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Gli standard di Gli standard di Gli standard di Gli standard di codifica videocodifica video

Marco CagnazzoMarco Cagnazzo

Elaborazione dei Segnali MultimedialiElaborazione dei Segnali Multimediali

28 28 maggio maggio 2010201028 28 maggio maggio 20102010

SommarioSommario MPEG-1MPEG 1

Tipi di frameME/MC a precisione frazionariaME/MC a precisione frazionaria

MPEG-2 e scalabilit MPEG-4 e codifica a oggetti H.264/AVC (Advanced video coding)H.264/AVC (Advanced video coding)

Tecniche avanzate di codifica videoControllo operazionale tasso/distorsioneControllo operazionale tasso/distorsione

H.264/SVC (Scalable video coding)

ESM Codifica Video 222 maggio 2009

Lo standard MPEG 1Lo standard MPEG-1 Tasso 1 5 Mbps (qualit video CD) Tasso 1.5 Mbps (qualit video CD)

Codificatore ibrido con MC

Tipi di frame Tipi di frame

ME/MC a precisione frazionaria

ESM Codifica Video 322 maggio 2009

Lo standard MPEG-1: tipi di f ametipi di frame

Frame I Intra coded } anchor frame (AF) Frame P Predictive

} (AF) Frame B Bidirectional Frame B Bidirectional

Frame D DC coded

ESM Codifica Video 422 maggio 2009

Lo standa d MPEG 1 st tt a del GoPLo standard MPEG-1: struttura del GoP

Frame organizzate in Groups of Pictures La prima sempre una ILa prima sempre una I Struttura

N i t ll t d I 8 i t N: intervallo tra due I, 8 in questo casoM: intervallo tra due AF, 2 in questo caso

I B PB B PB BB I B PB

Gop n Gop n+1

I B PB B PB BB I B PB

ESM Codifica Video 522 maggio 2009

Lo standard MPEG-1: F ame Int aFrame Intra

Codificate con JPEG: indipendenti Codificate con JPEG: indipendenti

Tutti i MB sono codificati in modo Intra

l Utili per:Fast Forward

Accesso casuale

Recupero da errori

I B PB B PB BB I B PB

Gop n Gop n+1

I B PB B PB BB I B PB

ESM Codifica Video 622 maggio 2009

Lo standard MPEG-1: F ame P edicti eFrame Predictive

I MB possono essere Intra o InterI MB possono essere Intra o Inter

Predizione unicamente dalla AF precedente

M i i Maggiore compressione

Necessit di ME e MC (maggiore complessit)

I B PB B PB BB I B PB

Gop n Gop n+1

I B PB B PB BB I B PB

ESM Codifica Video 722 maggio 2009

Lo standard MPEG-1: F ame Bidi ectionalFrame Bidirectional

possibile predire un MB dalla AF precedente o possibile predire un MB dalla AF precedente o dalla AF successive

I MB possono essere anche IntraI MB possono essere anche Intra Pi compresse delle P (doppia predizione) Doppia ME e MC (massima complessit) Doppia ME e MC (massima complessit)

I B PB B PB BB I B PB

Gop n Gop n+1

I B PB B PB BB I B PB

ESM Codifica Video 822 maggio 2009

Lo standard MPEG-1: ME a p ecisione f a iona iaME a precisione frazionaria

Non detto che il movimento di un Non detto che il movimento di un oggetto corrisponda ad un numero intero di pixelintero di pixel

Si effettua la ME a mezzo pixel interpolando la frame di riferimento interpolando la frame di riferimento

Aumento notevole della complessit e delle prestazionip

ESM Codifica Video 922 maggio 2009

Lo standard MPEG-1: ME a p ecisione f a iona iaME a precisione frazionaria

V=(2,3) V=(1.5,2.5)

ESM Codifica Video 1022 maggio 2009

Lo standard MPEG 1: parametriLo standard MPEG-1: parametri

Molti parametri dellalgoritmo non sono Molti parametri dell algoritmo non sono predefiniti

Diametro finestra MEDiametro finestra ME

Criterio di ME

Frequenza di I-frame e di B-frame

Compatibilit

Concorrenza tra le implementazioni

ESM Codifica Video 1122 maggio 2009

Lo standard MPEG 2Lo standard MPEG-2 Algoritmo di codifica immutato Algoritmo di codifica immutato

Bit-rate fino a 15Mbps con qualit HDTV

Profili e livelli

Il supporto alla scalablit Il supporto alla scalablit

ESM Codifica Video 1222 maggio 2009

La scalabilitLa scalabilit Codifica a tasso prossimo a quello Codifica a tasso prossimo a quello

disponibile sul canale R Decodifica di tutti i dati ricevuti

Ottimizzazione della codifica per il Ottimizzazione della codifica per il tasso R

ESM Codifica Video 1322 maggio 2009

La scalabilitLa scalabilit Tasso disponibile e velocit del Tasso disponibile e velocit del

decodificatore sul canale sconosciuti i bilio variabili

Ottimizzazione della codifica per lintervallo di tassi [R1,R2]

ESM Codifica Video 1422 maggio 2009

La scalabilitLa scalabilit Un bitstream scalabile strutturato Un bitstream scalabile strutturato

in strati o layer Anche avendo solo alcuni layer,

possibile ricostruire il segnale possibile ricostruire il segnale (seppure con qualit o risoluzione ridotte)ridotte)

Queste ricostruzioni sono efficienti Qin termini RD

ESM Codifica Video 1522 maggio 2009

La scalabilitLa scalabilit

Bitstream non scalabile

ESM Codifica Video 1622 maggio 2009

La scalabilitLa scalabilit

Bitstream non scalabile Ricezione parziale

ESM Codifica Video 1722 maggio 2009

La scalabilitLa scalabilit

Bitstream scalabile

ESM Codifica Video 1822 maggio 2009

La scalabilitLa scalabilit

Bitstream scalabile Ricezione parziale

ESM Codifica Video 1922 maggio 2009

La scalabilit: esempioLa scalabilit: esempio

Risoluzione

Quualit

ESM Codifica Video 2022 maggio 2009

La scalabilitLa scalabilit

Risoluzione

Quualit

ESM Codifica Video 2122 maggio 2009

La scalabilitLa scalabilit

Risoluzione

Quualit

ESM Codifica Video 2222 maggio 2009

La scalabilitLa scalabilitCodifica scalabile due layer a 400 e 800 kbps

Codifica non scalabile, un layer 200 kbps

Codifica scalabile desiderata

Codifica scalabile, due layer a 400 e 800 kbps

C difi l bil l 900 kbQualit

Curva limite

Codifica non scalabile, un layer 900 kbps

sequenza decodifica

Banda disponibilesul canale

ata

ESM Codifica Video 2322 maggio 2009

La scalabilit: esempioLa scalabilit: esempio

Server RouterClient 1

Server

Client 3

Router

Router

Client 2

Senza scalabilit

ESM Codifica Video 2422 maggio 2009

La scalabilit: esempioLa scalabilit: esempio

Server RouterClient 1

Server

Client 3

Router

Router

Client 2

Con scalabilit

ESM Codifica Video 2522 maggio 2009

Lo standard MPEG-2:la scalabilitla scalabilit

MPEG-2 fornisce scalabilit in:MPEG-2 fornisce scalabilit in:

risoluzione

qualit qualit

frame-rate

ESM Codifica Video 2622 maggio 2009

Lo standard MPEG-2:la scalabilit in q alitla scalabilit in qualit

MPEG(Q1)Input video

LivelloBase

MPEG(Q2)LivelloEnhanced

ESM Codifica Video 2722 maggio 2009

Lo standard MPEG-2:la scalabilit in isol ionela scalabilit in risoluzione

MPEG(Q1)Input video

LivelloBase

2

2

MPEG(Q2)LivelloEnhanced

ESM Codifica Video 2822 maggio 2009

Lo standard MPEG-2:la scalabilit in f ame atela scalabilit in frame-rate

Ricevere solo le anchor frame t tt oppure tutte

B BB BBB

enhancement

B BB BBB

P P II

Gop nbase

ESM Codifica Video 2922 maggio 2009

Lo standard MPEG 4Lo standard MPEG-4 Lo standard MPEG-4 fornisce un Lo standard MPEG-4 fornisce un

insieme di tecnologie orientate a ddi f l i di soddisfare le esigenze di: chi produce il segnale video (autori);p g ( );

chi lo distribuisce (provider di servizi di rete); rete);

e chi ne usufruisce (utenti).

ESM Codifica Video 3022 maggio 2009

Lo standard MPEG 4Lo standard MPEG-4 Autori

la produzione di contenuti con una elevata riusabilit maggiore flessibilit gggrafici animati interazione con pagine WWW migliore gestione dei diritti d'autore

Fornitori di serviziinformazioni di trasporto pi complete e flessibilidescrittori di qualit di servizio (QoS)

Utentielevato livello d'interazione con il contenutotecniche di codifica ad elevata efficienza

ESM Codifica Video 3122 maggio 2009

Lo standa d MPEG 4 codifica a oggettiLo standard MPEG-4: codifica a oggetti

Rappresentazione oggetti/sfondo Rappresentazione oggetti/sfondo Modelli complessi di movimentop Codifica di:

Sfondo (Sprite)

Contorno (Punti di controllo)Contorno (Punti di controllo)

Texture (EZW adattato alla forma)

Segmentazione?

ESM Codifica Video 3222 maggio 2009

Lo standa d MPEG 4 codifca pe sp iteLo standard MPEG-4: codifca per sprite

ESM Codifica Video 3322 maggio 2009

Lo standard H 264Lo standard H.264 Nuovi strumenti di codificaNuovi strumenti di codifica

Filtro di deblockingCodifica aritmetica adattativa contestualeCodifica aritmetica adattativa contestualeTrasformata intera

Nuovi modi di codificaIntra con predizione, Inter con blocchi di dimensione variabile

Ottimizzazione RDStima del movimento ottimizzataScelta dei modi ottimizzataScelta dei modi ottimizzata

ESM Codifica Video 3422 maggio 2009

Lo standard H 264Lo standard H.264 E un codificatore ibrido

La codifica fatto macroblocco per La codifica fatto macroblocco per m