Übung zur vorlesung digitale medien · ws 2016/17 ausschnitt aus der verbreiteten...

Vorlesung:HeinrichHußmannÜbung:RenateHäuslschmid

Ludwig-Maximilians-UniversitätMünchenWintersemester2016/17

ÜbungzurVorlesung

DigitaleMedien

JPEGKompression

DigitaleMedien- MedieninformatikLudwig-Maximilians-UniversitätMünchen

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Konvertierung von8x8Bildblöcken indenFrequenzraum

DiskreteCosinus

Transformation


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JPEGKompression

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http://pi4.informatik.uni-mannheim.de/pi4.data/content/animations/dct_2d/index.html


JPEGKompression

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• Beide Chroma-Kanäle immer gleich abgetastet• x:Anzahl derLuma-Samples,Vielfaches derNTSC-Abtastfrequenz 3.570MHz;inderRegel„4“• y:Anzahl derCb/Cr-Chroma-Samples,horizontal• z:Fallsz=y:kein vertikales SubsamplingderChroma-Kanäle

Fallsz=0:vertikales Chroma-Subsampling2:1(zu denLuma-Samples)

"4:4:4" "4:2:2" "4:2:0"

NotationSubsampling


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http://cgjennings.ca/toybox/hjpeg/index.html


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JPEGKompression

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Zwei mögliche Arten vonKompression bei Bewegtbildern

• ortsbasiert: Kompressionmit denMethodenvonjpeg• zeitbasiert:Nur Unterschiede zwischen aufeinanderfolgenden

Frameswerdengespeichert.

UmFolgefehler zu verhindernundSprünge (zu einembestimmten Zeitpunkt)zu ermöglichen,gibt es verschiedeneArten vonFrames.

Bewegtbildkompression

7DigitaleMedien- MedieninformatikLudwig-Maximilians-UniversitätMünchen

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Intraframes(I-Frame)– VollständigeBilddaten,nurinnerhalbdesBildeskomprimiert– Ca.jedes15.FrameisteinI-Frame

Framearten


PredictedFrames(P-Frames)– Bewegungskompensation undDifferenzbildung (ca.32kB,20:1)– Typischerweise3P-FrameszwischenzweiI-Frames

BidirectionalPredictedFrames(B-Frames)– Bewegungskompensation unterBerücksichtigungvonnachfolgendem undvorausgehendem I- oderP-Frame(ca.13kB,50:1)– Typischerweise2-3B-FrameszwischenzweiP-Frames

Kompressionspotenzial

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AusschnittausderverbreitetenDarstellungsreihenfolge I BBP B B P B B P B B,wobeinurdertatsächlichgespeicherte Inhaltzusehen ist(beiP- undB-FramedieDifferenzzumvorangegangenenI-Frame).

DiefolgendenBildersindScreenshots desProgrammsVcDemo(http://siplab.tudelft.nl/content/image-and-video-compression-learning-tool-vcdemo)mitdementhaltenenBeispielvideoSon.mpg

Framefolge


I-Frame 2xB-Frame P-Frame

… …

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FramewirdwieBildbehandelt:JPEG-Kompression->DCT,Quantisierung,Lauflängencodierung,Entropiecodierung

I-Frame


InderRegel16x16Makroblöcke

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DifferenzenwerdenwieBilderbehandeltundnachdemgleichenSchemakomprimiert;diesführtinderRegelzukleinerenWerten,welchegespeichertwerdenmüssen->schlechteKomprimierungbeiSzenenwechsel,dagroßeUnterschiede.DifferenzundVerschiebungsvektoreneinesP-Frames…

P- undB-Frame


…unmittelbarnachSzenenwechsel …innerhalb einerSzene

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P- undB-Frame


keineBewegungKopfbewegungnachlinks

Verschiebungsvektoren

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Darstellung

Framefolge


PI B P B

Speicher

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Framefolge


DasicheinB-Frameaufdieunmittelbareinschließenden I/P-Framesbezieht,müssendiesebekanntsein,bevoreinB-Framedargestelltwerdenkann:

Darstellungsreihenfolge: IBBPBBPBBI

Übertragungsreihenfolge: IPBBPBBIBB

PI B P B

Speicher

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QualitätundKompressionabhängigvonverwendetenFrametypen.HoheAnzahlanI-Frames->guteQualitätVieleB-Frames->bessereKompressionDerAbstandzwischenzweiI-FramesisteinguterIndikatorfürQualitäteinesVideos.DieSequenzbestehtaus82Bildern,derGröße352*24024BitFarben(SummederunkompremiertenEinzelbilder20,3MB)

Beispiele


AusschließlichIntraFrames 238kB,1:88AbwechselndB- undI-Frames 128kB,1:163IBBPBB 55kB,1:378IBBBPBBBPBBB 42kB,1:490IPPPPP… 25,3kB,1:822http://www.cybersite.de/german/service/Tutorial/mpeg/

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AbdieserWocheundfüralleverbleibendenÜbungenkönntihrdieE-LearningPlattform nutzen.HierbekommtihrnocheinmalzusätzlicheErklärungenunddieMöglichkeitdenStoffinteraktivzuerarbeiten.UmdiePlattformnutzenzukönnen,müsstihreuchmitE-MailAdresseundMatrikelnummerregistrieren.

E-LearningPlattform


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AuchbeiBildernistesmöglich, dieDatenindenFrequenzraum zuübertragen.DazuwirddiesogenannteDCT(DiskreteCosinus-Transformation)verwendet.DiehiergemessenenFrequenzensindsogenannteOrtsfrequenzen.a) KennzeichnenSieimBildunteneinenBereichmitmöglichsthoherOrtsfrequenz.

Begründen SieIhreAntwort.DasBildfindenSieindenMaterialenzumÜbungsblatt(material10.zip)aufderVorlesungswebsite.

Aufgabe1


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BereichemithoherOrtsfrequenzz.B.:

LösungzuAufgabe1a)


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b) KennzeichnenSieimBildunteneinenBereichmitmöglichstniedrigerOrtsfrequenz.BegründenSieIhreAntwort.DasBildfinden SieindenMaterialenzumÜbungsblatt (material10.zipaufderVorlesungswebsite).

c) ErstellenSieselbsteineDateiimPNG-Format(z.B.mitGIMP)dieüberwiegendhoheOrtsfrequenzenenthält.FügenSiediesesBildIhrerAbgabebei.

Aufgabe1


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BereichemitniedrigerOrtsfrequenzz.B.:

IndiesenBereichenlassensichkeineoderkaumÄnderungenvonEigenschaftenfeststellen.

LösungzuAufgabe1b)


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Bildkönntez.B.soaussehen:

LösungzuAufgabec)


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GegebenistdiefolgendeDarstellungsreihenfolgevonI-Frames(I),P-Frames(P)undB-Frames(B).SkizzierenSiediedazugehörigeÜbertragungsreihenfolge.ErklärenSie,warumdieseHerangehensweisenötigist.

Aufgabe2


I B B B P B B B I

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LösungzuAufgabe2


UmB-FrameszuberechnenmüssendiedazugehörigenI- undP- Frameszuerstübermitteltwerden.

NeueAbfolge:

I P B B B I B B B

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• Übungsblatt9:https://www.medien.ifi.lmu.de/lehre/ws1617/dm/

• AbgabebisFreitagden27.01.2017,09:00UhrmorgensinUniWorX

Übungsblatt9


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