Lo Standard JPEG per la Compressione di Immagini Fisse - InfoCom

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3.4. MODALITÀ GERARCHICA 59 La Fig.3.14 mostra un esempio di funzionamento dove codificatori con diverso bit-rate (qualità) sono impiegati per le diverse “trasmissioni”. xn [ , n ] 1.2 bit/pixel prima trasmissione 1 2 1.2/16 = 0.075 bit/pixel 4:1 Cod-1 Decod-1 1:4 2:1 Decod-1 _ 1:2 + r42 , n1n2 [ , ] [ n1, n2] _ + r , n n [ , ] 21 1 2 [ n1, n2] _ + Cod-1 Cod-2 seconda trasmissione 1.2/4 = 0.3 bit/pixel Decod-1 + + 1:2 Decod-2 + + Decod-1 terza trasmissione 0.5 bit/pixel Decod-2 1:2 [ n1, n2] rn [ , n ] xn [ , n ] xn [ , n ] 1 2 1 2 1 2 + + + + [ n1, n2] Figura 3.14: Funzionamento della modalità gerarchica. 1:2 0.075 bit/pixel x 4[ n1, n2] 2 2 2 1 0.075+0.3=0.375 bit/pixel x 2[ n1, n2] 1 0.5+0.375=0.875 bit/pixel xn [ 1, n2] La prima trasmissione ottiene un’immagine con risoluzione 1/4. Il risultato delle trasmissione successive alla prima è quello di incrementare la risuluzione, portandola prima a 1/2, e ottenendo infine la piena risoluzione. Occorre notare che nel lato trasmissione sono riprodotte le immagini α[n1,n2] e β[n)1,n2] ricostruite al ricevitore. Questo permette di costruire al ricevitore gli incrementi, o residui r4,2[n1,n2] e r2,2[n1,n2], necessari al ricevitore per aumentare la risoluzione a partire da un’immagine a risoluzione minore. Al ricevitore, la prima immagine decodificata ˆx4[n1,n2] contiene solo un quarto delle frequenze spaziali dell’immagine originale x[n1,n2], e precisamente nel quadrato di banda |ω1| ≤ π/4, |ω2| ≤ π/4. Essa appare come una versione fortemente sfocata dell’immagine originale, ed è affetta dalle perdite introdotte nel codificatore-1. La seconda immagine decodificata ˆx2[n1,n2] contiene metà delle frequenze spaziali dell’immagine originale x[n1,n2], nel quadrato di banda |ω1|≤π/2, |ω2|≤π/2. Essa è stata ottenuta sommando all’immagine meno risoluta ˆx4[n1,n2] il residuo ˆr4,2[n1,n2], tenendo conto delle necessarie interpolazioni per riportare le immagini ad avere le stesse dimensioni, e appare come una versione mediamente sfocata dell’immagine originale. Le perdite sono dovute solo al codificatore-1 impiegato per trasmettere r4,2[n1,n2]. La terza immagine decodificata ˆx[n1,n2] ha banda piena (nessun effetto di sfocamento), ed è stata ottenuta sommando all’immagine meno risoluta ˆxe[n1,n2] il residuo ˆr2,1[n1,n2], tenendo conto delle necessarie interpolazioni per riportare le immagini ad avere le stesse dimensioni. Le perdite sono dovute solo al codificatore-2 impiegato per trasmettere r2,1[n1,n2]. Si noti che trasmettendo il residuo finale r[n1,n2] mediante codifica senza perdite, anche lo schema complessivo risulta senza perdite. Per quanto riguarda il calcolo del bit-rate, occorre dire che il parametro 1.2 bit/pixel che caratterizza il codificatore- 1 si riferisce al risultato che tale codificatore ottiene sull’immagine a piena risoluzione; operando sull’immagine sottocampionata, il bit-rate si abbatte di 1/16 nella prima trasmissione, e di 1/4 nella seconda trasmissione. 1
Capitolo 4 Elementi di Codifica Video Contenuto 4.1 Riduzione della Ridondanza Temporale: Motocompensazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 4.1.1 Motocompensazione in Avanti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 4.1.2 Motocompensazione Bidirezionale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 4.2 Successione di quadri con motocompensazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.3 Gli Standard H.261 ed H.263 per la Compressione di Sequenze Video . . . . . . . . . . . . . . 64 4.3.1 Modi di codifica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 4.3.2 Stima del moto e motocompensazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.3.3 Codifica dei Vettori di Spostamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.3.4 Trasformazione DCT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.3.5 Quantizzazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 4.3.6 Codifica Entropica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 4.3.7 Controllo di Codifica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 4.4 Standard H.262 (MPEG-2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.1 Riduzione della Ridondanza Temporale: Motocompensazione Consideriamo una tipica sequenza video: essa è costituita dalla rapida successione di quadri (frames) ciascuno dei quali è una immagine fissa. Tali quadri si susseguono ad uno specifico frame-rate, tipicamente compreso fra 25 e 30 frames/s. Ciò implica che la durata di presentazione di ogni singolo quadro sia compresa fra 33 e 40 ms/frame. Possiamo ragionevolmente supporre che, in generale, due frame successivi presentino una alta correlazione fra loro: pensando infatti di riprendere un soggetto in movimento, e.g. un presentatore del telegiornale, ci si rende immediatamente conto che tale soggetto non potrà compiere movimenti troppo bruschi nel breve tempo occorrente fra due frame successivi. L’idea base da cui partire è quindi che, in media, frame successivi siano molto simili fra loro. La motocompensazione è, in essenza, un procedimento mediante il quale è possibile, in base a quanto detto sopra, ottenere una riduzione della ridondanza temporale presente in una sequenza video. Considerando una coppia di quadri adiacenti, infatti, se il quadro corrente è molto simile al quadro precedente, in fase di codifica dell’informazione apportata dal quadro corrente potremo codificare solo la differenza, auspicabilmente piccola, fra i dati presenti nel quadro corrente e quelli del quadro precedente, quest’ultimo detto di riferimento. Sarà inoltre necessario inviare anche alcune informazioni relative al movimento intercorso fra i due quadri. 60
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