnical Commission) sagrupom MPEG (Motion Picture Experts Group) ISO MPEG-x standardi za arhiviranje i distribuciju kvalitetnog video materijala (filmovi, kompjuterske igre, i slino) ukomercijalne svrhe. Ciljna grupa predstavljaju proizvoai, provajderi i korisnici 'zabavnog' video materijala

Konvergencija standarda:MPEG-2 = ITU H.262, H.263 ~ MPEG-4, H.264 AVC = MPEG-4 Ver. 10Kompresija mirne slike

JPEG, ISO Standard 10918 (alternativno referisan kao ITU T.81). Rad na standardu je zapoeo 80-tihgodina, a standard je usvojen 1992. Primarno je razvijen za kompresiju mirne slike ali se moe primeniti i za pokretne slike MJPEG

JPEG standard

Algoritamski gledano, JPEG se moe ostvariti kao: sekvencijalni DCT (Discrete Cosine Transform) postupak nad blokovima 8x8 piksela, progresivni DCT postupak, postupak bez gubitaka i hijerarhijski postupak.

Postupak bez gubitaka, zapravo, ne koristi kvantovanje, te nema gubitka informacije ali je stepen kompresije mali (do oko5:1). Posebno su interesantni progresivni, a naroito hijerarhijski postupak, jer obezbeuju brz prenos i/ili prikazivanje celeslike poevi od slike slabogkvaliteta do slike punog kvaliteta, kroz nekoliko prolaza.

Video signal

Uobiajeni format (dimenzija) slike 4:3 CIF (Common Intermediate Format): 288 linija, 352 luminentna (Y) piksela po liniji, sa 8 bpp, odnosno, 101952 bajtova(815616 bita). Podaci o boji: Cb (B-Y) i Cr (R-Y), svaka 144x176 piksela, 8 bpp = 50976 bajtova, odnosno, 407808 bita zaobe komponente. Ukupno: 1.22 Mbita 25 slika u sekundi: protok oko 30 Mbit/s Jedan minut video materijala oko 230 Mbajta, igrani film (90 minuta) preko 20 Gbajta ak i QCIF (144x176 piksela za Y, 2x72x88 za boju) i sa 7.5 slika/sec (videokonferencija) zahteva protok od 2.25 Mbit/s

Kompresija video signala

Kodovanje pokretnih slika (video signala) pored prostorne uvodi i vremensku redundansku piksela, kao i predikciju pokreta,ime se ostvaruju visoki stepeni kompresije bez vidljive degradacije kvaliteta Sredinom 80-tih godina prolog veka: ITU-T H.261. Prenos video signala za potrebe videokonferencije i videotelefonije preko ISDN dakle, za prenos relativno sporih sekvenci(poznatih kao head-andshoulders) to je mogue ostvariti sa malim protocima bita. Slike u CIF formatu i/ili QCIF (Quarter CIF).

ITU-T H.261

Svaka slika (frame), kako za luminentne tako i za hrominentne komponente, se deli na blokove veliine 8x8 piksela.Formiraju se makro-blokovi (MB) koji sadre etiri luminentna bloka i po jedan hrominentni blok (format odmeravanja4:1:1 ili 4:2:0). Od makro-blokova se formira grupa blokova (GOB = Group of Blocks)

Transformaciono kodovanje (za redukciju prostorne redundanse) i kompenzacija pokreta (za redukcijuvremenske redundanse). Prva slika u video sekvenci se koduje u tzv. intra-frame modu (tzv. I-slika), na isti nain kao zamirnu sliku, slino kao u JPEG standardu.

H.261 - nastavak Vremenska korelisanost, kao i inercija oveijeg vida, doputaju ostvarenje visokog stepena kompresije.

8/3/2019 Audio i Video Formati

3/3

Na osnovu jedne slike moe se predvideti naredna slika u sekvenci, koja se, uobiajeno, malo razlikuje od stvarne naredneslike. Time se moe kodovati samo razlika predikcije u odnosu na stvarnu sliku, ime se generiu tzv. P-slike. P-slike koriste

predikciju pokreta, na osnovu prethodne I- ili P-slike iz sekvence, aobezbeuju znatno veu kompresiju u odnosu na I-slike; P-slika koristi 50% do 70% manje bita u odnosu na I-sliku Za predikciju pokreta se koristi luminentni sadraj iz makro-blokova, tako to se vri procena najboljeg slaganja blokova(BM =Block Matching). Svaki makro-blok iz trenutno procesirane slike se poredi sa makro-blokovima koji lee unutar

prozora za pretraivanje u prethodno rekonstruisanoj slici

H.263 standardi Dalji razvoj video kompresije ITU-T Kratkoroan cilj unapreenje standarda H.261: H.263 (usvojen 1996.) radui prenosa video signala kroz standardnutelefonsku ili mobilnu mreu (64 kb/s) i njegove kasnije verzije H.263+ (ili H.263 Version 2), i H.263++, Dugoroan cilj projektovanje novog standarda: H.26L (poznat i kao H.263L). Koristi se vie novih reenja: Kompresija na bazi wavelet-a; kompenzacija pokreta sa preklapanjem blokova (poboljanje od oko 1.5 dB u odnosu naH.263++); celobrojne transformacije, to je pogodnije za hardversku realizaciju; PB-slike kombinacija dve slike: P- i B-slika se koduju kao jedna jedinica. Sama B-slika (prvi put uvedena u MPEG-1) doputa veliku kompresiju, te ovakvo kodovanje omoguava poveanje brzine

prenosa slika bez znaajnijeg zahteva za poveanjem bitske brzine

ISO MPEG-1

MPEG-1, je projektovan prvenstveno radi memorisanja audiovizuelne informacije na optiki CD-ROM. Kako je tajmedijum pri 'single speed' modu zahtevao brzinu prenosa od 1.4 Mbit/s, ciljni zadatak je bio ostvariti 'video CD' (standardniCD koji moe da sadri do 70 minuta audiovizuelnog sadraja), uz kvalitet koji je uporediv sa VHS video trakom nije

postigao komercijalni uspeh! MPEG-1 pored predikcije unapred (P-slike) prvi put uvodi bidirekciono kodovanje. Novi tip slika, tzv. slike B tipa(bidirekcione), zasnovane su na izraunavanju vektora pokreta iz dve referentne slike, jedne ispred, a druge iza trenutnokodovane B slike (bez obzira da li su to I- ili P- slike

MPEG-2

Standard MPEG-2 (definisan i kao H.262, preporukom ITU-T), kompatibilan je sa MPEG-1 i fleksibilan doputa irok raspon video kvaliteta od standardnog televizijskog do televizije visoke rezolucije (HDTV =HighDefinitionTV). Izrazito je komercijalno orijentisan i namenjen TV difuznom ili kablovskom prenosu i/ili memorisanju audiovizuelnogsadraja na optikim CDROM ili DVD diskovima

Slojevi MPEGx imaju nekoliko nivoa, poevi od najnieg to su: piksel, blok, makroblok, iseak (slice, deo slike koji sadri16 linija slike), slika, i grupa slika (GOP)

MPEG-4

MPEG-4 (1999. god.) je objektno-orijentisan. Koduju se detektovani objekti dodatno poveanje stepena kompresije ifleksibilnost kodovanja. Standard je namenjen savremenim multimedijalnim komunikacijama: TV/film/zabava i razliitiWeb-orijentisani servise. MPEG-4 standard koristi GOP (Group of Picture) organizaciju, kao i prethodni MPEG-2. Verzija 10 ovog standarda jedoneta usaglaavanjem stavova komisija ITU i ISO/IEC organizacija, definisanim u preporuci H.264. Ima niz unapreenja:mogunost predikcije pokreta na osnovu veeg broja vektora pokreta, skalabilnost (prostorna, vremenska, srukturalna),spritekodovanje, pojedinano kodovanje objekata u ravnima objekata (Video Object Plane, VOP), ...Jedna od novina u MPEG-4 standardu vezana je i za kodovanje zasnovano na modelu (model based).Ovakva vrsta kodovanja nalazi primenu i u snimanju animiranih sekvenci tehnikom motion capture.

Ostali MPEG standardi

Proirenja koncepta integracije idu u smeru upravljanja sadrajem komprimovanog materijala kroz MPEG-7 i MPEG-21standarde, na kojima se intenzivno radi.