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Este documento aborda a compressão temporal em vídeo digital, focando na redução da redundância entre quadros. O texto explica o processo de predição de pixels, busca de blocos semelhantes e compensação de movimento. Além disso, são discutidos os métodos de determinação do vetor deslocamento e o papel do mpeg na codificação de vídeo.
Tipologia: Notas de estudo
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EE013 – Radiodifusão Digital^ Prof.^ MSc. Marcelo Carneiro de Paiva
Prof. MSc. Marcelo Carneiro de Paiva - mcpaiva@inatel.br
EE013 – Radiodifusão Digital^ Prof.^ MSc. Marcelo Carneiro de Paiva
EE013 – Radiodifusão Digital^ Prof.^ MSc. Marcelo Carneiro de Paiva
Codificador
de fonte
Codificador
de canal
Fonte Modulador
Decodificador
de canal
Demodulador
Decodificador
de fonte
Destino
Canal
Ruído
Sistema de comunicação digital genérico
Transmissão
Recepção
EE013 – Radiodifusão Digital^ Prof.^ MSc. Marcelo Carneiro de Paiva
Codificador
de fonte
Multiplexação
Fonte
Etapa de multiplexação
Em sistemas de transmissão com mais de uma fonte deve se realizar o
processo de multiplexação com o objetivo de construir um único sinal que
alimentará a etapa de codificação de canal.
No receptor deverá existir um elemento capaz de realizar o processo de
demultiplexação para que os decodificadores de fonte sejam alimentados
corretamente.
Codificador
de fonte
Fonte
Decodificador
de fonte
Demultiplexação
Destino
Decodificador
de fonte
Destino
Transmissor Receptor
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Relação de aspecto
Largura = 1,33 x Altura
Largura = 1,78 x Altura
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Exemplos de visualização
16:9 em 4:
Letterbox
4:3 em 16:
Pillar Box
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LDTV – Low Definition Television
320 x 240 (4:3)
0,077 Megapixels
SDTV – Standard Definition Television
640 x 480 (4:3)
0,307 Megapixels
EDTV – Enhanced Definition Television
1280 x 720 (16:9)
0,922 Megapixels
HDTV – High Definition Television
1920 x 1080 (16:9)
2,74 Megapixels
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UHDTV 4K – Ultra High Definition Television ~ 4000 pixels/linha
3840 x 2160 (16:9)
8,29 Megapixels
UHDTV 8K – Ultra High Definition Television ~ 8000 pixels/linha
7680 x 4320 (16:9)
33,18 Megapixels
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O valor 0 (Zero) das componentes RGB correspondem à saturação
mínima da cor, enquanto o valor 255 representa a saturação máxima da
cor.
Veja a seguir a composição da barra de cores ( color bar 100%) que
explora a saturação das componentes RGB:
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Os sinais RGB gama corrigido podem ser recuperados a partir
dos sinais YCbCr utilizando as seguintes expressões:
R ’ = 1,164( Y −16) + 1,596( Cr − 128).
G ’ = 1,164( Y −16) − 0,813( Cr −128) − 0,392( Cb − 128).
B ’=1,164( Y −16) + 2,017( Cb − 128).
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A conversão dos sinais de vídeo analógicos para sinais de vídeo digitais
passa pelas seguintes etapas:
A Filtragem limita a largura de faixa do sinal de entrada visando evitar
aliasing.
O Amostrador define como será o processo de amostragem dos pixels.
O Quantizador estabelece valores discretos para as amostras coletadas
inserindo um erro de quantização.
O Codificador transforma os níveis discretos em palavras binárias.
Filtro Amostrador (^) Quantizador
Codificador
PCM
Sinal de
vídeo
analógico
Sinal de
vídeo
digital
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|S(f)|
f
-fm fm
f
-fs-fm -fs -fs+fm -fm fm fm-fs fs fm+fs
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No caso da quantização uniforme a relação Sinal/Ruído de
quantização é definida como sendo a relação entre a potência de pico
do sinal e a potência média do ruído de quantização resultando em
RSRq = 3L
2
onde, L é o número de níveis de quantização.
Em dB, temos:
RSRq = 10 log (3L
2 )
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Erro de
Quantização
Sinal
Quantizado
Sinal
Original
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A recomendação ITU-R BT.601 padronizou inicialmente como
unidade fundamental de amostragem o valor f UF
= 3,375MHz, pois
trata-se de um número múltiplo da frequência horizontal f H
tanto
para o padrão M (525 linhas e f V
= 59,94Hz) como para o padrão
Europeu (625 linhas e f V
= 50Hz) visando reduzir distorções.
A frequência de amostragem f A
era ser especificada em termos dos
múltiplos de f UF
, ou seja,
f A
= 1f UF
= 3,375MHz ou
f A
= 2f UF
= 6,75MHz ou
f A
= 4f UF
= 13,5MHz.
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Um formato de amostragem 4:4:4 significa que para um conjunto
de 4 pixels , em todos os quatro os sinais YCrCb foram amostrados,
sobre um quadro hipotético destacado.
Pixel
Amostra Luminância (Y)
Amostra Crominância (Cr,Cb)
Formato 4:4:
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No formato 4:2:2, para quatro pixels dos quais amostras Y foram
tomadas, de apenas dois, alternadamente, são tomadas as amostras
dos sinais Cr e Cb amostrados sobre um quadro hipotético.
Pixel
Amostra Luminância (Y)
Amostra Crominância (Cr,Cb)
Formato 4:2:
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O formato 4:2:0 consiste numa amostragem onde, para cada 4
pixels em que as amostras de Y foram tomadas, na primeira linha
toma-se amostras dos sinais Cr e Cb amostrados e na segunda
nenhuma amostra.
Pixel
Amostra Luminância (Y)
Amostra Crominância (Cr,Cb)
Formato 4:2:
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O formato 4:1:1 consiste numa amostragem onde, para cada 4
pixels em que as amostras de Y foram tomadas, apenas de um
pixel foram tomadas amostras dos sinais Cr e Cb amostrados
Pixel
Amostra Luminância (Y)
Amostra Crominância (Cr,Cb)
Formato 4:1:
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As taxas de transmissão dos sinais de vídeo de uma TV convencional
no formato digital pode ser calculada através da expressão:
onde: R b
é a taxa de bits em bps,
q
é a taxa de apresentação de quadros por segundo,
n b
é o número de bits por amostra,
l é o número de linhas ativas,
Y
é o número de amostras do sinal Y ( pixels ativos),
Cr
é o número de amostras do sinal Cr ( pixels ativos),
Cb
é o número de amostras do sinal Cb ( pixels ativos).
b q b Y Cr Cb
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Determine a taxa de transmissão para os padrões de TV com 525
linhas e 30 quadros por segundo para taxas de amostragens de 13,
MHz e 18 MHz, e formatos de amostragem 4:2:2 e 4:4:4.
b q b Y Cr Cb
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Analisando a figura abaixo, responda:
1 – Descreva o processo de conversão do sinal RGB em YCBCr;
2 – Qual o formato de amostragem empregado?
3 – Quantos bits serão usados para representar cada componente?
4 – Qual a taxa de bits do sinal de vídeo digitalizado?
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Compactação Compressão
Entropia
Redundância
Entropia
Redundância
Entropia
Redundância
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Tipos de redundância
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existente entre os pixels de uma imagem, ou seja, não é necessário a
transmissão de todas as amostras uma vez que um pixel é, geralmente,
muito semelhante aos seus vizinhos.
amostragem, onde os sinais de crominância não são amostrados com a
mesma frequência do sinal de luminância.
independentemente do formato de amostragem utilizado, e consiste na
redução da redundância estatística e subjetiva existente no quadro.
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uma mesma cena.
Blocos com alta correlação
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exposição consecutiva de diversos quadros, existe também uma alta
correlação entre quadros. A essência da compressão temporal na retirada
da redundância estatística e subjetiva entre quadros.
mesma cena.
