COMPRESSION VIDEO STANDARDS H261 COMPRESSION

Transcription

1 STANDARDS H6 VIDEO

2 STANDARDS H6 modes de fonctionnement VIDEO Mode intra : la boucle de retour est ouverte => codage de type JPEG de l img (exploitation de la redondance spatiale seulement). - RAZ périodique afin de limiter la propagation des erreurs - Codage en mode intra des blocs «mal prédits» par compensation de mvt. Mode inter : la boucle de retour est active => compensation de mvt calcul des vecteurs déplacements et des erreurs de prédiction (qui sont ensuite compressées)

3 STANDARDS VIDEO H63 (995) Format : CIF, QCIF or Sub-QCIF. Moins de 0 frames/s. Taux binaire : Typiquement 0 30 kbit/s. Qualité: équivalente au H.6 (pour la moitié de taux binaire).

4 VIDEO H64 En 998, lancement d un concours pour le développement d une norme capable d améliorer d un facteur l efficacité du codage par rapport à l existant. En 00, création du JVT (Joint Video Team) qui regroupe l IUT-T et MPEG et développement de la norme H64/MPEG-4-AVC En 003, apparition de la nouvelle norme

5 H64 Codage Video Input Video Input De multiples raffinements. VIDEO + - Transform & Quantization Entropy Coding Bitstream Output Inverse Quantization & Inverse Transform Intra/Inter Mode Decision + + Motion Compensation Intra Prediction Picture Buffering Deblocking Filter Motion Estimation

6 H64 Decodage Bitstream Input Bitstream Input De multiples raffinements. Entropy Decoding VIDEO Inverse Quantization & Inverse Transform + + Deblocking Filter Video Output Intra/Inter Mode Selection Picture Buffering Intra Prediction Motion Compensation

7 H64 VIDEO - Codage par transformée entière Input Video Signal - Split into 4x4 Block Integer Transform Macroblocks 6x6 pixels H = H = Decoder Intra/Inter Coder Control Transform/ Scal./Quant. Intra-frame Prediction Motion- Compensation Scaling & Inv. Transform De-blocking Filter Control Data Quant. Transf. coeffs Output Video Signal Entropy Coding Gain rapidité et réversibilité Motion Estimation Motion Data

8 VIDEO H64 - Codage par transformée entière Approximation de la DCT par une transformée à coefficients entiers inversible sans pbl d arrondis de calculs. Transformée directe Transformée inverse 4 / ² / 4 / ² / / ² / ² 4 / ² / 4 / ² / / ² / ² b ab b ab ab a ab a b ab b ab ab a ab a Img Y / / / / ² ² ² ² ² ² ² ² / / / / Im b ab b ab ab a ab a b ab b ab ab a ab a Y g / 5 / b et a : multiplication coefficient à coefficient quantification scalaire : ) / ( Qstep Y round Z ij ij 5 valeurs de Qstep ce qui permet un bon compromis entre débit et qualité

9 H64 VIDEO - Prédiction spatiale directionnelle

10 H64 VIDEO - Prédiction spatiale directionnelle - exemple

11 H64 VIDEO - Prédiction spatiale directionnelle

12 H64 VIDEO - Prédiction spatiale directionnelle

13 H64 - Compensation du mouvement VIDEO

14 H64 - Compensation du mouvement VIDEO - Découpage en bloc de taille variable pour l estimation recherche hiérarchique Gain moyen en débit : 4 à 0% - Estimation de mouvement au quart de pixel => interpolation Integer position pixels /8 pixels / and /4 pixels Précision /4 de pixel; gain en débit jusqu à 30%

15 H64 - Compensation du mouvement VIDEO

16 H64 - Compensation du mouvement - Images de référence multiples VIDEO Weighted prediction A prediction signal p for B slice is obtained by different weights from two reference signals, r and r. p = w r + w r where w and w are weighting factors The factors are calculated based on the temporal distance between the pictures Gain en débit jusqu à 4% pour grand débit

17 H64 - Filtrage anti-bloc VIDEO A fort taux de compression, apparition d effets de bloc D où introduction dans la boucle de codage/décodage d un filtre adaptatif pour lisser les effets de blocs amélioration de la qualité amélioration de la prédiction par compensation de mvt Gain en débit de 5 à 0%

18 H64 - Filtrage anti-bloc VIDEO Principe du filtre de type passe-bas : il agit horizontalement et verticalement à la frontière des blocs il est plus ou moins prononcé selon la nature du bloc (intra ou inter), selon le niveau de quantification et selon les gradients de l image. Illustration : Importante différence entre les pixels p 0 et q 0 à la frontière Effet de blocs, donc filtrage Si la différence est élevée alors que la quantification est faible Pas de filtrage, présence de contour dans l img blocs adjacents P et Q

19 H64 - Filtrage anti-bloc -exemple VIDEO avec filtre sans filtre

20 H64 - Filtrage anti-bloc -exemple VIDEO Amélioration de la qualité pour un même débit

21 H64 - Codage entropique VIDEO

22 VIDEO H64 profils et niveaux H64 propose de nombreuses fonctionnalités plus ou moins complexes dont l utilisation va dépendre de l application l existence de plusieurs versions différentes plus ou moins raffinées Chacune de ces versions est définie par un profil et un niveau le profil définit l ensemble des fonctionnalités pouvant être utilisées le niveau permet de mettre des contraintes sur les paramètre du flux vidéo tels que la taille des images, le débit binaire, la taille des mémoires multi-images, la taille de la mémoire vidéo

23 VIDEO H64 profils et niveaux Basic Etendu Principal Mode Img/trame X X Commutation mode img/trame au niveau bloc X Augmentation complexité,5 fois 3,5 fois 4 fois Efficacité % MPEG,5 fois,75 fois fois

24 H64 profils VIDEO

25 VIDEO H64 Niveaux corréspondant au volume de calcul et à la capacité de mémoire d un CODEC Level number Picture type & frame rate 5fps. 30fps. 5fps.3 30fps 30fps. or 30fps. 5fps 3 SDTV: 70x480x30i,70x576x5i 0Mbps(max) 3. 80x70x30p 3. 80x70x60p 4 HDTV: 90x080x30i, 80x70x60p,KxKx30p 0Mbps(max) 4. HDTV: 90x080x30i, 80x70x60p,KxKx30p 50Mbps(max) 4. HDTV: 90x080x60i, KxKx60p 5 SHDTV/D-Cinema:.5KxKx30p 5. SHDTV/D-Cinema: 4KxKx30p

26 VIDEO H64 Niveaux paramètres de chaque niveau

27 VIDEO H64 Niveaux et profiles

28 STANDARDS VIDEO Moving Pictures Expert Group comité ISO et IEC. Prévu initialement : MPEG- pour.5 Mbit/s (VideoCD) MPEG- pour 0 Mbit/s (Digital TV) MPEG-3 pour 40 Mbit/s (HDTV) Changement : MPEG- pour.5 Mbit/s (Video CD) MPEG- pour 60 Mbit/s (TV et HDTV) MPEG-4, -7 pour - pour d autres applications MPEG- : standard ISO/IEC en 99. Taux binaire :.5 Mbit/s (Video CD). Propriétés : Codage bidirectionnelle JPEG pour intra frames. Format: CIF Pas d entrelacement 4 30 frames/s.

29 VIDEO STANDARDS : MPEG- - Standard ISO/IEC en plaches video.pdf Propriétés : Permet l entrelacement (optimisé pour la TV) Plus flexible MPEG- Format : 35x88 704x576 (5 frames/s) or 70x480 (30 frames/s) 440x5 ou 90x080 (HDTV) Taux binaire : 60 Mbit/s ~4 Mbits/s: qualité similaires au PAL / NTSC / SECAM. 8 0 Mbit/s: HDTV. Quatre niveaux de résolution : basse résolution (35 x 88), résolution normale (70 x 576), haute résolution 440 (440 x 5) et haute résolution (90 x 5). Plusieurs profils, chaque profil visant un type d'application en particulier. Le profil normal, allié au niveau de résolution normal, est le profil le plus utilisé. Le profil simple ne comporte pas d'images B, pour simplifier codage et décodage. Les autres profils concernent principalement la télévision haute définition (TVHD). Ces profils diffèrent en termes de résolution de chrominance (4::0 ou 4::) et de débit (de 4 à 00 Mbits/s).

30 VIDEO MPEG versus H64

31 VIDEO MPEG versus H64 Meilleure qualité d images pour un même bit rate Bit rate plus faible pour une même qualité Exemple : sur un DVD standard, stockage de h de film en MPEG et de 4h de film en H64 Mpeg, 50 kbits/s H64, 50 kbits/s MAIS la complexité du codec est bien plus importante (de l ordre de 8 fois plus complexe)

32 VIDEO MPEG versus H64 H64 00Kb/s MPEG 00Kb/s

33 VIDEO MPEG versus H64 Feature/Standard MPEG- MPEG- H.64/MPEG-4 part 0 Macroblock size 6x6 6x6 (frame mode) 6x8 (field mode) 6x6 Block Size 8x8 8x8 6x6, 8x6, 6x8, 8x8, 4x8, 8x4, 4x4 Transform 8x8 DCT 8x8 DCT 4x4, 8x8 Int DCT 4x4, x Hadamard Quantization Scalar quantization with step size of constant increment Scalar quantization with step size of constant increment Scalar quantization with step size increase at the rate of.5% Entropy coding VLC VLC VLC, CAVLC, CABAC Motion Estimation & Compensation Playback & Random Access Yes Yes Yes, more flexible Up to 6 MVs per MB Yes Yes Yes

34 VIDEO MPEG versus H64 Feature/Standard MPEG- MPEG- H.64/MPEG-4 part 0 Pel accuracy Integer, ½-pel Integer, ½-pel Integer, ½-pel, ¼-pel Profiles No 5 4 Reference picture one one multiple Bidirectional prediction mode forward/backward forward/backward forward/forward forward/backward backward/backward Picture Types I, P, B, D I, P, B I, P, B, SP, SI Transmission rate Up to.5mbps -5Mbps 64kbps -40Mbps Compatibility with previous standards n/a Yes No Encoder complexity Low Medium High