1 Formatos y sistemas de compresión de imágenes Curso de Introducción a la Telemedicina Roberto Rodríguez Osorio ([email protected]) Departamento de Electrónica y Computación Universidad de Santiago de Compostela Índice Codificación Compresión Calidad de compresión Métodos y formatos Imágenes y video Herramientas de compresión Imágenes: Píxeles Discretización El color Codificación: Un método clásico www.soton.ac.uk/~scp93ch/refer/morseform.html 0 ----- 1 .---- 2 ..--- 3 ...-- 4 ....- 5 ..... 6 -.... 7 --... 8 ---.. 9 ----. Parar .-.-.- Coma --..-- N -. O --- P .--. Q --.- R .-. S ... T - U ..- V ...- W .-- X -..- Y -.-- Z --.. A .- B -... C -.-. D -.. E . F ..-. G --. H .... I .. J .--- K -.- L .-.. M -- Codificación: Discretización Blanco y negro 0 1 Codificación: Discretización Blanco y negro Paletas de colores 000 100 001 101 010 110 011 111 A más bits más colores
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Formatos y sistemas de compresión de imágenes · M-JPEG, M-JPEG 2000 Sencillo y rápido Bajo nivel de compresión Comprimir relacionando las imágenes MPEG, H.26x Complejo y lento
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Formatos y sistemas de compresión de imágenes
Curso de Introducción a la Telemedicina
Roberto Rodríguez Osorio ([email protected])Departamento de Electrónica y Computación
Universidad de Santiago de Compostela
Índice
� Codificación� Compresión� Calidad de compresión� Métodos y formatos� Imágenes y video� Herramientas de compresión
Imágenes: Píxeles
� Discretización� El color
Codificación: Un método clásico
www.soton.ac.uk/~scp93ch/refer/morseform.html
0 -----
1 .----
2 ..---
3 ...--
4 ....-
5 .....
6 -....
7 --...
8 ---..
9 ----.
Parar .-.-.-
Coma --..--
N -.
O ---
P .--.
Q --.-
R .-.
S ...
T -
U ..-
V ...-
W .--
X -..-
Y -.--
Z --..
A .-
B -...
C -.-.
D -..
E .
F ..-.
G --.
H ....
I ..
J .---
K -.-
L .-..
M --
Codificación: Discretización
� Blanco y negro 0
1
Codificación: Discretización
� Blanco y negro� Paletas de colores
000 100
001 101
010 110
011 111
A más bits más colores
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Codificación: Discretización
� Blanco y negro� Paletas de colores� Color real
Escala de grises255
0
Color RGB
� RED, GREEN, BLUE� Cámaras equipadas con CCD
+ +
Color YCrCb, YUV, HSB
� Basado en el sistema de visión humano� Mayor sensibilidad a la intensidad que al color
� Usado en TV y fotografía y video digital
+ +
¿Para que comprimir?
� Una fotografía digital de 3 MP sin comprimir ocuparía 9 MB�Comprimida en alta calidad ocupa 1MB
� Una película en DVD de 2 horas sin comprimir ocuparía 155 GB�Comprimida en alta calidad ocupa 4 GB
Compresión
� Reducción del tamaño de la codificación� ¿Por qué es posible?
�Codificación más eficiente�Aprovechar las características de la fuente�Detectar la información implícita
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Compresión: Ejemplo clásico0 -----
1 .----
2 ..---
3 ...--
4 ....-
5 .....
6 -....
7 --...
8 ---..
9 ----.
Parar .-.-.-
Coma --..--
N -.
O ---
P .--.
Q --.-
R .-.
S ...
T -
U ..-
V ...-
W .--
X -..-
Y -.--
Z --..
A .-
B -...
C -.-.
D -..
E .
F ..-.
G --.
H ....
I ..
J .---
K -.-
L .-..
M --
Enma: . -. -- .-
Lola: .-.. --- .-.. .-
Compresión: Otro ejemplo
� Abra la ventana con un click del ratónsobre el icono. Mire las opciones en elmenú de la aplicación. Ejecute una opción del menú posando el puntero del ratónsobre la misma y haciendo click una vez.
Compresión: El conocimiento
Hol? amig??
Quiz?? creéis q?? es dif??? relle?ar estos hue??s, pero no es fác?? equiv????se.
Codificación entrópica
� Algunos símbolos ó eventos son más probables que otros� Estos símbolos se codifican utilizando códigos según las
siguientes reglas:� Los símbolos más probables tendrán códigos cortos� Los símbolos menos probables tendrán códigos más largos
� En contra de lo que pudiera parecer, ambos efectos no se contrarrestan
� El método clásico es el de Huffman, pero existen muchos otros
� Consiguen la máxima calidad� El nivel de compresión es bajo
� Inferior al 50% (~)
� Sus únicas limitaciones provienen de los datos originales�Resolución, número de colores.
Formatos de compresión sin pérdidas
� BMP�Todo tipo de imágenes, muy extendido�Compresión pobre�No comprime color real
� GIF�No admite color real, sólo paletas�Muy bueno para gráficos sencillos�Pobre con fotografías
Formatos de compresión sin pérdidas
� TIFF�Todo tipo de imágenes�Compresión media
� JPEG sin pérdidas, PNG, otros�Formatos muy poco extendidos�Buena compresión�Sólo PNG es relativamente popular
Formatos de compresión sin pérdidas
� JPEG - 2000�Admite compresión sin pérdidas �Todo tipo de imágenes�Formato emergente poco extendido�Complejo. Software lento�Múltiples opciones disponibles
� JPEG 2000 (JP2, JP2000, J2K)�Último standard (ISO)�Unifica compresión con y sin pérdidas�Buena calidad para niveles de compresión
altos� Incluye otras funcionalidades (ROI,
escalamiento, …)�Defectos: Imágenes borrosas
JPEG 2000 con alta calidad
� BMP 3572K� GIF 3603K� TIFF 2532K� PNG 2455K� J2K 2146K� JPEG 1989K� J2K 1593K 1641 x 2172 puntos
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J2K frente a JPEG
� J2K incluye más funcionalidades� Escalabilidad� Protección contra errores� RoI� Compresión sin pérdidas� Compresión a un tamaño exacto de fichero
� J2K es más lento y complejo de implementar que JPEG� La calidad de la imagen es “similar”
� J2K mejora ligeramente a JPEG� Sólo lo supera claramente a muy bajos niveles de calidad� Depende además de la percepción subjetiva
Las funcionalidades son más importantes
que la simple compresión
Calidad para bajos bitrates
JPEG J2K
Compresión a 0,25 bpp
� Las partes más relevantes de la imagen pueden ser codificadas con mayor nivel de detalle
� Se obtiene la misma calidad con menor tamaño de archivo
Región de interés (RoI) Compresión de Video
� Maneja altísimos volúmenes de datos� Altos niveles de compresión� La codificación es compleja� Puede introducir importantes defectos� Posibles problema de latencia en
�Compresión�Transmisión
� La compresión sin pérdidas apenas existe
Compresión de Video
� Hay 2 métodos básicos�Comprimir imágenes separadas
� M-JPEG, M-JPEG 2000� Sencillo y rápido� Bajo nivel de compresión
�Comprimir relacionando las imágenes� MPEG, H.26x� Complejo y lento� Alto nivel de compresión
Mucho más eficiente que el
anterior
Codificadores de video híbridos
� Cada imagen se parece a la anterior� En ocasiones son casi idénticas� En otras, algunos objetos se han movido� El método es el siguiente:
�Se localizan las partes que se han movido�Se calcula la diferencia con el original �Se comprime la diferencia
� Transformar + cuantizar + compresión entrópica
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Compensación de movimiento Codificación de la diferencia
� Siempre implica pérdidas� Los errores se pueden acumular� Mala calidad en zonas planas� Saltos en el movimiento� Movimientos descompensados� Zonas borrosas
Defectos por pérdidas Defectos por errores
Propagación de defectos Defectos en zonas ‘planas’
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Saltos en el movimiento Movimientos descompensados
Zonas borrosas Técnicas avanzadas
� Video sin pérdidas� Muy minoritario y experimental� Transformar sin pérdidas + compresión entrópica
� Escalabilidad� Parcialmente implementado� Habrá que esperar a que el nuevo estándar SVC se
ponga en marchar
� Región de interés (ROI)
Escalabilidad
� En resolución�Obtener otros tamaños sin re-codificar