- ها درسان ن چ مهای ت س سی درس هان ف صها گا ش ن دا ی و# ئ د وی ی ده سار ر ش ف ادی* ی ن- ب های/ ک ی ن ک ی های ن د رسا ن چ مهای ت س سی درس اد درس: ی س ا ی ل و ل ه- ب ی عل1
Jan 08, 2016
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
تکنیک های بنیادی فشرده سازی ویدئو
درس سیستم های چند رسانه ای
استاد درس:
علی بهلولی
1
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
فشرده سازی تصویر
مقدمه ای بر فشرده سازی ویدئویی
فشرده سازی ویدئویی توسط
انطباق حرکتی
جستجوی بردارهای حرکتی
H.261استاندارد
H.263استاندارد 2
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
مقدمه ای بر فشرده سازی ویدئویی
3
ویدئومتشکلازسکانسهایدارایاولویتزمانیازفریمهایی)یعنیتصاویر(هستند.
یکراهحلواضحبرایفشردهسازیویدئویی،پیشگوییمبتنیبرفریمهایقبلیمیباشد.
فشردهسازیباکمکردنفریمازفریمقبلیوکدکردنتفاضلآنها
برایبهبودفشردهسازیمیتوانبهجایتفاضلپیکسلبهپیکسل،الگویخاصیازفریمفعلیرادر
فریمبعدیجستجوکنیموآندوراازهمکمکنیم
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
فشرده سازی ویدئویی توسط انطباق حرکتی
فریمهایمتوالیدریکویدئو،مشابههستند–افزونگیزمانیوجوددارد.
(استفادهTemporal redundancyازافزونگیزمانی)میشودتانیازنباشدهرفریمازویدئوبطور
مستقلبهعنوانیکتصویرجدیدکدگذاریشود.
تفاوتبینفریمفعلیوسایرفریمهادرتوالیمربوطهکدگذاریخواهدشد–تعدادبیتکمتر
وآنتروپیکمتربرایفشردهسازیمناسبمیباشد.
4
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
فشرده سازی ویدئویی توسط انطباق حرکتی
مراحلفشردهسازیویدئوییبراساسانطباق(:MCحرکتی)
(Motion Compensation)-برآوردحرکت)جستجویبردارحرکت(.1
.MC-پیشبینیمبتنیبر2
-بدستآوردنخطایپیشبینییعنیتفاوت.3
5
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
انطباق حرکتی N x(دراندازهmacro blocksهرتصویربهماکروبالکهایی)
N .تقسیممیشود
(.yبرایمولفهروشنایی)N =16بهعنوانپیشفرض:میباشدبافرضN =8(،chrominanceبرایمولفهرنگ)
استفادهشدهباشد.4:2:0اینکهازفشردهسازینوع
انطباقحرکتیدرسطحماکروبالکانجاممیشود.
(Targetبهفریمتصویرفعلی”فریمهدف“گفتهمیشود.)
6
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
انطباق حرکتی
سازگاریبینماکروبالکدرفریمهدفومشابه-ترینماکروبالکدرفریمهایقبلیویاآتی)کهبه
آنهافریممرجعگفتهمیشود(جستجومیشود.
بهفاصلهماکروبالکمرجعتاماکروبالکهدف،-گفتهمیشود.MVبردارحرکتی
موردپیشبینیروبهجلورانشانمی1-10شکل-دهد
7
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای 8
:ماکروبالکهاوبردارهایحرکتدرفشرده1-10شکلسازیویدئویی
معمaوالدرمحaدودههمسaایگیبسaیارMVجسaتجویو عمaودی جابجaایی انaدازه – شaود می انجaام نزدیaک
هسaتنداینامaرپنجaرهجسaتجو[p,p]-افقیدرمحaدودهمیرساند.(2p+1(*)2p+1)رابهاندازه
انطباق حرکتی
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
جستجوی بردارهای حرکتی
9
تفاوتبیندوماکروبالکرامیتوانتوسطمیانگین(اندازهگرفت:MADقدرمطلقتفاضلآنها)
Nاندازهماکروبالک:KوLشاخصهایپیکسلهادرماکروبالک:iوj:جابجاییهایعمودیوافقی
C ( x + k, y + l )پیکسلهایموجوددرماکروبالکدرفریم:هدف
R ( x + i + k, y + j + l )پیکسلهایموجوددرماکروبالکدر:فریممرجع
بهعنوانبردار(i,j)هدفاینجستجوپیداکردنیکبردار•حداقلMAD(i, j)بهصورتیاستکهMV = (u, v)حرکتی
باشد. ( , ) ( , ) | ( , ) , [ , ], [ , ] u v i j MAD i j is minimum i p p j p p
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
جستجوی ترتیبی
)x)2p +1(2p + 1)جسaتجویترتیaبی:کaلپنجaره•درفaریممرجaعرابaهتaرتیبجسaتجوکنیaد.)همچaنین
بهآنجستجویکاملهمگفتهمیشود(.
مرکaز- در وضaعیتها از یaک هaر در کaه ماکروبالکیفaریم در مaاکروبالک بaا اسaت گرفتaه قaرار پنجaرههaدفبصaورتپیکسaلبaهپیکسaلمقایسaهمیشaود
مربوطaهشaانبaااسaتفادهازفرمaولMADوبنaابراینبدستمیآید.(10.1)
10
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
جستجوی ترتیبی
کمaترین) i, j( بردار- بaهMADکaه دهaد می ارائaه را بaرایمaاکروبالکدرaفaریمهaدفaدر MV (u, v) عنaوان
نظرگرفتهمیشود.
بaا- – اسaت زمaانبر بسaیار ترتیaبی جسaتجوی روشaتلزمaلمسaپیکسaرaههaسaقایaهمaاینکaرضaلمی3فaعم
هزینaه ، کaردن( جمaع مطلaق، قaدر ، باشaد)تفریaقaالکaاکروبaکمaیaرایaرکتبaدارحaرaکبaیaردنaتآوaبدس
بهصورتزیراست(2p + 1(.)2p +1.)N 2. 3 O ( p 2 N 2 )
11
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
برنامه جستجوی ترتیبی
12
beginmin_MAD = LARGE NUMBER; /* Initialization */for i = −p to p
for j = −p to p{
cur_MAD = MAD(i, j);if cur_MAD < min_MAD{
min_MAD = cur_MAD;u = i; /* Get the coordinates for MV. */v = j;
}}
end
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
دو بعدیجستجوی لگاریتمی مaدلسaریعترونیمaهبهینaهاسaتولیمعمaوال“:جسaتجویلگaاریتمی
قابلاستفادهاست.
دوبعaدیشaبیهجسaتجویبaاینریاست.رویaهجسaتجویلگaاریتمی
9نشaاندادهشaدهاسaتدرابتaدافقaط10-2همaانطورکaهدرشaکل-یaک بaرaای هaایaشaروaع نقaطaه عنaواaن aهaب جسaتaجو درaپنجaره مکaان
بaر مبتaنی aتجویaسaجMADودaشaتفادهمیaاس ;” بaا aاaآنه مت1 aعال a“گذاریمیشوند.
کمaترین- کaه ای پنجaره اینکaه از کنaدMADپس می حاصaل را شناسaاییمیaشaودمaرکaزaمنطقaهجسaتجوaیجدیaدبaهaآنانتقaالدaاده
میشودوaمحدودهaجستجوبaهنصفaکاهaشدaادهمیشود.
“عالمتگذاریمیشودو....)بههمین2مکانبا”9درتکراربعدی-ترتیب(.
13
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
دو بعدیجستجوی لگاریتمی
14
برایبردارهایحرکتی2Dجستجویلگاریتمی2-10شکل
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
جستجوی سلسله مراتبی
آنگaاه راکaاهشدهیم هaا درصaورتیکaهرزولوشaنفaریمجستجوسریعترانجاممیشود
برایاینکaهسaرعتودقترابaاهمداشaتهباشaیممیتaوانبaهaتaرتaیبaدر بگaیaریمaکaه نظaر راaدر مخaتلaف aطحaس چaنaدسaطحaهaایaپaاaییaنaتaررaزولوشaنaکaاهشaوaامکaانaیaافتaنبaردارحaرکaتیکaاهaشمیaیابaدولaیaسaرaعتجaسaتجوaبیaشaترمی
شaودa.جستaجوaازپaاaیینترaینaسطحaشaروعمaیaشوaد
همچaنینPازآنجaاییکaهانaدازهمaاکروبالککوچکaتراسaتومیaتوانaدبطaورaنسaبیaکaاهشaدادaهشaودتعaداaدعملaیaاتالزم
بهمقدارزیادیکممیشود.
15
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای 16
سطحیبرایبردارهایحرکتی3یکجستجویسلسلهمراتبی3-10شکل
جستجوی سلسله مراتبی
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
مقایسه سه روش ذکر شده
17
تعدادعملیاتهایریاضیدرهرثانیهبرایسهروشذکرشدهنمایشدادهشدهاست
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
H.261استاندارد•H.261ازقدیمیتریناستانداردهایفشردهسازیدیجیتالی:
استکهدرMCویدئوییمیباشد،فشردهسازیمبتنیبرهمهاستانداردهایفشردهسازیویدئوییبعدینیزمورد
استفادهقرارگرفتهشدهاست.
وسایرvideo conferencingوvideophoneایناستانداردبرای-طراحیشدهبود.ISDNخدماتسمعیبصریازطریق
-video codecازنرخهایp x 64 kbpsحمایتمیکندکهpبینهمp * 64میتواندباشد.)اینروشبهعنوان30تا1
معروفاست(.
میلیثانیه150الزماستکهتاخیرکدگذارویدئوییکمتراز-بالدرنگvideo conferencingباشدتااینکهویدئوبتواندبرای
دوطرفهاستفادهشود.18
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
فرمت های ویدئویی پشتیبانی شده H.261توسط
19
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای 20
H.261:ترتیبفریم10-4شکل
H.261فریمها و ترتیب آنها در
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
H.261 فریم ها در-I)دونوعفریمتصویریتعریفشدهاست:درونفریمی•
frames)ومیانفریمی(p-frames):
-(I-frames)ود.درaهمیشaرگرفتaتقلدرنظaاویرمسaوانتصaبعنaاستفاaدهمیکند.JPEGازروشکدگذارaیمشابaهa(I-frames)aهaر
-(p-frames)گویانهaذاریپیشaطروشکدگaتند.توسaتقلنیسaمسقبلینaیزp-framesروaبaهجلaوکدگaذaاریaمیشaوaد)پیشaگویaیاز
aفقطازیکaنه–aمجازمیباشدI-framesقبلی.<)
هaاافaزونگیزمaانیحaذفمیشaوددرحالیکaهدرp-framesدر-I_frameلaدیaتبaازaهaادaتفaاسaaاaیبaنaاaمکaنگیaزوaافaطaفق،DCT
حذفمیشود
21
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
H.261 فریم ها در
هاi-Frameعللاستفادهازدر ویaدئو، پخش دسaتگاه کaردن روشaن صaورت در
حینپخش،امکاندیکدوجودداشتهباشدجهتاجتنaابازانتشaارخطاهaایکدگaذاریمعمaوالیaک
I-frameتادهمیaدئوفرسaهازویaرثانیaاردرهaدینبaچنشود.
هنگaامجلaووعقببaردننیaازبaهانجaامهمaهپردازشaهانباشد
همیشهدرواحدH.261بردارهایحرکتیدر•پیکسلاندازهگیریمیشوندودامنهمحدوده
است±15آن
22
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
:I-frameکدگذاری
23
I-Frameکدگذاری5-10شکلبaرای8×8وyبaرایفaریم16×16مaاکروبالکهaابaهانaدازهپیکسaلهaای•
اسaتفادهمیشaود.یaک4:2:0هسaتندچaونازروشCb and CrفaریمهaایاستCrویکCb،یکYبالک4ماکروبالکشامل
اسaتفادهمیشaود.سaپسضaریبهaایDCTیaکتبaدیل8×8برایهaربالک•DCT.کوانتیزهشدهونهایتاکدگذاریآنتروپیمیشوند
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
p-frameکدگذاری
راp-frame ،H.261،طرحکدگذاری10-6شکلمبتنیبرانطباقحرکتینشانمیدهد:
برایهaرمaاکروبالکدرفaریمهaدفیaکبaردارحرکaتی-توسaطیکیازروشهaایجسaتجوکaهقبالتوضaیحداده
شداختصاصدادهمیشود.
تفاضaل- مقaدار ، مaاکروبالک یaک پیشaگویی از پسمحاسبهمیشود
تبaدیل8×8ازهaریaکازاینبالکهaای- DCTهaگرفت،aودaیشaایمaبهaریaسضaپaسDCTدهوaهشaیزaانتaکو
نهایتاکدگذاریآنتروپیمیشوند.24
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
مقدارتفاضلبینفریموفریمبعدیکدp-frameدرمیشود)نهخودماکروبالکهدف(
گاهیاوقاتنمیتوانبهانطباقمناسبدستیافتیعنیخطایپیشگوییازیکسطحقابلقبولخاص
بیشترمیشود.MBکدگذاریمیشود)کهبهعنوانMBبنابراینخود
MBدرونیدرنظرگرفتهمیشود(ودرچنینموردییکمنطبقشدهغیرحرکتینامیدهمیشود.
مقدارتفاضلبدستآمدهMVDبراییکبردارحرکتیبرایکدگذاریآنتروپیفرستادهمیشود:
(3-10)MVD = MVPreceding − MVCurrent
25
p-frameکدگذاری
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
، مبتنی بر p-frameکدگذاری انطباق حرکتی
26
مبتنیبرانطباقP-Frame ،H.261:کدگذاری6-10شکلحرکتی
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
H.261کوانتیزاسیون در DCT،برایهمهضریبهایH.261برایکوانتیزاسیوندر
درداخلیکماکروبالکازیکگامثابتاستفادهمیکند.بعدازکوانتیزهکردنباشد:برایDCTضرایبQDCTاگر
ازرابطهزیرDCضریبمقدار(10.4)
وبرایسایرضریبها:(10.5)
Scaleاست[1,31]یکعددصحیحدرمحدوده
27
_ 8DCT DCTQDCT round round
step size
_ 2*DCT DCTQDCT
step size scale
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای 28
H.261کدینگ7-10شکل
H.261بالک دیاگرام کد کننده در
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای 29
H.261کدگذاروکدبرادر
H.261بالک دیاگرام دیکد کننده در
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
H.263استاندارد H.263یکاستانداردکدگذاریویدئوییاصالحشده،
برایویدئوکنفرانسوسایرخدماتسمعی–بصریانتقالدادهشدهدرشبکههایتلفنیانتقالعمومی
(PSTN).میباشد
هدفشارتباطوانتقالهایبامیزانبیتپایینبهمیباشد.kbps 64میزانیکمتراز
inter-frames (p-frames)ازکدگذاریپیشگویانهبرایجهتکاهشافزونگیموقتیوتغییرشکلکدگذاری
برایسیگنالباقیماندهاستفادهمیکندتاافزونگی(راi-framesوP-framesفاصلهای)برایپیشبینی
کاهشدهد.30
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
بaه(VLC)ازکدگaذاریطaولمتغaیرH.263درH.261ماننaدDCTعaنaوانaروشکدگaذارaیپیشفaرضaبaرایaضaریبaهaای
استفادهمیشود.4بصaورتسلسaلهمراتaبیازH.263تaرتیبH.261هماننaد
الیaهسaاخaتهaشaدهاسaت.هaرالیaهبaاaاسaتaفادهaازترکیaبیازکدطaولثابتaوaکدطaولمتغیaرکaدگذاریaمیشوaد.
روش پیش بینی پیشرفته:8به16ازMC-دراینروشاندازهماکروبالکبرای
کاهشدادهمیشود.-برایهرماکروبالکدرتصویرمربوطبهشدتروشنایی،
(ایجادمیشود.8×8بردارحرکتی)ازهربالک4
31
H.263استاندارد
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
:PBاستفادهازفریمهای-ازفaریمقبلیوبعaدیبدسaتPB،یaکفaریمH.263در-
میآید
32
H.263استاندارد
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
Mpegاستاندارد
بناH261ایناستانداردبرپایهاستانداردنهادهشدهاست
عبارتنداز:H-261تفاوتهایعمدهآنباپشتیبانیازفرمتهایبیشترویدئویی
ضرایباستفادهشدهدرکوانتیزهکردنمتفاوتاست
تغییر512به15بازهجستجویماکروبالکازیافتهاست
ترتیبفریمهاارسالشدهمتفاوتاست
33
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
Mpeg-1ترتیب فریمها در
34
چندرس - سیستمهای درس اصفهان دانشگاهانهای
پایان35