Reti per la Comunicazione...
Transcript of Reti per la Comunicazione...
![Page 1: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/1.jpg)
Reti per la Comunicazione Multimediale
![Page 2: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/2.jpg)
Compressione Audio e Video
Outline
Compressione Audio– PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby
Audio Coders
Compressione Video– Principi di compressione– H.261,H.263,MPEG
![Page 3: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/3.jpg)
Compressione Audio
Per poter comprendere le tecniche di compressione audio è necessario analizzare le tecniche di digitalizzazione dei segnali stessi.
Tale processo è noto con il nome di:
Pulse Code Modulation PCM
![Page 4: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/4.jpg)
Pulse Code Modulation PCM
Bandlimiting – rimuove alte frequenze
S&H – campiona e mantieni valore
Quntizer – converte ogni campione in valore binario
Codeword – risultato della quantizzazione
![Page 5: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/5.jpg)
Pulse Code Modulation PCM
Compressor- Expander
Non si usa una quantizzazione lineare, ma intervalli minori vengono utilizzati per ampiezze minori e maggiori per quelle elevate.
Eseguito mediante quello che viene definito companding
![Page 6: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/6.jpg)
Pulse Code Modulation PCM (3)
Prima del campionamento eseguito dall’ADC il segnale viene compresso dal compressore che esegue una compressione in ampiezza
![Page 7: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/7.jpg)
Differential Pulse Code Modulation
Deriva dallo standard PCM e utilizza le seguenti caratteristiche:
L’intervallo delle differenze in ampiezza tra due campioni successivi del segnale audio è minore dell’ampiezza attuale del segnale
Possiamo codificare la differenza in ampiezza tra un campione ed il successivo:
minore range da quantizzare ->minore numero di bit da associare ad ogni campione
![Page 8: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/8.jpg)
Differential Pulse Code Modulation- Cod
Tipicamente per segnali vocali il guadagno che si ottiene risulta essere di un solo bit portando quindi la banda utilizzata da 64kbps a 56kbps.
![Page 9: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/9.jpg)
Differential Pulse Code Modulation -Dec
Errori di quantizzazione e di registrazione vengono propagati in modo adittivo sul segnale di uscita ->Gli errori si accumulano.
![Page 10: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/10.jpg)
Predictive DPCM
Predizione del segnale precedente mediante combinazione lineare dei segnali antecedenti
DPCM=PCM-(C1*R1+C2*R2+C3*R3)
![Page 11: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/11.jpg)
Predictive DPCM
C1=0.5 C2=C3=0.25R1->1 bitR2,R3->2 bit
![Page 12: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/12.jpg)
Adaptive Differential PCM
Ulteriore risparmio di banda o maggior qualità del
segnale può essere ottenuta variando il numero di bit
utilizzati per codificare la differenza in base all’ampiezza
del segnale
Adaptive Differential PCM
Si basa sulla stessa idea del DPCM tranne che:Si usano 8 predictor Si variano i bit per codificare ogni variazione
ITU-T G.721
![Page 13: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/13.jpg)
Adaptive Differential PCM
ITU-T G.722
Subband codingEstensione della banda da 3.4KHz a 7KHzUtile per videoconferenza
![Page 14: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/14.jpg)
Adaptive Differential PCM
![Page 15: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/15.jpg)
Adaptive Predicting Coding APC
Ulteriore banda può essere risparmiata variando i coefficienti di predizione in modo adattivo.
Adaptive Predicting Coding
L’insieme dei coefficienti ottimale varia continuamente in quanto funzione delle caratteristiche dell’audio digitalizzato
Frequenze che compongono il segnale attualmente digitalizzato
![Page 16: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/16.jpg)
Linear Predictive Coding
La sorgente analizza la forma d’onda per
determinare le caratteristiche in essa contenute.
Queste vengono codificate e spedite al destinatario
che le usa, assieme ad un sintetizzatore, per
rigenerare l’audio originale.
Come individuare le caratteristiche percettive?
![Page 17: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/17.jpg)
Linear Predictive Coding
• Pitch: legato alla frequenza del segnale -> orecchio molto sensibile alle frequenze 2-5KHz
• Periodo: durata del segnale
• Potenza: quantità di energia nel segnale
Inoltre l’origine del segnale è importante:
Segnali Voiced:generati attraverso le corde vocali (m,v,l)
Segnali Unvoiced:generati con le corde vocali aperte (f,s)
![Page 18: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/18.jpg)
Linear Predictive Coding
![Page 19: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/19.jpg)
Linear Predictive Coding
![Page 20: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/20.jpg)
Codifica Percettiva
I codificatori percettivi sono stati sviluppati per comprimere fonti audio generiche. Essi utilizzano dei modelli che vengono definiti
MODELLI PSICOACUSTICI
utilizzano le limitazioni dell’orecchio umano per fornire la compressione.
Solo ciò che l’orecchio umano percepisce viene codificato e trasmesso.
![Page 21: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/21.jpg)
Sensività Orecchio Umano
Maschera in Frequenza: un segnale forte riduce il livello di sensività dell’orecchio relativamente ai segnali vicini in frequenzaMaschera temporale: quando l’orecchio ascolta un suono forte prima di poter percepire un suono debole intercorre un periodo di tempo finito.
![Page 22: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/22.jpg)
Maschera in Frequenza
La maggior ampiezza del segnale B causa una distorsione della sensibilità che impedisce di percepire A
Variabile con la frequenza
Frequenze maggiori -> maggiori ampiezze delle curve
![Page 23: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/23.jpg)
Maschera Temporale
Da quando è terminata la trasmissione del segnale a quando l’orecchio può recuperare la sua sensibilità intercorre del tempo. Segnali che hanno ampiezza inferiore del decadimento non vengono percepiti.
![Page 24: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/24.jpg)
Codifica Audio MPEG
Il Motion Picture Expert Group (MPEG) venne
istituito dall’ISO per formulare un insieme di
standard per le applicazioni multimediali che
coinvolgono video ed audio.
La parte di codifica audio di questi standard
sono conosciuti come
MPEG audio coder
![Page 25: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/25.jpg)
Codifica Audio MPEG
![Page 26: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/26.jpg)
Decodifica Audio MPEG
ISO Recommendation 11172-3:Layer 1 Cassetta audio HI-FI 192kbpsLayer 2 Audio digitale vicino a qualità CD 192kbpsLayer 3 (MP3) CD-Audio 64kbps
![Page 27: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/27.jpg)
Bit Allocation
Accuratezza di quantizzazione può variare quindi il numero di bit associati ad ogni sottobanda è diverso e quindi spedito assieme ai campioni.
Modello psico-acustico solo nel codificatoreSpreco di banda per inviare informazioni sul bit allocation
Forward adaptive bit allocation
![Page 28: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/28.jpg)
Dolby Audio Coders -1
Stesso numero di bit utilizzati per ogni sottobanda:
•Determinati dalla caratteristiche dell’orecchio umano
•Non serve includere info nel frame
Sviluppato per trasmettere programmi FM su canali satellitari e fornire audio ai programmi televisivi
![Page 29: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/29.jpg)
Dolby Audio Coders –2
Allocazione dinamica dei bit per ogni sottobanda.
Per ridurre gli overhead si introduce il modello psicoacustico anche nel decodificatore.
Necessita di una copia dei campioni delle sottobande:I coefficienti delle frequenze codificate vengono aggiunti ai campioni.
Utilizzato dai PC per produrre HI-FI quality audioDifficile cambiare modello psicoacustico
Backward adaptative bit allocation mode
![Page 30: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/30.jpg)
Dolby Audio Coders –3
Per ridurre gli errori di quantizzazione al modello psicoacustico di tipo backward è associato un modello psicoacustico di tipo forward che mediante l’allocazione dinamica codifica le differenze tra PMb e PMf.
Utilizzato nell’audio MPEG per l’utilizzo nell’HDTV
![Page 31: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/31.jpg)
Compressione Video
![Page 32: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/32.jpg)
Principi di Compressione Video
Primo approccio: sequenza di JPEG-> MJPEGRapporto compressione 1:10/1:20
Ridondanza spaziale ->Ridondanza Temporale : tra frame consecutivi solo piccole porzioni sono coinvolte dal movimento
Spedire informazioni di tali movimenti -> Risparmio di banda
Motion Estimation Motion Compensation
![Page 33: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/33.jpg)
Tipi di Frame
I-Frames: Intracoded frames, YCbCr, JPEG-> bassa compresisone. Uso limitato
P-Frames: predictive frames, motion estimation/compensation, propagazione errore
B-Frames: bidirectional frames ->interpolation frames
N=dimensione del group of pictures GOPM= prediction span
![Page 34: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/34.jpg)
Tipi di FrameP frames possono essere utilizzati efficientemente solo se il movimento è minimo. Videotelefonia ->OK Movies->NO OK
Oltre al P-Frame si utilizza il B-Frame il cui contenuto sono stimati utilizzando sia frame passati che futuri
B-Frame coinvolgono I,P frame precedente, frame corrente, I,P frame successiviNo propagazione errore
![Page 35: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/35.jpg)
Decodifica Frames
Per decodificare un I-frame non servono ulteriori informazioni.
Per decodificare un P-frame serve l’I-Frame precedente
Per decodificare un B frame serve I/P frame precedente e quello successivo
IBBPBBPBBI IPBBPBBIBB
![Page 36: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/36.jpg)
Tipi di Frame
Non rappresenta un nuovo tipo di frame ma la codifica di due P e B frame come se fossero un frame unico.
D- Frame : Frame ad alto livello di compressione
•Ignorati da P e B frames
•Utili per streaming
![Page 37: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/37.jpg)
Stima del Movimento- Struttura
![Page 38: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/38.jpg)
Stima del Movimento - Procedura
![Page 39: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/39.jpg)
Compensazione del Movimento
Terminata la ricerca del macroblocco con il miglior match due parametri sono considerati:
Motion Vector – Differenza di posizione tra i due blocchi
Prediction Error – differenze tra il macroblocco del target frame e dei pixel appartenti al blocco che ha ritornato un match (Matrice delle differenze)
![Page 40: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/40.jpg)
Compensazione del Movimento
Determinare le differenze intercorse tra due frame consecutivi e codificarle
![Page 41: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/41.jpg)
Procedura di codifica B-Frame
![Page 42: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/42.jpg)
Schema di Codifica
La codifica degli I-frame è la stessa della codifica JPEG
La codifica dei P-Frames dipende dal modulo di stima del movimento che dipende dal contenuto del macroblocco corrente e di quello che ha dato il match:
•Sono uguali->solo l’indirizzo è codificato
•Simili-> motion vector, matrice delle differenze
•No match ->codifica del blocco mediante JPEG
![Page 43: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/43.jpg)
Schema di Codifica
![Page 44: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/44.jpg)
Schema di Codifica
![Page 45: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/45.jpg)
Formato Bitstream
Per ogni macroblocco è necessario decidere il tipo di codifica da utilizzare. Ruolo svolto dal FORMATTER.
Type: I,P,BAddress: Indirizzo MacrobloccoQV: soglia di quantizzazione utilizzata dalla DCTBP: quale macroblocco è presente
Dimensione dell’output dell’encoder varia in base al tipo di video in input
I 20:1 P 30:1 B50:1
![Page 46: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/46.jpg)
H.261
Ideato dalla ITU-T per la e videoconferenza su ISDN
Formati di digitalizzazione QCIF e CIF sono utilizzati per la videotelefonia e la videoconferenza rispettivamente.
CIF: Y=352x288 Cb=Cr=176x144
QCIF: Y=176x144 Cb=Cr=88x72
Solo I e P frames
![Page 47: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/47.jpg)
H.261Macroblock format
Frame format
![Page 48: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/48.jpg)
Group of Objects
![Page 49: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/49.jpg)
Schema di codifica H.261
Bit rate variabile
Bit rate costante
![Page 50: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/50.jpg)
H.263
Ideato dalla ITU-T per la e videoconferenza, videotelefonia, videosorveglianza su WI-FI e PSTN
Formati di digitalizzazione QCIF e S-QCIF sono utilizzati per la videotelefonia e la videoconferenza rispettivamente.
QCIF: Y=176x144 Cb=Cr=88x72
S-QCIF: Y=128x96 Cb=Cr=64x68
Si utilizzano I,P e B frame e P-B frames sono codificati come unica entità per ridurre overhead
![Page 51: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/51.jpg)
Recupero dall’errore
PSTN,WI-FI->perdita di pacchetti
Si può determinare il GOB contente MB contenenti errori, non è possibile individuare i singoli MB.
Errori avvenuti in un GOB si propagano nei sucessivi
Tre metodi vengono utilizzati: Error Tracking, independent segment decoding e reference picture selection
![Page 52: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/52.jpg)
Error TrackingComunicazione a due vie viene utilizzata per informare il codificatore di un avvenuto errore:
Motion vector fuori rangeCodewords non valideCoefficienti DCT non validiTroppi coefficiente in un macroblocco
![Page 53: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/53.jpg)
Independent Segment Decoding
Cerca di prevenire la propagazione gli errori che intervengono all’interno del GOB
Codifica indipendente dei GOBLimitazione del metodo di motion estimation/compensation
Solo il GOB corrotto rimane affetto dall’errore
![Page 54: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/54.jpg)
Independent Segment Decoding
Il metodo viene utilizzato in concomitanza con il tracking error.
Forti limitazioni dell’efficienza del metodo di motion detection per quanto riguarda il movimento verticale dato che è limitato all’interno del GOB
![Page 55: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/55.jpg)
Reference Picture Selection
Schema molto simile al tracking error
Azioni vengono prese in conseguenza dei messaggi di acknolegment degli errori
Si blocca la propagazione dell’errore ai GOB successivi
Due Modalità:•NAK-Mode •ACK-Mode
![Page 56: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/56.jpg)
NACK-MODE
Vengono segnalati GOB errati
Il GOB errato viene ricodificato mediante l’ultimo I-frame che sicuramente il decoder ha disponibile
![Page 57: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/57.jpg)
ACK-MODETutti i frame ricevuti correttamente generano un Acknowledge verso il decoder.
Solo i frame acknowledged vengono utilizzati per codificare
![Page 58: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/58.jpg)
Codifica MPEG
Il Motion Pictures Expert Group (MPEG) venne creato dall’ISO
per formulare un insieme di formati standard per le
applicazioni multimediali che facessero uso di audio e video.
Vennero definiti tre standard ognuno destinato ad un uso
applicativo specifico.
Mpeg-1 Mpeg-2 Mpeg-4
![Page 59: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/59.jpg)
Codifica MPEGMPEG-1 : risoluzione video SIF (352x288). Utilizzato per la
memorizzazione su CD-ROM di audio e video di qualità VHS. Bitrate <1.5MBps
MPEG-2: quattro livelli di risoluzione– Bassa -> SIF con Bitrate <4Mbps– Principale -> 4:2:0 (720x576) audio di qualità CD, Bitrate
<15Mbps– Alta 1440 ->4:2:0 (1440x1152) utilizzato per HDTV, Bitrate
<60Mbps– Alta ->4:2:0 (1920x1152) utilizzato per HDTV WS, Bitrate
<80Mbps
MPEG-4 :Inizialmente studiato per gli stessi utilizzi del h.263 (4.8-64kbps)
MPEG-7: Sviluppato per descrivere la struttura e lecaratteristiche di contenuto delle informazioni multimediali equindi utilizzato a scopi di annotazione semantica
![Page 60: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/60.jpg)
Video MPEG-1
Tecnica di compressione video simile a H.261
Suddivisione in macroblocchi 16x16 -> la risoluzione
orizzontale portata da 360 a 352 pixel (16x22=352)
Dato il sottocampionamento delle componenti cromatiche le
risoluzioni spaziali sono:
NTSC Y= 352x240 Cb=Cr=176x120
PAL Y=352x288 Cb=Cr=176x144
![Page 61: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/61.jpg)
Video MPEG-1
Si possono utilizzare schemi che considerano le seguenti combinazioni:I-FrameI- e P-FrameI-,P- e B-Frame
I D-Frame non sono supportati->I-Frame vengono utilizzati per effettuare la ricerca all’interno del flusso.Il tempo di latenza->massima separazione I-frame (Group of Pictures)
![Page 62: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/62.jpg)
Video MPEG-1
L’algoritmo di compressione è basato su H.261:•Macroblocchi 16x16 Y•Macroblocchi 8x8 CbCr
Time-Stamps: consentono al decodificatore di sincronizzare il flusso in caso di perdita od errori nei macroblocchi.
Slice – Numero di macroblocchi tra due time-stamps (tipicamente una linea)
Area di ricerca: dato l’uso dei B-Frames tale area viene allargata.
Rapporto di Compressione: •I-Frame 10:1•P-Frame 20:1•B-Frame 50:1
![Page 63: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/63.jpg)
Video MPEG-1
Struttura gerarchica del bitstream
![Page 64: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/64.jpg)
Video MPEG-1Formato bitstream:
Slice-> simile al GOB del H.261
![Page 65: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/65.jpg)
Video MPEG-2
Ai quattro livelli supportati si aggiungono cinque profili associabili ad ogni livello:– Semplice
– Principale
– Risoluzione Spaziale
– Accuratezza di quantizzazione
– Alta
Data la compatibilità con MPEG-1 è sufficiente trattare il Main Profile at Main Level (MP@ML)
![Page 66: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/66.jpg)
MP@ML
Sviluppato per il broadcast della televisione digitale. Schema di codifica simile a MPEG-1 con la differenza dell’utilizzo di una scansione interlacciata piuttosto che progressiva
![Page 67: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/67.jpg)
MP@ML –Filed Mode
![Page 68: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/68.jpg)
MP@ML – Frame Mode
![Page 69: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/69.jpg)
MPEG-4Lo standard incorpora caratteristiche che consentono molto più che semplicemente accedere alla sequenza video (start, stop, pausa, ecc…). Consentono di accedere e manipolare individualmente gli elementi componenti ogni singola scena.
Cartone animato può essere manipolato dall’utente.
Utilizzabile in canali a basso bitrate (concorrente h.263)
![Page 70: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/70.jpg)
MPEG-4
La principale differenza tra MPEG-4 e gli standard presentati precedentemente è che:
MPEG-4 ha funzionalità basate su contenuto
Prima della compressione ogni scena viene definita nella forma:– Background (sfondo)
– Foreground (insieme di Audio-Visual Objects AVOs)
![Page 71: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/71.jpg)
MPEG-4 AVOsOgni AVO è definito mediante uno o più oggetti video e/o oggetti audio.
Video ObjectVideo Object Audio Object
![Page 72: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/72.jpg)
MPEG-4
Ogni oggetto possiede un descrittore che ne consente la sua manipolazione
La composizione dellescena mediante AVO vienedescritta mediante undescrittore di scena
![Page 73: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/73.jpg)
MPEG-4-Architettura
![Page 74: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/74.jpg)
MPEG-4 –VOP Encoder
![Page 75: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/75.jpg)
MPEG-4 Decoder
![Page 76: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/76.jpg)
MPEG-4 recupero da errori
MPEG-4 possiede delle tecniche per il recupero
da errori di trasmissione:
– Pacchetti di lunghezza fissa invece dei GOBs
– Schema di codifica a lunghezza variabile (VLC)
![Page 77: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/77.jpg)
MPEG-4 Codifica
![Page 78: Reti per la Comunicazione Multimedialeusers.dimi.uniud.it/~christian.micheloni/lessons/Reti/Lezionecomp.pdf · – PCM,DPCM,ADPCM,MPEG-4 Audio Coder,DOlby Audio Coders Compressione](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022070219/612d100a1ecc51586941f48a/html5/thumbnails/78.jpg)
MPEG-4 RVLC