Lo Standard JPEG per la Compressione di Immagini Fisse - InfoCom

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4.1. RIDUZIONE DELLA RIDONDANZA TEMPORALE: MOTOCOMPENSAZIONE 61 L’assunto di quadri molto correlati fra loro non è sempre corretto, basti pensare alla ripresa di un soggetto molto veloce (una vettura di Formula 1, un pallone, etc.), o a caratteristiche tipiche delle pellicole cinematografiche, quali i bruschi cambi di scena tipici del montaggio, o ancora ai cambi di scena dovuti ad un repentino cambiamento dell’inquadratura. In tutti questi casi la motocompensazione non è in grado di operare in modo efficiente, e dunque tali casi richiedono l’utlizzo di stratagemmi particolari, sempre che non sia possibile accettare il decadimento del grado di compressione da essi causato. Peraltro, occorre sottolineare che, in generale, tali eventi sono ben tollerati e solo in applicazioni critiche possono creare realmente problemi. Entriamo ora più in dettaglio nel processo di motocompensazione. Come accadeva per la codifica per trasformate, ciascun quadro viene suddiviso in blocchi da 8x8 pixel; inoltre, tali blocchi sono raggruppati a quattro a quattro nei cosiddetti macroblocchi (MB) da 16x16 pixel. 4.1.1 Motocompensazione in Avanti Tale caso prevede che ogni MB del quadro corrente sia confrontato (matched) con un sequenza bidimensionale di 64x64 pixel presenti nel quadro precedente, posizionati in genere nell’immediato intorno, cosiddetto Search Window, del MB in esame; la sequenza che meglio rappresenta il MB in codifica è utilizzato come predittore di quest’ultimo (best match), con ciò intendendo che il MB ottenuto dalla differenza fra i due è considerato come errore di predizione. Sono inoltre calcolati i valori (in pixel) dello spostamento orizzontale e verticale del best-match MB rispetto a quello corrente; tali informazioni costituiscono il cosiddetto Vettore di Spostamento (Motion Vector, MV). Figura 4.1: Motocompensazione in Avanti
62 CAPITOLO 4. ELEMENTI DI CODIFICA VIDEO Il calcolo del vettore spostamento si effettua come descritto nel seguito. Sia MBc i,j [0, 0] il pixel di riferimento (in basso a sinistra), del macroblocco (i, j) del quadro corrente. I 64x64 pixel dell’intero macroblocco si ottengono dalla sequenza bidimensionale MB (c) i,j [n1,n2], 0 ≤ n1,n2 ≤ 15. Indicando con MB (p) i,j [0, 0] il pixel di riferimento del macroblocco (i, j) del quadro precedente, le componenti (dMV 1 ,dMV 2 ) del vettore spostamento sono determinate come segue (d MV 1 ,d MV 15X 15X 2 )=arg min (d1,d2)∈SW n1=0 n2=0 ³ Φ MB (c) i,j [n1,n2] − MB (p) i,j [n1 ´ − d1,n2 − d2] (4.1.1) avendo indicato con SW l’insieme dei pixel costituenti la Search Window, e con Φ(·) una opportuna funzione che misura il costo associato alla differenza tra i macroblocchi del quadro corrente e del quadro di riferimento. Tipicamente ΦSSD(·) =(·) 2 , costo che corrisponde alla minimizzazione della somma dei quadrati delle differenze (Sum of Squared Differences, SSD), o ΦSAD(·) =|·|, costo che corrisponde alla minimizzazione della somma dei valori assoluti delle differenze (Sum of Absolute Differences, SAD, oppure Mean Square Error, MSE). La determinazione del vettore spostamento effettuata mediante la (4.1.1) è ottenuta mediante una ricerca esaustiva sull’intera Search Window. Una Search Window utilizzata tipicamente nelle applicazioni, 15 ≤ d1,d2 ≤ 15, é costituita da 31x31 pixel. Naturalmente, il vettore spostamento è vincolato in modo tale che tutti i pixel da esso puntati siano entro l’area del quadro di riferimento. Algoritmi di ricerca meno onerosi dal punto di vista computazionale, e.g. ricerca logaritmica, si applicano quando è ragionevole assumere che la funzione da minimizzare nella (4.1.1) risulti convessa nell’intorno del suo minimo. In generale, l’unica tecnica che assicura la determinazione del minimo della funzione di costo è la ricerca esaustiva; tuttavia, il guadagno ottenuto in termini di tempi di calcolo da tecniche veloci spesso giustifica la loro adozione poichè il prezzo da pagare in termini di predizione meno accurata è quasi sempre trascurabile. 4.1.2 Motocompensazione Bidirezionale Figura 4.2: Motocompensazione Bidirezionale
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