Aquisição/Codificação de Vídeo

Transcrição

1 Aquisição/Codificação de Vídeo Tópicos em Hipermídia Diego Fiori de Carvalho Rudinei Goularte 1

2 Roteiro Aquisição/Codificação Evolução CCD Formatos de vídeo analógico Aquisição de Imagens Padrões de Cor (RGB, HSB, YCrCb) Resolução/Amostragem Formato intermediário comum (CIF) Quantização Referências 2

3 Evolução Aquisição/Transmissão Antigamente somente controle analógico Hardware especial (Displays, Scanners, FFT s) Componentes de hardware integrados Fatores Limitantes: Armazenamento Velocidade da CPU Velocidade de I/O Largura de banda da rede QOS na transmissão 3

4 Câmeras Monocromática RGB 4

5 Formatos Vídeo Analógico NTSC - (National Television Standards Committee) - Criado nos Estados Unidos em Taxa de frames é de 29.97/segundo com 525 linhas/frame. SECAM - (Systeme En Coleur Avec Memoire) - Criado na França no final dos anos 60, e usado por alguns outros países. Taxa de frames é 25/segundo com 625 linhas/frame. PAL (Phase Alternate Line) Desenvolvido pela Alemanha/Ingraterra no final dos anos 60. Usado na Ingraterra e muitos países da Europa. Taxa de frames 25/segundo com 625 linhas/frame. Brasil utiliza o sistema PAL na versão M. 5

6 Aquisição e Representação de imagens Como as imagens são capturadas? Tecnologia tenta imitar o olho humano Cones 7 milhões Bastonetes 120 milhões (rodopsina - púrpura visual) 6

7 Aquisição e Representação de Imagens CCD Charge-coupled device: Os CCDs são detectores de silício que convertem fótons em elétrons. 7

8 Aquisição de Imagens Imagem é entendida como uma matriz de pontos. Pixel = elemento de imagem Luz proveniente de cada ponto é capturado por um sensor (CCD). 8

9 Aquisição e representação de imagens CCD e representação 9

10 Princípios de aquisição de imagens O conceito de imagem digital f(x,y) = i(x,y)r(x,y) 0<i(x,y)< 0<r(x,y)< 1 i - iluminação r - reflexão 10

11 Imagem é função discreta. Imagem real Sensores Imagem adquirida 11

12 Digitalização do sinal de vídeo Uma imagem pode ser capturada eletricamente através de uma leitura seqüencial dos valores de brilho de uma série de pontos que a compõem, convertendo assim a imagem inteira. Isso é chamado de rastreamento ou varredura (scanning). Um sinal analógico (voltagem) é gerado, representando o brilho de um ponto da imagem. Se o processo é feito rapidamente (30 a 60 vezes por segundo), os olhos vêem uma imagem contínua. 12

13 Rastreamento 13

14 Padrão RGB RGB : formato baseado na tricromaticidade da visão humana, onde temos sensores para ondas curtas (azul), médias(verde) e longas(vermelho). Teoria de Tristimulus 14

15 HSB HSB (hue, saturation, brightness) Corresponde ao modo que a mente humana percebe cor, com brightness sendo a intensidade de luz, hue o espectro de cores e saturation a quantidade de hue adicionada ao brilho puro. Também chamado de HLS (hue, lightness, saturation) 15

16 HSB hue é a cor real. É medida em graus angulares em torno do cone que começa e que termina no vermelho = 0 ou 360 (assim amarelo = 60, verde = 120, etc.) saturation é a pureza da cor, medida em porcentagem do centro do cone (0) à superfície (100). Saturação de 0%, o hue é sem sentido. Brightness é medido na porcentagem do preto (0) ao branco (100). Brilho de 0%, o hue e o saturation não existem. O brilho descrito aqui refere-se somente aos valores relativos dentro da fonte observada (por exemplo, uma tela de exposição ou o original impresso). O luminance real (de uma fonte clara) ou a reflectância (de um objeto) são uma edição diferente -- estes valores são medidos com dispositivos tais como medidores claros fotográficos. ficos. A distinção entre níveis n do brilho é realmente logarítmica, não linear como a 16 escala de HSB implicaria.

17 Padrão YCbCr / YUV Sistema de cores utilizado em sistemas como o PAL/SECAM. Y Luminância: Brilho Cb/Cr Crominância: Coloração Saturação 17

18 YCbCr Sampling 18

19 YCbCr Sampling 19

20 Resolução / Amostragem 256x x128 64x64 32x32 20 Lenna

21 Resolução / Amostragem 128x128 64x64 32x32 256x256 21

22 Profundidade 256x levels 256x levels 256x levels 256x256 8 levels 256x256 4 levels 256x256 2 levels 22

23 CIF Common Interchange Format O CIF (formato intermediário comum) é usado na padronização nas definições horizontais e verticais nos pixels de seqüências de YCbCr nos sinais video. 23

24 CIF Common Interchange Format 24

25 Qualidade do Vídeo 25

26 Quantização Primeira forma de compressão está associada a quantização. A redução do número de bits/amostra, reduz as características físicas da imagem, variando a precisão da representação. 26

27 Quantização DC e AC Imagem dividida em blocos de 8x8 pixels Aplicação da DCT bidimensional 27

28 Quantização Os coeficientes da DCT são quantizados para reduzir sua amplitude e aumentar o número de coeficientes iguais a zero descartando informações que são visualmente insignificantes. 28

29 Quantização 29

30 Referências Iain E. G. Richardson. H264 and MPEG4 Video Compression Gonzales & Woods. Digital Image Processing. 2 nd ed. Prentice-Hall,2002 Russ C. John. The Image Processing Handbook. 4 nd ed. CRC Press Slides Multimidia Rudinei/Notas Didáticas número 29. Slides Computação Gráfica Odemir Bruno DCC-UFMG : MPEG-2 Um estudo do padrão de vídeo: 30

31 SIF Source Input Format Armazenamento e Transmissão: MPEG1 PAL/SECAM: 625/50 SIF 25 frames/segundo NTSC: 525/59.94 SIF frames/segundo 31