FOTOGRAFIA DIGITAL FOTOGRAFIA DIGITAL Fernando Pereira Fernando Pereira Instituto Superior Técnico Instituto Superior Técnico Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Imagem Fotográ áfica fica Multin Multiní ível vel Imagem Fotogr Imagem Fotográfica Multinível (tons de cinzento ou cores) (tons de cinzento ou cores) (tons de cinzento ou cores) OBJECTIVO OBJECTIVO Transmissão e armazenamento eficiente de imagem Transmissão e armazenamento eficiente de imagem fotográfica multinível fotográfica multinível Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Sonho ou Pesadelo ? Sonho ou Pesadelo ? Sonho ou Pesadelo ? “Uma imagem vale mais que 1000 palavras” - a informação visual é um meio extremamente eficiente de expressar uma mensagem ou visualizar qualquer tipo de dados. Os sistemas de imagem digital geram enormes quantidades de dados, p.e. muitos Megabytes para uma única imagem. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Aplicações Aplicações Aplicações � Fotografia e bases de dados pessoais � Bases de dados profissionais: museus, mapas, esquemas, etc. � Videotexto fotográfico � Desktop publishing � Artes gráficas � Telecópia a cores � Imagem médica Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Principal Problema Problema Principal Problema Principal Uma imagem é gerada e consumida como um conjunto de M × × × × N amostras de luminância e crominância, com um certo número de bits por amostra o que faz com que o número de bits - e logo a banda e memória - necessário para representar digitalmente uma imagem seja ENORME !!! Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Codificação/Compressão de Imagem de Imagem Codificação/Compressão de Imagem Codificação/Compressão Trata da representação o mais eficiente possível de uma imagem, satisfazendo o conjunto de requisitos relevantes. E os requisitos variam segundo as aplicações e as respectivas funcionalidades ... Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Donde vem a Compressão ? Donde vem a Compressão ? Donde vem a Compressão ? � REDUNDÂNCIA REDUNDÂNCIA - tem a ver com as semelhanças, correlação e � preditabilidade entre as amostras da imagem. -> a redução de redundância não envolve a perda de informação ou seja a imagem é comprimida sem perdas. � IRRELEVÂNCIA IRRELEVÂNCIA - tem a ver com a informação imperceptível � ao olho ou insignificante ao cérebro humanos. -> a redução de irrelevância é um processo irreversível, involvendo perda de informação. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
A Norma JPEG ( Joint Photographic Experts Group Joint Photographic Experts Group - - ISO & ITU ISO & ITU - T ) ( - T ) Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
OBJECTIVO OBJECTIVO OBJECTIVO Definição de uma norma genérica de compressão que considere os requisitos da maior parte das aplicações usando imagem fotográfica multinível. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Interoperabilidade, logo Normas ! Interoperabilidade, logo Normas ! Interoperabilidade, logo Normas ! � A codificação de imagem é usada em muitas aplicações audiovisuais para as quais a interoperabilidade é um requisito essencial. � O requisito de interoperabilidade é satisfeito através da especificação de normas de codificação. � De forma a incentivar a evolução e a competição, as normas devem oferecer interoperabilidade através da especificação do menor conjunto possível de ferramentas. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Principais Requisitos do JPEG Principais Requisitos do JPEG Principais Requisitos do JPEG � Eficiência Eficiência - Basear-se nas mais eficientes técnicas de compressão, � nomeadamente para qualidades classificadas como 'muito boas'; possibilidade de parametrização da qualidade/compressão. � Flexibilidade Flexibilidade - Aplicabilidade a qualquer tipo de imagem � fotográfica multinível (não binível) sem restricções de resolução, factor de forma, espaço de cores, conteúdo, etc. � Baixa complexidade Baixa complexidade - Complexidade aceitável de forma a � permitir a implementação em software numa gama variada de CPU's. � Generalidade Generalidade - Considerar vários modos de operação, � nomeadamente os modos sequencial, progressivo, sem perdas e hierárquico. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Elementos Normativos Elementos Normativos Elementos Normativos � CODIFICADOR CODIFICADOR - A partir das imagens digitais à entrada e � das tabelas de especificação gera, através dum conjunto de técnicas, o fluxo de dados comprimidos de saída. � FORMATO DE INTERCÂMBIO FORMATO DE INTERCÂMBIO - Representação � comprimida dos dados correspondentes à imagem, incluindo as tabelas de especificação. � DESCODIFICADOR DESCODIFICADOR - Através de um conjunto de técnicas, � gera as imagens reconstruídas na saída, a partir do fluxo de dados comprimidos à entrada e das tabelas de especificação. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Elementos Normativos Elementos Normativos Elementos Normativos Codificador Fluxo binário codificado v Tabelas Informação original Descodificador Fluxo binário codificado v Tabelas Informação descodificada Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Norma ITU- -R 601 R 601 Norma ITU-R 601 Norma ITU � Inclui os sistemas de 625 e 525 linhas (25 e 30 Hz) e os formatos 4:3 e 16:9 � Ritmos base de amostragem: 13.5 MHz para a luminância e 6.75 MHz para as crominâncias � Quantificação das amostras: 8 bits Formato Resolução Y Resolução U e V Horizontal Vertical 4:4:4 720 x 576 720 x 576 1:1 1:1 4:2:2 720 x 576 360 x 576 2:1 1:1 4:2:0 720 x 576 360 x 288 2:1 2:1 4:1:1 720 x 576 180 x 576 4:1 1:1 4:1:0 720 x 576 180 x 144 4:1 4:1 Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Multiplexagem Multiplexagem Multiplexagem Uma vez que inúmeras aplicações devem proceder à descodificação e visualização ou impressão sem grande capacidade de memorização, é necessário que as imagens com várias componentes considerem a necessidade de multiplexar a respectiva informação. Caso 1: 1: Todas Todas as as componentes componentes com a com a mesma mesma resolução resolução Caso Sem multiplexagem (ordem): A1,A2,A3,…,An B1,B2,B3,…,Bn C1,C2,C3,…,Cn Com multiplexagem fina (ordem): A1, B1, C1, A2, B2, C2, A3 … An, Bn, Cn Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Multiplexagem Multiplexagem Multiplexagem Caso 2: 2: Componentes Componentes com com diferente diferente resolu resoluç ção ão Caso Sem multiplexagem (ordem): A1,A2,A3,…,An B1,B2,B3,…,Bn/2 C1,C2,C3,…,Cn/2 Com multiplexagem fina (ordem): A1, A2, B1, C1, A3, A4, B2, C2, … An-1, An, Bn/2, Cn/2 Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Tipos de Codificação Tipos de Codificação Tipos de Codificação � SEM PERDAS ( SEM PERDAS ( lossless lossless ) ) - A imagem é reconstruída sem qualquer � perda (original e descodificado são matematicamente iguais); factores de compressão mais reduzidos são atingidos (aproximadamente 2:1) � COM PERDAS ( COM PERDAS ( lossy ) - A imagem é reconstruída com elevada lossy ) � fidelidade em relação ao original (mas não idêntica), atingindo-se factores de compressão elevados; este tipo de codificação recorre à Transformada de Coseno Discreta ( Discrete Cosine Transform - DCT) O processo de codificação mais simples baseado na DCT é designado por PROCESSO SEQUENCIAL BASELINE PROCESSO SEQUENCIAL BASELINE e é suficiente para inúmeras aplicações. Este processo é obrigatório em todos os sistemas JPEG. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Modos de Operação Modos de Operação Modos de Operação Os vários modos de operação resultam da exigência de universalidade desta norma e da variedade de aplicações consideradas. � SEQUENCIAL SEQUENCIAL - Cada componente da imagem é codificada num único varrimento � (de cima para baixo e da esquerda para a direita); � PROGRESSIVO PROGRESSIVO - A imagem é codificada usando vários varrimentos que oferecem � uma imagem sucessivamente de melhor qualidade; � SEM PERDAS SEM PERDAS - A codificação garante a reconstrução exacta de cada amostra da � imagem original; � HIERÁRQUICO HIERÁRQUICO - A imagem é codificada em várias resoluções de modo a que � resoluções mais baixas possam estar acessíveis sem descodificar a resolução mais elevada. Para cada modo de operação são especificados um ou mais codecs que se distinguem pela precisão das amostras da imagem ou pelo método de codificação entrópica usado. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Modo Progressivo versus versus Modo Modo Modo Progressivo versus Modo Modo Progressivo Sequencial Sequencial Sequencial Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Codificação Baseada Baseada na DCT na DCT Codificação Baseada na DCT Codificação Tabela de Tabela de codificação quantificação Imagem Codific. DCT Quantificação original entrópica Transmissão ou armazenam. Tabela de des- Tabela de quantificação descodificação Inversão da Imagem Descodif. IDCT descodificada entrópica quantificação Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
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