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Bildformate: JPEG und MPEG. Computer Grafik Bildformate: JPEG und MPEG Seminararbeit von Elena Tabuica SS 2006. Seminar Computer Grafik SS2006 Elena Tabuica. Bildformate: JPEG und MPEG. JPEG

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Presentation Transcript
slide1

Bildformate: JPEG und MPEG

Computer Grafik

Bildformate: JPEG und MPEG

Seminararbeit von Elena Tabuica

SS 2006

Seminar Computer Grafik SS2006 Elena Tabuica

slide2

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Inhalt:
  • Historie
  • Kompression mit JPEG
    • Farbraumänderung von RGB nach YUV oder YCbCr
    • Unterabtastung von U und V und Indexverschiebung
    • Blockbildung und DCT
    • Quantisierung
    • Codierung
  • JPEG-Decodierung
  • Zusammenfassung
  • Beispiele

Seminar Computer Grafik SS2006 Elena Tabuica

slide3

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Historie(1):
  • Anfang der 80er Jahre: Bildung von PhotographicsExperts Group (innerhalb von ISO). Ziel: progressives Kompressionsverfahren für ISDN-Kanäle (64kBit/s)
  • 1986: Zusammenschluß der Arbeitsgruppen (ITU, IEC, und ISO) zur Joint Photographic Experts Group (JPEG), um die Entwicklung von verschiedenen, konkurrierenden Standards zu verhindern
  • 1988: Aus 12 Vorschlägen 3 ausgewählt. Discrete Cosine Transform Coding Scheme als Basis festgelegt

Seminar Computer Grafik SS2006 Elena Tabuica

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Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Historie(2):
  • 1988: Nachfolgeprojekt JBIG (Joint Bi-level Image Experts Group) für Kompression von Graustufbildern mit Textinhalt
  • 1989:BaselineSystem definiert
    • verlustbehaftet, DCT-basiert, sequenziell mit Huffman-Codes und 8 Bit Genauigkeit pro Bildpunkt

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Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Historie(3):
  • 1992: gleichnamiges Verfahren zur effektiven Kompression bei der Bitrate über 0.25 bppvon digitalen(natürlichen) Bildern
  • 2001: JPEG-2000als Nachfolger von JPEG
    • DWT (diskrete Wavelet-Transformation) anstatt von DCT
    • weniger Speicherplatz (20% gegenüber JPEG)
    • bessere Bildqualität
    • dafür aber viel aufwändiger als JPEG

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Bildformate: JPEG und MPEG

JPEG

(Joint Photographics Experts Group)

Kompression mit JPEG:

1. Farbraumumrechnung vom RGB-Raum in den YUV oder YCbCr und Indexverschiebung

2.Unterabtastung der Farbdifferenzsignale U und V (verlustbehaftet)

3.Einteilung in 8x8 Blöcke undderen diskrete Kosinustransformation (DCT)

4.Quantisierung (verlustbehaftet)

5. Kodierung

Seminar Computer Grafik SS2006 Elena Tabuica

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Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Kompression mit JPEG:1. Farbraumumrechnung von RGB nach YUV
  • YUV-Farbmodell:
    • Y – die Helligkeitskomponente (Luminanz),
    • U und V – Farbdifferenzwerte (Chrominanzen) zu Blau und Rot entsprechend
    • Die Farbtransformation aus dem RGB-Raum in den YUV:
  • Y = 0,299R + 0,587G +0,114B
  • U = B - Y
  • V = R - Y
  • YCbCr-Farbmodell (aus YUV-Modell entwickelt):
    • Y – Luminanz wie bei YUV
    • Cb– Abweichung vom Grau- zum Blauwert
    • Cr – Abweichung vom Grau- zum Rotwert

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Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Kompression mit JPEG:2. Unterabtastung von U und V
  • Helligkeitsinformation wird mit einer höheren Auflösung wahrgenommen als die Farbe
  • Diese Eigenschaft des menschlichen Auges wird in Unterabtastung (Subsampling) ausgenutzt

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YUV 4:4:4

YUV 4:1:1

YUV 4:2:0

YUV 4:2:2

Chrominanzen

Luminanz

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Kompression mit JPEG:2. Unterabtastung
  • 4:4:4 – keineUnterabtastung, 4:2:2 – M = 2, 4:1:1 – M = 4, 4:2:0 – M = 2;

Unterabtastformate

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Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Kompression mit JPEG:2. Unterabtastung und Indexverschiebung
  • ErgebnisderUnterabtastung:
    • Farbdifferenzsignale sind in reduzierter Auflösung gespeichert (mit 4:2:0 50% der Datenmenge ohne Verlust an subjektiver Bildqualität)
  • Indexverschiebung:
    • [0.. 255] -> [-128..127] – führt zur kleineren Werten nach DCT

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Bildformate: JPEG und MPEG

JPEG

(Joint Photographics Experts Group)

Kompression mit JPEG:3. Blockbildung und DCT

JPEG (unkomprimiert) 71,0 KB

JPEG (50% komprimiert) 11,9 KB

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Bildformate: JPEG und MPEG

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slide13

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Kompression mit JPEG:3. Blockbildung und DCT
  • Bei starker Vergrößerung, wird die JPEG-Komprimierungsarbeitsweise erkennbar:

Seminar Computer Grafik SS2006 Elena Tabuica

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Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Kompression mit JPEG:3. Blockbildung und DCT
  • Die spektralen Anteile eines Bildes variieren von Ausschnitt zu Ausschnitt, daher ist es sinnvoll, jede Komponente (Y, U und V) des Bildes in 8×8-Blöcke einzuteilen:

Die Werte nach der Indexverschiebung

Die Anfangswerte

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slide15

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Kompression mit JPEG:3. Blockbildung und DCT
  • DCT:
    • abgeleitet aus DFT, nur reelle Koeffizienten
    • transformiert die ortsabhängigen Pixelwerte, d.h. Helligkeits- oder Farbwerte, in frequenzabhängige Amplituden
    • die Frequenz gibt an, wie oft sich der Verlauf der periodischen Kosinusfunktion pro Ortseinheit wiederholt
    • die Amplitude – die betraglichen Maximalwerte, die eine dazugehörige Kosinusfunktion annimmt

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slide16

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Kompression mit JPEG:3. Blockbildung und DCT
  • Jeder 8 x 8 Block wird der DCT (hier FDCT – Forward DCT) unterzogen
  • Die Formelzur Berechnung von (2D) FDCT:

,

F x,y:Amplitude der Kosinusschwingung mit der Frequenz der Nummer (x, y)

x, y: Nummer der Frequenz in Horizontal- bzw. Vertikalrichtung

i, j:Nummer des Ortes in Horizontal- bzw. Vertikalrichtung

f i,j: Pixelwert am Ort (i,j)

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Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Kompression mit JPEG:3. Blockbildung und DCT
  • DasErgebnis: eine neue 8 x 8 Matrix

Die berechneten DCT Koeffizienten zu der oben genannten Matrix

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Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Kompression mit JPEG:4. Quantisierung (verlustbehaftet)
  • Man unterscheidet dabei einen DC-Koeffizient (engl. directcurrent) und 63 AC-Koeffizienten (engl. alternating current)
  • DC(F(0,0)) bildet den ungefähren
  • Gleichanteil aller Werte F(x,y),
  • AC – den Wechselanteil
  • Benachbarte Pixel unterscheiden sich
  • nur geringfügig voneinander -> die
  • meisten Werte um Null oder gleich Null

Horizontale Frequenz

vertikale Frequenz

Positionen der DCT-Koeffizienten in

Abhängigkeit von der Ortsfrequenz

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F‘(x,y) = F (x,y)/ Q(x,y) +0.5

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Kompression mit JPEG:4. Quantisierung (verlustbehaftet)
  • Die DCT Koeffizienten werden durch so genannte Quantisierungsmatrix geteilt und abgerundet:
  • Die Quantisierungsmatrix ist sowohl für die Qualität als auch für die Kompressionsrate verantwortlich
  • Je größer der Quantisierungsfaktor, desto mehr Informationen vom ursprünglichen Bild gehen verloren, wobei man für höhere Frequenzen höhere Quantisierungsfaktoren nehmen kann

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slide20

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Kompression mit JPEG:4. Quantisierung (verlustbehaftet)
  • Beispiel Quantisierungsmatrizen:

Matrix mit Quantisierungswertenfür Luminanz Y

Matrix mit Quantisierungswerten für Chrominanzen

Seminar Computer Grafik SS2006 Elena Tabuica

slide21

F‘(x,y) = F (x,y)/ Q(x,y) +0.5

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Kompression mit JPEG:4. Quantisierung (verlustbehaftet)
  • Die DCT Koeffizienten werden durch so genannte Quantisierungsmatrix geteilt und abgerundet:
  • Die Quantisierungsmatrix ist sowohl für die Qualität als auch für die Kompressionsrate verantwortlich
  • Je größer der Quantisierungsfaktor, desto mehr Informationen vom ursprünglichen Bild gehen verloren, wobei man für höhere Frequenzen höhere Quantisierungsfaktoren nehmen kann

Seminar Computer Grafik SS2006 Elena Tabuica

slide22

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Kompression mit JPEG:4. Quantisierung (verlustbehaftet)
  • Viele der kleinen DCT-Koeffizienten (diejenigen mit hohen Frequenzen) werden so zu Null quantisiert:

quantisierte DCT-Koeffizienten

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slide23

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Kompression mit JPEG:5. Codierung
  • DC- und AC-Koeffizienten werden jeweils anders kodiert
  • DC-Codierung:
    • berechne die Differenz zu dem DC-Wert des vorangehenden Blocks:
  • DIFF = DC(i) –DC(i-1)
    • teile die DIFF-Werte in 12 Kategorien ein: jede Kategorie gibt die Anzahl der benötigten Bits, um das Codewort zu codieren
    • codiere jede Kategorie mit dem Huffman-Code

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slide24

S(i)

P(i)

1

R

B

G

Y

L

0.4

0.1

0.1

0.1

0.3

1

1..0

1

1

0

0.3

0

0

0.2

0.6

0

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Kompression mit JPEG:5. Codierung
  • Huffman-Code-Beispiel:
    • gegeben einen Bildausschnitt der Länge 80: RGBLRBRYBR
    • bilde die Häufigkeitstabelle der Farben:
    • codierte Folge: 0 110 10 1110 0 10 0 11110 10 0
    • aus 80 Bit wird 22 Bit, also die Kompressionsrate ~4

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slide25

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Kompression mit JPEG:5. Codierung
  • Kategorien für die Codierung von DC-Koeffizienten und Huffman-Code-Beispiele für die Codierung von Luminanz und Chrominanzen:

Seminar Computer Grafik SS2006 Elena Tabuica

slide26

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Kompression mit JPEG:5. Codierung
  • AC-Codierung:
    • sortiere die 8 x 8 Koeffizientenmatrix
    • durch eine Zick-Zack-Abtastung:
  • 1 -9 3 0 0 …0
    • man geht davon aus, dass es weniger
    • hochfrequente Anteile als tieffrequente
    • in den Blöcken gibt
    • Alle Nullen konzentrieren sich am Ende
    • des AC-Koeffizientenvektors

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slide27

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Kompression mit JPEG:5. Codierung
  • teile alle AC-Koeffizienten ungleich Null in Kategorien ein
  • weise jeder Kombination Lauflänge/Kategorie ein Huffman-Codewort zu

Beispieltabelle für die Codierung von Lauflänge und Kategorien der AC-Koeffizienten

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slide28

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Kompression mit JPEG:5. Codierung
  • jetzt kann der AC-Koeffizient mit zwei Komponenten codiert werden:
    • Die erste Komponente besteht aus der Lauflänge und Anzahl von Bits
    • Die zweite ist der tatsächliche Koeffizientenwert selbst
    • EOB(End-Of-Block) – Zeichen folgt dem letzten AC-Koeffizienten ungleich Null
  • Beispiel:
    • DC= 2, DIFF = 0, AC-Folge = 1 -9 3 0 0 …0
    • DC-Zwischendarstellung = (2,3.El)
    • AC-Zwischendarstellung = (0/1)(2.El) (0/4)(7.El) (0/2)(4.El)(EOB)
    • Endergebnis: 011 10 00 1 1011 0110 01 11 1010

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slide29

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • DieJPEG-Dekodierung:
  • Um das komprimierte Bild nun wieder herzustellen, wird das gesamte bisherige Verfahren "rückwärts" angewandt:
    • Dekodierung
    • Dequantisierung
    • Die Inverse Diskrete Kosinustransformation (IDCT)
    • Indexverschiebung
    • Farbraumänderung von YUV oder YCbCr zu RGB

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slide30

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Die JPEG-Dekodierung:
  • Dekodierung
    • Entschlüsselung des Binärcodes: leicht gemacht, da mit Huffman-Code codiert (präfixfrei und injektiv)
    • anhand der mitgespeicherten Tabellen
    • oder den programmeigenen empirisch erstellten Tabellen, auf die in der Bilddatei verwiesen wird

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slide31

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Die JPEG-Dekodierung:
  • Dequantisierung(1)
    • wegen Teilen und Runden keine 100% Wiederherstellung der Ursprungsdaten
    • der rekonstruierte DCT-Koeffizient wird berechnet:
    • wobei F‘(x,y) der quantisierte Wert ist und Q(x,y) der jeweilige Quantisierungsfaktor

F(x,y) = F‘ (x,y)* Q(x,y)

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slide32

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Die JPEG-Dekodierung:
  • Dequantisierung(2)
    • Die rekonstruierten DCT-Koeffizienten aus dem obigen Beispiel

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slide33

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Die JPEG-Dekodierung:
  • Inverse Diskrete Kosinustransformation(IDCT)
      • Die Formel der (2D)IDCT lautet:
  • Indexverschiebung
    • Eine Zurück-Verschiebung in die Wertemenge [0;255] ergibt dann die ursprünglichen Pixel, die Orts- und Farbinformationen tragen

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slide34

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Die JPEG-Dekodierung:
  • Farbraumänderung von YUV nach RGB
    • das komprimierte Ausgangsbild (eine Konvertierung zurück in den RGB-Farbraum kann erfolgen):
        • von YUV nach RGB:
          • R =Y + V
          • B = Y + U
          • G = Y - B – R

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slide35

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Die JPEG-Dekodierung:
  • Der rekonstruierte Block und das Original:

rekonstruiert

original

Seminar Computer Grafik SS2006 Elena Tabuica

slide36

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Die JPEG-Dekodierung:
  • Die Differenz zwischen dem Original und dem rekonstruierten Block:
  • Trotz des Übergangs von 8 zu 3/8 Bits per Pixel, ist das Ergebnis sehr nah zum Original

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slide37

Bildformate: JPEG und MPEG

Originalblock

Quantisierungstabelle

Rekonstruierte Koeffizienten

Rekonstruierter Block

Quantisierte Koeffizienten

DCT-Koeffizienten

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slide38

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Zusammenfassung:
  • Vorteile:
    • hohe Kompressionsraten
    • wird von fast allen Rechnerplattformen unterstützt
    • kann in fast jeder Bildbearbeitung nachbearbeitet werden
  • Nachteile:
    • nicht geeignet für digitale Strichzeichnungen mit wenigen Farben und harten Kanten
    • nicht geeignet für Schwarzweißbilder
    • gerasterte Bilder
    • Schärfe- und Farbverluste durch die Komprimierung

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slide39

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Beispiele:
  • Artefakte von JPEG:
    • 8 x 8 Block-Muster als Folge von 8 x 8 Blöcke-Einteilung
    • Gibbssches Phänomen als Folge von DCT

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slide40

Bildformate: JPEG und MPEG

8 x 8-Block-Bildung

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slide41

Bildformate: JPEG und MPEG

  • JPEG
  • (Joint Photographics Experts Group)
  • Kompression mit JPEG:4. Quantisierung (verlustbehaftet)
  • Gibbssches Phänomen: das typische Verhalten von Fourierreihen in der Umgebung von Sprungstellen
  • entsteht, wenn ein hochfrequentes Ausgangssignal zu stark quantisiert wurde

Überschwinger

Unterschwinger

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slide42

Bildformate: JPEG und MPEG

Seminar Computer Grafik SS2006 Elena Tabuica

slide43

Bildformate: JPEG und MPEG

Original: raytracer.bmp 3,07MB

jpeg_lowest 57KB

jpeg_max 296KB

1:16

1:16

1:16

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slide44

Bildformate: JPEG und MPEG

  • MPEG
  • (Moving Pictures Experts Group)
  • Inhalt:
  • Weshalb Videokompression?
  • Was ist MPEG?
  • MPEG-Videostream
  • MPEG-Codierung
  • Zusammenfassung

Seminar Computer Grafik SS2006 Elena Tabuica

slide45

Bildformate: JPEG und MPEG

  • MPEG
  • (Moving Pictures Experts Group)
  • Weshalb Videokompression?
  • Speicherplatzreduktion:
    • Die Datenrate eines digitalisierten Farbfernsehsignals beträgt ~ 166 Mbit/s:
      • CD (700MB = 5600 Mbit) max. 33 Sekunden
      • DVD (4,7 GB = 38502,4 Mbit) ~ 3,8 Minuten
  • Übertragungszeitenreduktion:
    • z.B. im Internet max. Übertragungsrate von VDSL: 50 Mbit/s Downstream

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slide46

Bildformate: JPEG und MPEG

  • MPEG
  • (Moving Pictures Experts Group)
  • Was ist MPEG?
  • Eine Arbeitsgruppe der ISO und IEC (International Electrotechnical Society)(1988), die sich mit der Standardisierung im Videobereich beschäftigt
  • Bestand der Arbeit: die Bildsequenzcodierung und die Kompression von Audiodaten
  • Die Algorithmenauswahl wurde von JPEG beeinflusst
  • Die MPEG-Standards geben die Bitstrom-Syntax und die Anforderungen an die Decoder vor
  • Die Implementierung der Encoder ist nicht vorgeschrieben und damit flexibel

Seminar Computer Grafik SS2006 Elena Tabuica

slide47

Bildformate: JPEG und MPEG

  • MPEG
  • (Moving Pictures Experts Group)
  • Was ist MPEG?
  • Die wichtigsten davon sind: MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3 und MPEG-4 , wobei der MPEG-3-Standard mittlerweile in MPEG-2 integriert wurde:
    • MPEG-1(1993): Video-CD
    • MPEG-2(1994): Super-VCD (SVCD) und DVD
    • MPEG-4(1998): Weiterentwicklung von MPEG-1 und MPEG-2, DivX

Seminar Computer Grafik SS2006 Elena Tabuica

slide48

Bildformate: JPEG und MPEG

  • MPEG
  • (Moving Pictures Experts Group)
  • Bewegt-Bildcodierung:
  • Einfachste Lösung: getrennte Codierung jedes einzelnes Bildes (Intracodierung)
  • Besser: Nutzung der Korrelation zeitlich benachbarter Bilder

Seminar Computer Grafik SS2006 Elena Tabuica

slide49

Bildformate: JPEG und MPEG

  • MPEG
  • (Moving Pictures Experts Group)
  • Bewegt-Bildcodierung:
  • Nutzung jedes Einzelnbildes als Schätzung für das nächste Bild. Übertragung der Differenz aus Ist-Bild und Schätzung
  • Verfeinerung:
    • Erkennen der bewegten Bereiche
    • Verbesserung der Schätzung durch Prädiktion der Bewegung

Seminar Computer Grafik SS2006 Elena Tabuica

slide50

Bildformate: JPEG und MPEG

  • MPEG
  • (Moving Pictures Experts Group)
  • MPEG-Videostream:
  • Ein MPEG-Videostream besteht aus mehreren Sequenzen, die durch einen Sequenzkopf eingeleitet und mit einem Ende-Code beendet werden
  • Die Sequenzen sind wiederum in verschiedene Layer unterteilt
  • Jedes Layer (außer Block-Layer) hat einen Header, der verschiedene Informationen enthält:
    • z.B. Bildbreite, Bildhöhe, Bildrate, Seitenverhältnis, Bildtyp, Quantisierungsmatrix usw.

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slide51

Bildformate: JPEG und MPEG

Seminar Computer Grafik SS2006 Elena Tabuica

slide52

Bildformate: JPEG und MPEG

  • MPEG
  • (Moving Pictures Experts Group)
  • MPEG-Videostream:
  • Jede Sequenz gliedert sich ineine oder mehrere Bildgruppen (GOP .. Group Of Pictures)
  • Jeder GOP setzt sich aus einer Abfolge von Bildern zusammen:
    • I-Bilder (Intra-Coded Picture)
    • P-Bilder(Predictive-Coded Picture)
    • B-Bilder (Bidirectionally Predictive-Coded Picture)

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slide53

Bildformate: JPEG und MPEG

  • MPEG
  • (Moving Pictures Experts Group)
  • MPEG-Videostream:
  • GOP-Bildtypen (1):
    • das erste ist immer ein I-Bild (Intra-Coded Picture):
      • ein codiertes Einzelbild bzw. Vollbild
      • ohne Informationen von anderen Bildern verarbeitet
      • intraframe komprimiert
      • Kompressionsrate sehr niedrig

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slide54

Bildformate: JPEG und MPEG

  • MPEG
  • (Moving Pictures Experts Group)
  • MPEG-Videostream:
  • GOP-Bildtypen (2):
    • Predictive-Coded Picture(P-Frame oder P-Bild):
      • zur Codierung vorausgegangene I- oder P-Bilder benötigt
      • das vorausgegangene Bild wird in Blöcke unterteilt
      • nur die Blöcke, die sich geändert haben, werden als P-Bild gespeichert (Prädiktion)
      • die Änderungen werden als Bewegungsvektoren aufgefasst (Bewegungsschätzung)
      • interframe-komprimiert

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slide55

Bildformate: JPEG und MPEG

  • MPEG
  • (Moving Pictures Experts Group)
  • MPEG-Videostream:
  • GOP-Bildtypen (3):
    • Predictive-Coded Picture Beispiel:

Seminar Computer Grafik SS2006 Elena Tabuica

slide56

Bildformate: JPEG und MPEG

Seminar Computer Grafik SS2006 Elena Tabuica

slide57

Bildformate: JPEG und MPEG

Seminar Computer Grafik SS2006 Elena Tabuica

slide58

Bildformate: JPEG und MPEG

  • MPEG
  • (Moving Pictures Experts Group)
  • MPEG-Videostream:
  • GOP-Bildtypen(4):
    • Bidirectionally Predictive-Coded Picture(B-Frame oder B-Bild):
      • zur Codierung vorausgegangene und nachfolgende
      • I- oder P-Bilder benötigt (Zeitverzögerung und Speicheraufwand)
      • Die Kodierreihenfolge (Stream Order) unterscheidet sich
      • von der Ausgabeabfolge (Display Order):
      • Bildpuffer benötigt
      • intraframe-komprimiert
      • höchste Kompressionsrate

Seminar Computer Grafik SS2006 Elena Tabuica

slide59

Bildformate: JPEG und MPEG

  • MPEG
  • (Moving Pictures Experts Group)
  • MPEG-Videostream:
  • BidirectionallyPredictive-Coded Picture Beispiel:

Seminar Computer Grafik SS2006 Elena Tabuica

slide60

Bildformate: JPEG und MPEG

  • MPEG
  • (Moving Pictures Experts Group)
  • MPEG-Videostream:
  • JedesBild setzt sich aus Scheiben (Slices) zusammen
  • Slices bestehen aus Makroblöcken:
      • jedes Kästchen symbolisiert ein Makroblock
      • benachbarte Makroblocks gleichen Grautons
      • gehören zur selben Scheibe

Gruppierung von Makroblöcken zu

Slices innerhlab eines Bildes

Seminar Computer Grafik SS2006 Elena Tabuica

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Bildformate: JPEG und MPEG

  • MPEG
  • (Moving Pictures Experts Group)
  • MPEG-Videostream:
  • Makroblöcke bestehen aus je vier 8 x 8-Luminanzblöcken und zwei 8 x 8-Chrominanzblöcken(bei MPEG-1) bzw. 2, 4 oder 8 (bei MPEG-2):
    • MPEG-1 unterstützt nur das 4:2:0 Unterabtastung-Format
    • MPEG-2 auch 4:2:2 und 4:4:4

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Bildformate: JPEG und MPEG

  • MPEG
  • (Moving Pictures Experts Group)
  • MPEG-Codierung:
  • Codierung von I-Bildern (Intracodierung):
    • Folgt den gleichen Prinzipien wie JPEG-Codierung:
      • Aufteilung in 8 x 8 Blöcke
      • Anwendung der DCT auf jeden Block
      • Quantisierung
      • Differentielle Codierung von DC-Koeffizienten und kombinierte Lauflängen /Huffman-Codierung (keine Aufteilung in Kategorien) von AC-Koeffizienten

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Bildformate: JPEG und MPEG

  • MPEG
  • (Moving Pictures Experts Group)
  • MPEG-Codierung:
  • Codierung von P- und B-Bildern:
    • passiert auf Makroblock-Ebene
    • Die Intra-Codierung erfolgt analog zu der Codierung von I-Bildern
    • Bei Inter-Codierung ändert sich die Quantisierung
    • Da alle Frequenzanteile gleich wichtig, Q(x,y) = 16
    • Die DC-Koeffizeinten werden zusammen mit AC-Koeffizienten verarbeitet

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Bildformate: JPEG und MPEG

MPEG

(Moving Pictures Experts Group)

MPEG-Codierung:

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Bildformate: JPEG und MPEG

  • MPEG
  • (Moving Pictures Experts Group)
  • Zusammenfassung:
  • Die Decodierung ist einfach, die Codierung wesentlich komplexer
  • Probleme beim Codieren:
    • Bewegungen detektieren
    • Die optimalen Bewegungsvektoren bestimmen
    • Codierungsmodi auswählen
    • Zur Bitratensteuerung Daten puffern
    • Puffer Über- und Leerlauf verhindern
  • - Die Lösung dieser Probleme hängt vom Encoder-Entwickler ab

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Bildformate: JPEG und MPEG

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