Übung zur vorlesung digitale medien · ws 2016/17 ausschnitt aus der verbreiteten...
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Vorlesung:HeinrichHußmannÜbung:RenateHäuslschmid
Ludwig-Maximilians-UniversitätMünchenWintersemester2016/17
ÜbungzurVorlesung
DigitaleMedien
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JPEGKompression
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2WS2016/17
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Konvertierung von8x8Bildblöcken indenFrequenzraum
DiskreteCosinus
Transformation
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3
JPEGKompression
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4
http://pi4.informatik.uni-mannheim.de/pi4.data/content/animations/dct_2d/index.html
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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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6
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
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Intraframes(I-Frame)– VollständigeBilddaten,nurinnerhalbdesBildeskomprimiert– Ca.jedes15.FrameisteinI-Frame
Framearten
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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
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I-Frame 2xB-Frame P-Frame
… …
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FramewirdwieBildbehandelt:JPEG-Kompression->DCT,Quantisierung,Lauflängencodierung,Entropiecodierung
I-Frame
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InderRegel16x16Makroblöcke
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DifferenzenwerdenwieBilderbehandeltundnachdemgleichenSchemakomprimiert;diesführtinderRegelzukleinerenWerten,welchegespeichertwerdenmüssen->schlechteKomprimierungbeiSzenenwechsel,dagroßeUnterschiede.DifferenzundVerschiebungsvektoreneinesP-Frames…
P- undB-Frame
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…unmittelbarnachSzenenwechsel …innerhalb einerSzene
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P- undB-Frame
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keineBewegungKopfbewegungnachlinks
Verschiebungsvektoren
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Darstellung
Framefolge
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PI B P B
Speicher
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Framefolge
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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
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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
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I B B B P B B B I
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LösungzuAufgabe2
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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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