Sin t

1
OPTIMIZACION DE LAS TECNICAS ESTANDARES DE
COMPRESION PARA IMÁGENES, SONIDOS Y VIDEOS
Carpio Pineda
Nancy Cervantes
OK!
2
DEFINICION - COMPRESION
Proceso de reducción del volumen de datos
necesario para poder representar una determinada
información. Aclarando que los datos son el
medio a través del cual se conduce la información.
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3
CLASIFICACION - COMPRESION

• Sin Pérdida (Recuperación exacta) -
  CODIFICACIONES ENTROPICAS
• HUFFMAN - ARITMETICA
• Con Pérdida (Recuperación similar)
• Basadas en Predicción
• Los valores siguientes se predicen de
  acuerdo a valores previos
• Orientadas por la frecuencia
• Aplican la transformada discreta del Coseno
• Orientadas por la importancia
• Usan características de la imagen como base
• Híbridas
• Combinan las tres anteriores
• Fractal
• Utilizan chips Se introducen entre H y S y es
  muy lenta

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4
IMAGENES
SONIDOS
VIDEOS
INICIO
FIN
5
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS
TECNICAS DE COMPRESION

• Mapeo de Color
• Codificación de longitud en tiempo de ejecución
• Compresión basada en directorio
• Redundancia Psicovisual

ESTANDARES DE COMPRESION

• JBIG
• JPEG

Opciones
6
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS
TECNICAS DE COMPRESION MAPEO DE COLOR

• La cantidad de colores de una imagen incrementa
• su tamaño en bytes
• Una imagen no puede tener más colores que la
• cantidad de pixeles que la forman
• En una imagen hay colores que predominan
• Los colores de la imagen tienen un espectro de
• millones de colores
• Limitar el espectro a través de cantidades de
  bits
• o códigos de acuerdo a la cantidad de tonos a
• utilizar.

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Opciones
Gráfica
7
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS
TECNICAS DE COMPRESION RLE

• Las imágenes tienen secuencias de bits
  repetidos
• Almacenar un código de pixel repetido y un
• multiplicador que indique las veces de
  repetición
• Es ineficiente en imágenes que no poseen áreas
• continuas de color.

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Opciones
Ejemplo
8
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS
TECNICAS DE COMPRESION LEMPEL-ZIV

• Buscar patrones que ocurran varias veces en un
• flujo de datos
• Almacenar una copia de cada patrón en un dic-
• cionario asignándole un token corto que lo
  re-
• presente.
• Sustituir cada flujo con el token asignado
• Para descomprimir se utiliza el diccionario
  para
• restablecer el flujo original.

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Opciones
Ejemplo
9
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS
TECNICAS DE COMPRESION REDUNDANCIA PSICOVISUAL

• La sensibilidad del ojo humano es diferente
  hacia
• cada área de la imagen
• La información se considera psicovisualmente
• redundante y puede ser eliminada sin que
  altere
• significativamente la imagen.
• La redundancia psicovisual está relacionada a
  la
• información visual real y no a los datos que
  re-
• presentan la información
• Compresión con pérdida. Altos niveles produce
• falsos contornos, emborronamientos, etc.

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Opciones
10
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS
ESTANDARES DE COMPRESION JBIG

• Aprobada por el ISO y el CCITT
• Compresión sin Pérdida
• Es un sistema Binivel (Blanco y Negro)
• Utiliza la decodificación progresiva
• Una imagen es capturada con compresión de baja
  resolución y una secuencia delta que permita
  duplicar la resolución. Este proceso se repite
  varias veces.
• Cuando se elige 0 la capacidad de compresión se
• desperdicia
• Su desventaja es que necesita de estructuras de
  
• buffer muy largas para recuperar la imagen
• comprimida

Opciones
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11
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS
ESTANDARES DE COMPRESION JBIG - ESTRUCTURA
Opciones
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12
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS
ESTANDARES DE COMPRESION JBIG - ESTRUCTURA
Normas de adaptación Busca frecuencias de medio
tono y si existen aumenta la compresión.
Predicción determinística Trabaja sobre la
reducción de resolución para alcanzar un 5 de
ventaja
Predicción típica Trabaja sobre las regiones de
color continuo para mejorar la velocidad.
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Opciones
13
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS
TECNICA DE COMPRESION MAPEO DE COLOR
MAXIMO 256 COLORES MAPA DE COLOR
MILLONES DE COLORES
Opciones
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14
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS
TECNICA DE COMPRESION RLE - EJEMPLO
Se tiene una secuencia 1111111111333333333322222
22221111111
Es codificado como (1,10) (3,10) (2,9) (1,7)
Una variación en la misma técnica puede
ser UNNNNNNNNIVERSIDAD U!8NIVERSIDAD
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Opciones
15
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS
TECNICA DE COMPRESION DICCIONARIO - EJEMPLO
Considerando las siguientes líneas
Esta es una prueba de codificación utilizando un
diccionario que representa una codificación
entrópica, ya que es reversible.
Esta 1 Es 2 Una 3 de 4 un 5 que 6 ya
7 Codificación c
1 2 3 p r u e b a 4 c u t i l
i z a n d o 5 d i c c i o n a r
i o 6 r e p r e s e n t a 3 c e
n t r o p i c a , 7 6 2 r e v e r
s i b l e .
125 caracteres con 17 espacios en blanco se
reduce a 71 caracteres gt 34,25 de compresión.
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Opciones
16
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS
ESTANDARES DE COMPRESION JPEG

• Constituye un estándar universal sacrificando
• información no significativa.
• Maneja imágenes con millones de colores (24
  bits)
• Es reconocido como ISO 10918
• Trabaja manejando la luminancia y crominancia
• En un esquema de compresión híbrido con pérdida
• Buenos resultados hasta una relación de 201.
• Posee cuatro modos de operación
• Secuencial Basado en DCT
• Progresivo Basado en DCT
• Sin pérdida
• Jerárquico

Opciones
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17
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS
ESTANDARES DE COMPRESION JPEG MODO SECUENCIAL
BASADO EN DCT

• Particiona la imagen en bloques de 8x8
• Se aplica la FDCT (concentra energía en los
  coeficientes)
• Cuantificación (transforma la mayor cantidad de
  coefi-
• cientes a 0)
• Se codifica el resultado con codificador
  entrópico como el
• de Huffman

Ver gráficamente
Opciones
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Gráficos
18
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS
ESTANDARES DE COMPRESION JPEG MODO SECUENCIAL
BASADO EN DCT
B
. . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . .
G
. . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . .
R
AC
DC
. . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
AC
AC
Opciones
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Gráficos
19
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS
CODIFICADOR ENTROPICO HUFFMAN
Si se tiene las siguientes ocurrencias dentro de
un texto
Se puede formar el siguiente árbol
A 15 B 7 C 6 D 6 E 5
A 0 B 100 C 101 D 110 E 111
Opciones
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Gráficos
20
GRAFICOS PARA IMÁGENES FIJAS JPG

• Niveles de compresión vs Tamaño (Rostros)
• Niveles de compresión vs Tamaño (Estructuras)
• Niveles de compresión vs Tamaño (Paisajes)
• Rangos aceptables de calidad
• Tamaño real vs Comprimidos

Opciones
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21
GRAFICOS PARA IMÁGENES FIJAS JPG
Opciones
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22
GRAFICOS PARA IMÁGENES FIJAS JPG
Opciones
Anterior
23
GRAFICOS PARA IMÁGENES FIJAS JPG
Opciones
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24
GRAFICOS PARA IMÁGENES FIJAS JPG
Opciones
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25
GRAFICOS PARA IMÁGENES FIJAS JPG
Opciones
Anterior
26
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS
ESTANDARES DE COMPRESION JPEG MODO PROGRESIVO
BASADO EN DCT

• Particiona la imagen en bloques de 8x8, pero en
  múltiples
• exploraciones.
• Necesita de un buffer de memoria entre el
  cuantizador y
• el codificador entrópico.
• Cada bloque cuantizado es almacenado en el
  buffer.
• Los coeficientes DCT en el buffer son
  parcialmente
• codificados en cada exploración.
• Aparece primero la imagen y luego
  progresivamente el
• brillo y relieve.

Opciones
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Gráficos
27
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS
ESTANDARES DE COMPRESION JPEG MODO JERARQUICO

• En este modo una imagen es codificada como una
  secuen-
• cia de cuadros, que proveen referencia para
  usarse en la
• predicción de los cuadros siguientes.
• Una imagen pequeña es creada a partir de
  muestras de
• baja resolución. Esta imagen es codificada
  con un incre-
• mento de resolución
• La primera imagen de baja resolución es
  escalada a la
• siguiente resolución y usada como predicción
  de la si-
• guiente almacenada.
• Su presentación es progresiva

Ver gráficamente
Opciones
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Gráficos
28
COMPRESION PARA IMÁGENES FIJAS
ESTANDARES DE COMPRESION JPEG MODO JERARQUICO
Opciones
Anterior
29
COMPRESION PARA VIDEO

• El video es una secuencia de imágenes fijas
• Se puede comprimir de manera espacial y en el
  tiempo
• También se puede reducir la tasa de cuadros por
  segundo
• La compresión se clasifica en
• Simétrica (Codif. y decodif. consumen los
  mismos recursos
• y cantidad de tiempo)
• Asimétrica (Utilizan una cantidad de tiempo
  diferente en la
• compresión y descompresión)

Opciones
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30
COMPRESION PARA VIDEO
TECNICAS DE COMPRESION

• Cinepack
• Indeo
• Codificación de longitud en tiempo de ejecución
• Microsoft Video 1

ESTANDARES DE COMPRESION

• Motion JPEG
• H.261
• MPEG

Opciones
31
COMPRESION PARA VIDEO
TECNICAS DE COMPRESION CINEPACK

• Provee una fuerte combinación de calidad y
• desempeño.
• Normalmente se producen cuadros de 320 x 240
• a 15 cuadros por segundo.
• Es excesivamente asimétrico, pues su tiempo de
• compresión es muy alto.
• Ejemplo 10min. toma de 12 a 16 horas.

Opciones
Gráficos
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32
COMPRESION PARA VIDEO
TECNICAS DE COMPRESION INDEO

• Es el aporte de Intel al mercado de compresión
• Provee una fuerte combinación de calidad y
• desempeño.
• Es poco asimétrico, pues su tiempo de
• compresión es casi en tiempo real.
• Su software de compresión está incluido en
  algunos
• paquetes para Windows.

Opciones
Gráficos
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33
COMPRESION PARA VIDEO
TECNICAS DE COMPRESION RLE

• Ha sido diseñado para imágenes sencillas con
• movimientos casi imperceptibles (lentos)
• Funciona igual que para imágenes fijas.

Opciones
Gráficos
Anterior
34
COMPRESION PARA VIDEO
TECNICAS DE COMPRESION MICROSOFT VIDEO 1

• Compresión rápida, sacrificando calidad
• Es menos efectivo cuando los cuadros del
• video cambian con rapidez.

Opciones
Gráficos
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35
COMPRESION PARA VIDEO
ESTANDAR DE COMPRESION MOTION JPEG

• Está basado en JPEG e incluye mejoras para
• imágenes en movimiento.
• Establece cuadros clave para codificar los cua-
• dros siguientes con las mismas tablas de
  datos.
• Utiliza muchos recursos del CPU.
• NO está totalmente estandarizado, por lo que
• existen varios formatos de archivo
  incompatibles
• No utiliza la redundancia entre fotogramas para
• conseguir mayores rangos de compresión.
• Su principal aplicación es la edición no lineal.

Opciones
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36
COMPRESION PARA VIDEO
ESTANDAR DE COMPRESION H.261

• Estándar de compresión en sistemas de video-
• conferencia.
• Acepta dos tamaños de pantalla CIF (352 x 288)
  y
• QCIF (176 x 144)
• Prepara la imagen dividiéndola en 3 matrices de
  
• 8 bits por muestra 4 luminancias y dos
  cromi-
• nancias.
• Su codificación se hace sobre los macrobloques
• Intra pixeles originales se transforman en
  código
• Inter pixeles diferentes con vector de
  movimiento 0 son
• codificados
• Inter con compensación de movimiento
  vectores no 0
• son codificados
• La señal se codifica utilizando DCT con compen-
• sación de movimiento.

Opciones
Gráfica
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37
COMPRESION PARA VIDEO
ESTANDAR DE COMPRESION H.261
ESTRUCTURA DEL DECODIFICADOR
1
2
5
6
3
4
Y CB CR
GOB
1
2
3
CIF QCIF
Opciones
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38
COMPRESION PARA VIDEO
ESTANDAR DE COMPRESION H.261
COMPENSACION DE MOVIMIENTO
Imagen Previa
Mejor emparejamiento
Imagen Actual
Opciones
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39
COMPRESION PARA VIDEO
ESTANDAR DE COMPRESION H.261

• Durante el proceso un cuadro es particionado en
• bloques de 8 x 8
• El rango del vector de movimiento es 15
  pixeles
• y es codificado diferencialmente.
• Predicción sobre compensación de movimiento
• se realiza sobre los 4 bloques de
  luminancia.
• Los coeficientes son ordenados en zig - zag y
• posteriormente cuantificados. Luego se
  aplica el
• IDCT y se almacenan para la comparación
• posterior.

Opciones
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40
COMPRESION PARA VIDEO
ESTANDAR DE COMPRESION MPEG

• Desarrollado por el Motion Picture Experts
  Group
• Logra tasas de compresión muy altas dentro de
  las capa-
• cidades de las actuales unidades.
• MPEG-1 fue diseñado para transmisión de video a
  una
• razón de 1,5 Mbps 1,1 video, 128 kbps para
  audio y el
• resto para MPEG
• MPEG-1 768x576 Sincroniza video y audio
• MPEG-2 Permite hasta 100Mbps. Soporta varias
  reso-
• luciones.
• MPEG-3 Original HDTV (19201080) absorbido
  por
• MPEG-2
• MPEG-4 Para comunicaciones lentas (4,8 a 64
  kbps)

Opciones
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41
COMPRESION PARA VIDEO
ESTANDAR DE COMPRESION MPEG-1

• Permite acceso aleatorio, avance rápido y
  rebobinado
• Su objetivo es alcanzar la mayor calidad de la
  cantidad
• de bits dado.
• MPEG -1explota
• Redundancia espacial
• Redundancia temporal
• Predicción Temporal Bidireccional

Sintaxis del flujo de bits
Opciones
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42
COMPRESION PARA VIDEO
ESTANDAR DE COMPRESION MPEG - REDUNDANCIA
ESPACIAL

• MPEG es una combinación de ISO JPEG y el CCITT
  H.261
• Técnica intra-frame, codifica cada imagen de
  manera individual
• Divide la imagen en bloques de 8 x 8 y luego
  aplica DCT a cada
• bloque, obteniendo 8 x 8 coeficientes DCT
  luego se cuantifica.
• La compresión se alcanza por la transmisión de
  los coeficientes
• que sobreviven la cuantificación y que luego
  son codificados
• entrópicamente.

Opciones
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43
COMPRESION PARA VIDEO
ESTANDAR DE COMPRESION MPEG-1 - REDUNDANCIA
TEMPORAL

• La redundancia temporal resulta del alto grado
  de correla-
• ción entre imágenes adyacentes.
• Se calcula únicamente la diferencia de imagen a
  imagen
• denominado error de predicción (técnica de
  compensación
• de movimiento)
• Se adopta un bloque base, donde el bloque de
  pixeles (destino)
• en el cuadro a ser codificado es emparejado
  con el conjunto de
• bloques del mismo tamaño en el cuadro previo
  (referencia). El
• bloque en el cuadro referencia con mejor
  emparejamiento es
• usado como predicción, para luego encontrar la
  diferencia.

Opciones
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44
COMPRESION PARA VIDEO
ESTANDAR DE COMPRESION MPEG-1 - REDUNDANCIA
TEMPORAL

• El bloque de mejor emparejamiento está
  asociado con un
• vector de movimiento.
• El tamaño de bloque para compensación de
  movimiento de
• 16 x 16

Opciones
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45
COMPRESION PARA VIDEO
ESTANDAR DE COMPRESION MPEG-1 PREDICCION
TEMPORAL BIDIRECCIONAL

• Algunas imágenes son codificadas usando dos
  cuadros de
• referencia uno en el pasado y uno en el
  futuro.
• Un bloque puede ser pronosticado por un cuadro
  de refe-
• rencia anterior o posterior o por una
  combinación de los
• dos(interpolación) Gráfico
• Las imágenes pronosticadas bidireccionalmente
  no se usan
• como imágenes de referencia.
• Su ventaja son niveles de compresión más altos
  e igual cali-
• dad, a costo de retardos extras en el proceso
  de codificación.

Opciones
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46
COMPRESION PARA VIDEO
ESTANDAR DE COMPRESION MPEG-1 SINTAXIS DEL FLUJO
DE BITS

• Está construida en capas
• Secuencia Tamaño de cuadro, cantidad de cuadros
  y bits.
• GOP Provee soporte para acceso randómico,
  búsqueda.
• Imágenes Contiene bits comprimidos de un cuadro
  en un GOP.
• Información sobre si es
  I, P o B y orden de despliegue.
• Slice Cadena de MB de longitud arbitraria.
  Resincroni zación
• durante la decodificación
• Macrobloque Unidad de compensación de movimiento
  de 16 x 16
• y contiene los
  bits de dicho vector.
• Bloque Unidad DCT de 8 x 8, contiene los bits
  para los coeficientes
• DCT

Opciones
Anterior
Gráfica
47
COMPRESION PARA VIDEO
ESTANDAR DE COMPRESION MPEG-1 INTERPOLACION DE
MOVIMIENTO COMPENSADO
Cuadro Previo
Mejor emparejamiento
Cuadro actual
Cuadro Futuro
Mejor emparejamiento
Opciones
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48
COMPRESION PARA VIDEO
ESTANDAR DE COMPRESION MPEG-1 - GOP
1 I
2 B
3 B
4 P
5 B
6 P
7 B
8 I
Predicción Bidireccional Orden de codificación 1
4 2 3 6 5 8 7... I P B B P B
I B
GOP
Opciones
Anterior
49
GRAFICOS PARA VIDEO

• Compresión durante la captura (Intel Indeo
  Video R3.2)
• Compresión durante la captura (Intel Indeo
  Video Raw)
• Compresión durante la producción
• Calidad vs Almacenamiento
• Tiempo de compresión por esquema

Opciones
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50
GRAFICOS PARA VIDEO
Opciones
Anterior
51
GRAFICOS PARA VIDEO
Opciones
Anterior
52
GRAFICOS PARA VIDEO
Opciones
Anterior
53
GRAFICOS PARA VIDEO
Opciones
Anterior
54
GRAFICOS PARA VIDEO
Opciones
Anterior