Codificación y compresión de video Sub 1. Introducción. 2. Características del vídeo. 2.1 Captura de vídeo analógico. 2.2 Digitalización. 2.3 Codificación. 2.4 Tipos de vídeo (según su calidad). 2.5 Parámetros específicos de red. 3. Compresión de vídeo. 3.1 Redundancia temporal. 3.2 Estimación de movimiento. 3.3 Estándares: MPEG y H.261. 4. Conclusiones.
1. Introducción Una secuencia de vídeo es una sucesión de imágenes que producen sensación de movimiento. El proceso completo de transmisión de vídeo con compresión consiste en: Adquisición del vídeo a transmitir. Captura analógica de la secuencia de imágenes. Digitalización del vídeo. (Re)codificación y subsampling de las muestras. Típicamente se pasa de RGB a YCbCr Subsampling de la crominancia (de 4:4:4 a 4:2:0 ó 4:2:2) Compresión del vídeo. Transmisión progresiva del vídeo comprimido (a ser posible usando protocolos con soporte multimedia)
2.1 Captura de vídeo analógico I Las imágenes (dos dimensiones) son convertidas en una señal analógica. Se capturan las imágenes a intervalos regulares. Cada imagen (cuadro o frame) es barrida calculando la intensidad de cada punto (B&W). Para reproducir la imagen se realiza el proceso inverso. (Gp:) Líneas de barrido (Gp:) 1 (Gp:) 3 (Gp:) 5 (Gp:) 7 (Gp:) 9 (Gp:) 483 (Gp:) Líneas de barrido mostradas
(Gp:) t (Gp:) a (Gp:) Lentes (Gp:) Placa de barrido
2.1 Captura de vídeo analógico II La captura (y reproducción) de imágenes en color es muy similar a la de blanco y negro. En este caso se utilizan tres haces de barrido (RGB). Conversión RGB a YUV (compatibilidad con señales B&W). Y: Luminancia (intensidad). U y V: Diferencias de color. El ojo humano es más sensible a la intensidad (brillo) que a la información de color (sub-sampling). (Gp:) Lentes (Gp:) Placa de barrido (Gp:) t (Gp:) a (Gp:) Divisor (Gp:) Filtros (Gp:) t (Gp:) a (Gp:) t (Gp:) a (Gp:) R (Gp:) G (Gp:) B
(Gp:) Cámara (Gp:) Demod. Conv. (Gp:) CRT (Gp:) TV Color (Gp:) R (Gp:) G (Gp:) B (Gp:) Y+C (Gp:) Filtro (Gp:) CRT (Gp:) TV B&W (Gp:) Y (Gp:) Y+C (Gp:) G (Gp:) B (Gp:) R (Gp:) Y (Gp:) U (Gp:) V (Gp:) C (Gp:) Modulador (Gp:) Codificador
2.1 Captura de vídeo analógico III Parámetros de barrido: Relación de aspecto (ancho:alto): 4:3 Existen distintos estándares: NTSC (Usa y Japón): 525 líneas, 30 frames/s PAL/SECAM (Resto): 625 líneas, 25 frames/s. Algunas líneas (superiores e inferiores) no son visibles. Durante el retorno vertical, se puede insertar información adicional (teletexto).
Barrido entrelazado y progresivo. Entrelazado. Cada cuadro se representa con dos campos sucesivos (uno con las líneas impares y otro con las pares) (60 c/s ó 50 c/s).
2.1 Captura de vídeo analógico IV Parpadeo de imagen (flicker) Efecto que aparece cuando la imagen no es refrescada con suficiente rapidez. La retina mantiene una imagen durante un tiempo antes de que desaparezca. Valor mínimo: 50 imágenes/segundo
Continuidad de movimiento. Viene determinada por el número de cuadros diferentes por segundo. No se recomienda utilizar menos de 25 cuadros/s.
Ancho de banda de una señal de vídeo analógico: 6 MHz.
2.2 Digitalización I ITU-R (CCIR-601): Estándar para la digitalización de señales de TV. Define los parámetros de muestreo, cuantificación, barrido y resolución de imagen que se deben tomar para digitalizar una señal de TV analógica.
Parámetros de barrido: Dos formatos (NTSC y PAL/SECAM) 525 líneas y 858 muestras/línea – 30 frames/seg. 625 líneas y 864 muestras/línea – 25 frames/seg. Las muestras corresponden a la luminancia (Y): Intensidad de luz de cada pixel (cantidad de blanco). Las diferencias de color Cr (U) y Cb (V) se muestrean a la mitad (429/línea, 432/línea): Sub-sampling 4:2:2.
2.2 Digitalización II Cada línea tiene una zona visible (línea activa). Este estándar define una línea activa de 720 pixels. Se define un número de líneas visibles por cuadro: 480 (NTSC), 576 (PAL/SECAM). Barrido entrelazado: Un cuadro (frame) está formado por dos campos: El primero con las líneas impares y el segundo con las pares.
Frecuencia de muestreo única. 525x858x30* = 625x864x25 = 13,5 MHz. (Gp:) Línea completa (Gp:) Línea activa 720 muestreos (Gp:) Tiempo
2.2 Digitalización III Codificación y recodificación. Cada muestra RGB se codifica con 24 bits/color. La conversión de RGB a YCbCr (YUV) se realiza mediante una matriz de conversión (aproximada): Y = 0.3R + 0.6G + 0.1B U = B – Y (Diferencia de color azul) (equiv. Cb=U/2+128) V = R – Y (Diferencia de color rojo) (equiv. Cr=V/1.6+128) Cada uno de los componentes se codifica con 8 bits. Y (8 bits): rango 16-235 Cb (8 bits) y Cr (8 bits): rango 16-240
(Gp:)
R (Gp:)
G (Gp:)
B (Gp:) 720 (Gp:) 480 o 576 (Gp:)
Y (Gp:) 720 (Gp:) 480 o 576 (Gp:)
Cb (Gp:)
Cr (Gp:) 360 (Gp:) 480 o 576 (Gp:) Subsampling 4:2:2
2.3 Codificación: RGB
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