Vídeo
Prof. Laurence Rodrigues do
Amaral
Introdução
• Tal como o áudio digital, o vídeo digital
sucedeu uma tecnologia analógica,
herdando uma série de técnicas e
sistemas
• Como o olho humano consegue processar
um fluxo muito maior de informação do
que o ouvido
– O vídeo representa um fluxo muito maior de
informação do que o áudio
Vídeo digital
• A capacidade de processamento da visão
humana é um ponto crítico com relação ao
armazenamento e transmissão de imagens em
movimento
• Uma imagem típica de vídeo, com qualidade de
televisão convencional
– Ocupa cerca de 512 x 480 pixels (240K pixels).
– Em um sistema de cor verdadeira (3 bytes por pixel) – Um total de 720 K por imagem
– Um segundo de vídeo compreende ~30 quadros, totalizando 21.600 KB ou ~22MB.
Vídeo digital
• Um DVD de 4,7 GB não seria suficiente
para armazenar nem 4 minutos de vídeo
sem compressão
• A digitalização de vídeo tem como
aspecto essencial as técnicas de
compressão e descompressão de sinais
digitais
Pseudonímia de Imagens
• Pseudonímia (aliasing)
– É o fenômeno que provoca o aparencimento de
baixas freqüências num sinal de alta-freqüência, em virtude da baixa taxa de amostragem
– Nas imagens, a pseudonímia provoca o
aparecimento de degraus (serrilhado) nos contornos dos objetos
– Para eliminá-la, utiliza-se a anti-pseudonímia (anti-aliasing) que faz uma média das amostras obtidas em freqüências elevadas
– Aparece nas transformações analógico-digital e digital-analógico
Pseudonímia de Imagens
• Pseudonímia de movimento
– Captura de movimentos velozes em relação à taxa de amostragem da câmera
– Movimento de alta frequência em movimentos de baixa frequência, causando efeitos estranhos
– Ex: filmagem de uma roda que gira
• Para captar corretamente o movimento giratório, a frequência de captura de imagens deve ser no mínimo o dobro da frequência de rotação da roda
• Não acontecer
– Parecer bem mais lenta
– Parada (efeito estroboscópico) – Girando no sentido oposto
• Videos\auto motor und sport-TV Porsche Panamera vs Mercedes E63 AM - YouTube.flv
Pseudonímia de Imagens
• Pseudonímia espacial
– Digitalização de uma imagem em uma matriz de pixels é uma versão bidimensional do processo de amostragem
– Imagens com variações suaves de intensidade correspondem a vibrações de baixa frequência – Bordas de alto contraste e texturas finas
correspondem a componentes de alta frequência
• Detalhes correspondentes a frequências espaciais mais altas não serão representados corretamente na imagem
Princípios de Compressão
de Vídeo
• Técnicas de compressão de material de
vídeo são extensões das técnicas de
compressão de imagens
• As técnicas de compressão espacial
utilizadas para vídeo digital são
basicamente as mesmas utilizadas para
compressão de imagens estáticas
Princípios de Compressão
de Vídeo
• Crominância (C)
– É um dos dois elementos que conformam um
sinal de vídeo, junto com a luminância (Y)
– Refere-se ao valor das cores, enquanto a
luminância se refere às luzes (branco e preto)
– É importante no vídeo a questão da
crominância
• No vídeo a maioria dos quadros possuem poucas diferenças em relação aos quadros vizinhos
Princípios de Compressão
de Vídeo
• Compressão da crominância
– O matiz e a saturação podem ser codificados,
cada um, em metade dos bits da luminância
– A resolução espacial do olho humano, em
relação à crominância, é metade da
resolução espacial da luminância
– Isso permite reduzir a resolução espacial da
crominância a um quarto da luminância
Princípios de Compressão
de Vídeo
• Coerência entre quadros
– Normalmente, apenas uma parte limitada da
imagem se altera de um quadro para outro
• Em dois quadros sucessivos, provavelmente haverá uma coincidência da maioria dos pixels
– A codificação das diferenças entre quadros
será mais compacta do que a codificação de
quadros isolados
• Isso constitui o princípio da coerência entre
quadros, que é a base das principais técnicas de compressão de vídeo digital
Princípios de Compressão
de Vídeo
• Coerência entre quadros
– Periodicamente, será preciso armazenar
quadros inteiros para permitir um grau
razoável de acesso direto à informação do
vídeo
• Estes são chamados de quadros-chave
• Os demais são reconstituídos por combinação da interpolação dos quadros-chave com a codificação das diferenças entre quadros
Arquiteturas para
Vídeo Digital
• Os métodos de compressão de vídeo
permitem que sejam definidos uma série
de parâmetros de qualidade
• Um sistema pode trabalhar com vários
algoritmos de compressão
– Qualidade
– Resolução
Arquiteturas para
Vídeo Digital
• Esses sistemas são chamados de codecs
(codificadores/decodificadores)
• A maioria dos codecs trabalha com compressão
com perdas
– Certa quantidade de informação é descartada no processo de comprimir
– Resulta em algum tipo de perda nas imagens
• Podendo ser tolerável na reprodução
• Uso de sucessivas compressões/descompressões acarreta acúmulo de perdas, como acontece no analógico
Arquiteturas para
Vídeo Digital
Arquiteturas para
Vídeo Digital
• Uma arquitetura de vídeo digital define um
suporte completo para processamento de
vídeo, dentro de um ambiente operacional
• Isso pode incluir, além do suporte de um
ou mais codecs, outras especificações,
como formatos de arquivos e suporte de
software
Arquiteturas para
Vídeo Digital
• JPEG em movimento
– Motion JPEG ou M-JPEG
– Cada quadro é simplesmente comprimido utilizando o método JPEG
– Não havendo compressão temporal
• MPEG
– Motion picture experts group
– Estendem o JPEG, aproveitando a coerência entre quadros
– É uma importante família de padrões para vídeo digital
Arquiteturas para
Vídeo Digital
• MPEG
– Pode consistir de vídeo e áudio separados ou
combinados
– Os métodos de compressão temporal
utilizados incluem a predição do movimento e
a interpolação dos quadros
– Padrões
Arquiteturas para
Vídeo Digital - MPEG
• Padrões
– MPEG-1
• Fluxos de vídeo de até 1,5 Mbits/s
• Equivalentes à resolução dos videocassetes VHS
• Se tornou importante por causa de seu subproduto de áudio, o MP3
– MPEG-2
• Resoluções maiores, adequadas para vídeo profissional • 1920 x 1152, 24 a 60 quadros/s
• Adotada nos DVDs e nos discos Blu-Ray e em várias formas de HDTV
Arquiteturas para
Vídeo Digital - MPEG
• Padrões
– MPEG-4
• Está em desenvolvimento
• Adicionando métodos mais eficientes de
compressão de vídeo e gestão de propriedade intelectual
• Suporta formas estruturadas, tais como computação gráfica tridimensional
– Geometria, texturas, animação e VRML
– MPEG-7
– MPEG-21
Arquiteturas para
Vídeo Digital - MPEG
• Padrões
– MPEG-7
• Usa XML para descrever conteúdo multimídia • É utilizado em conjunto com algum dos padrões
supracitados
• Provê descrição de conteúdo
– MPEG-21
• Define a MPEG como uma plataforma multimídia, com o objetivo de tratar de forma abrangente as questões de propriedade intelectual
Arquiteturas para
Vídeo Digital - MPEG
• Windows Media Video (WMV)
– Formato oficial de vídeo do Windows
– Seu principal codec é também chamado de WMV
• Quicktime
– Arquitetura definida pela Apple – É suportada no Windows
– Serviu de base para o formato MPEG-4
– Suporta grande número de codecs e formatos de áudio, imagem e vídeo
• Ex: MIDI, AIFF, AU, MP3, BMP, GIF, PNG, TIFF, JPEG, AVI, DV, MPEG-1, MPEG-2 E MPEG-4
