Processamento de Sinais Áudio-Visuais

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1 Processamento de Sinais Áudio-Visuais Parte III Imagem e Video Prof. Celso Kurashima Introdução à Engenharia da Informação Fevereiro/ A Picture is worth a thousand words Uma imagem vale mil palavras 2 1

2 trailer 3 1. Introdução 2. Imagem Digital 3. Video Digital Agenda 4 2

3 programa Imagem Digital Noções sobre imagens processamento digital de imagens tipos de processamento. Vídeo Digital Noções sobre sinais de vídeo processamento digital de video tipos de processamento: transformações, compressão, reconhecimento de movimento Introdução Imagem x Video Qual a diferença entre imagem e vídeo? 6 3

4 2. Imagem Uma imagem, para nossos propósitos, é equivalente à uma fotografia obtida por câmeras fotográficas convencionais. 7 Imagem Digital Uma imagem digital é uma fotografia obtida através de uma câmera digital ou quando uma imagem é digitalizada por meio de um equipamento digitalizador de imagens (scanner) e transferida para o computador ou outra mídia digital. 8 4

5 Imagem Imagem composta por um conjunto de pontos, denominados "Pixels" (Picture Elements) ou "Dots". Pixels" dispostos na tela do computador formando uma matriz de pontos que é denominada de "Bit-Map" ou "Mapa de Bits". Mapa de bits reticulado - cada elemento da matriz possui uma informação referente à cor associada aquele ponto específico. Resolução" da imagem número de elementos que a imagem possui na horizontal e na vertical. 9 Representação Digital da Imagem 10 5

6 Resolução A resolução da imagem é definida como o número de elementos que a imagem possui na horizontal e na vertical, por exemplo 640x480, 1024x768, etc. quanto mais pontos uma imagem possuir, melhor é a sua resolução, ou seja, a imagem irá mostrar detalhes da cena com melhor nitidez para a visão humana. 11 Exemplo (foto: lenna) 256x x

7 Quantidade de bytes ocupados Quantos Bytes ocupam essas fotos? Numero de pixels: 256x256 = pixels 512x512 = pixels Ocupando 1 byte por pixel, então as fotos não-coloridas (i.e., em tons de cinza) ocupam 64 KB e 256 KB respectivamente. 13 Resoluções típicas em cameras digitais, monitores, e projetores 14 7

8 Em resumo: Uma imagem digital compreende essencialmente uma matriz de números, que são os pixels, Cada pixel em imagens coloridas cores vem a ocupar três bytes (um byte para cada cor do sistema RGB), e A imagem digital ocupa uma considerável quantidade de bytes para ser armazenada no computador. 15 Processamento de Imagens Processamento de Imagens Digitais é uma disciplina que estuda as técnicas de manipulação e de imagens por computador através de operações matemáticas sobre os pixels da mesma, para obtenção de algum efeito sobre a imagem original ou para a extração de alguma informação a respeito da cena fotografada. 16 8

9 Processamento de Imagens Digitais Em alguns casos, é possível realizar o processamento de imagens digitais através de placas aceleradoras gráficas de computação gráfica, e isso pode tornar o processamento mais rápido do que quando é feito somente pela CPU do computador. 17 Aplicações Tratamento e melhoria de imagens Medicina, Controle de Qualidade, Biologia, Sistemas de Monitoração e Controle (segurança), Geologia, Sensoriamento Remoto (imagens de satélites), Meteorologia, etc. 18 9

10 Aplicações Reconhecimento e classificação de objetos presentes em uma imagem Sistemas de segurança (impressões digitais), interpretação automática de textos, visão artificial, robótica, exploração automatizada (sistemas antibombas, exploração submarina, mísseis teleguiados), etc. 19 Exemplo Filtragem para Detecção de Bordas EPUSP - Kurashima,

11 Tipos de processamento digital em imagens digitais Transformações em imagens (DCT, FFT, DWT, etc), Realce, restauração, compressão, segmentação, representação, reconhecimento, visão computacional. 21 Visão geral de Processamento de Imagens 22 11

12 3. Processamento de Video Digital Video: conjunto de imagens, apresentadas em seqüência a determinada velocidade, para nos transmitir a idéia de movimento Video Digital --> imagens digitais 23 Taxa de Quadros A velocidade com que as imagens do video são apresentadas é medida pelo número de imagens por segundo, É designado por taxa de quadros por segundo (qps) ou mais comumente mencionado em inglês: frames per second (fps) rate

13 exemplos Cinema: 24 frames/s Vídeo: Sistema Eletrônico (PAL, SECAM, utilizado em países da Europa): 25 fps Vídeo: Sistema Eletrônico NTSC (utilizado na América): 30 fps No Brasil: PAL-M: fps Obs: abaixo de 10 fps a percepção do movimento fica com qualidade baixa. 25 Quantidade de bytes ocupados? Um video com imagem colorida de 640x480 pixels e taxa de 15 fps ocupa: Bytes em 1 segundo, ou Bytes em 1 minuto Bytes em 1 hora A banda de transmissao é também medida em Bits/s: bit/s ou aprox. 110 Mbit/s 26 13

14 Compressão de Video É uma necessidade para fins de armazenamento e transmissão em meios digitais Atualmente é uma área de pesquisa importante 27 Compressão de Video - ii Utiliza todos recursos de compressão de imagens Além disso, busca explorar a correlação na sequência de imagens 28 14

15 Operações importantes da Compressão Redundância Espacial Transformada Discreta do Cosseno Redundância Temporal Estimação de movimento Componentes irrelevantes Quantização Componentes com diferentes probabilidades Códigos de comprimento variável (VLC) 29 Exemplo: Codificador de Vídeo 30 15

16 Exemplo: Decodificador de Vídeo 31 Normas de Compressão de Vídeo Motion JPEG MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 H.261 H.263,H.263+ H.264/AVC 32 16

17 Leituras Brochuras do AVC e do AAC do site MPEG Industry Forum AVC: pdf AAC: pdf 33 Aplicações de Video Digital Tradicionais: Filmadoras digitais Aparelhos de DVD Videoconferência TV Digital: TV Satélite TV a cabo TV terrestre (radiodifusão) Equipamentos de estúdios de TV 34 17

18 Aplicações de Video Digital - ii Emergentes: Cinema 3D e TV-3D Telepresença e Teleconfêrencia 3D IPTV (pela Internet) Nova geração de câmeras e filmadoras digitais e aparelhos celulares Blu-ray & HD-DVD 35 Aplicações de Video Digital - iii TV-3D & Video-3D Dispositivos de apresentacao SW de composicao/representacao de imagens 3D Monitor para imagem 3D sem necessidade de óculos especiais MERL Pesquisa em 3DTV 36 18

19 Referências em Processamento de Imagens Digitais GONZALEZ, R.C.; WOODS, R.E. Digital Image Processing. 3rd ed. Prentice Hall, GONZALEZ, R.C.; WOODS, R.E.; EDDINS, S.L. Digital Image Processing Using MATLAB. Prentice Hall, RUSS, J.C. The Image Processing Handbook. 5th ed. CRC Press, Inc., Boca Raton, HU, O.R.T.; RAUNHEITTE, L.T.M. Processamento e Compressão Digital de Imagens. São Paulo: Editora Mackenzie, Referências em Modelagem por Visão Computacional TRUCCO, E.; VERRI, A. Introductory Techniques for 3-D Computer Vision. Prentice Hall, FAUGERAS, O. Three-dimensional Computer Vision. The MIT Press, Scheer, O.; Kauff, P.; Sikora, T. (Eds). 3D Videocommunication. Wiley,

20 Referências em Processamento de Vídeo HASKELL, B.G.; PURI, A.; NETRAVALI, A.N. Digital Video: An Introduction to MPEG-2. Kluwer Academic Pub, JACK, K. Video Demystified. 5th ed. Newnes, Fernando Pereira and Touradj Ebrahimi (eds). The MPEG-4 book. Prentice Hall, Richardson, Iain E. G. H.264 and MPEG-4 Video Compression: Video Coding for Next Generation Multimedia. Wiley, Video Conferencing Cookbook. Disponível em <