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Procesamiento Digital de Imágenes 5

Profesor: Andrés Flores

Compresión de Imágenes

� Se refiere también como Codificación de Imágenes (Image Coding)� El objetivo de la compresión de imágenes es

el reducir el número de bits que son necesarios para reproducir una imagen fielmente.� Esto se refleja en la minimización del espacio

de almacenamiento, la reducción del ancho de banda y la reducción del tiempo de transferencia de la información.

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Utilidad de la compresión de imágenes

� Reducción del volumen de datos a ser transmitidos.� Texto, FAX, fotografías, vídeo

� Reducción de ancho de banda del medio de transmisión.

Redundancias

� La compresión de imágenes se consigue aprovechando las redundancias que generalmente se dan en una imagen.

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Existen 3 tipos de redundancias

� Redundancia en la codificación (datos)� Se refiere a la cantidad de bits usado para representar la

información.

� Redundancia interpíxel� Se refiere a aprovechar la alta correlación que se da entre

píxeles vecinos en una imagen

� Redundancia psicovisual� Se refiere a aprovechar a reducir la información que no es

perceptible por el sistema de visión del ser humano.

� Redundancia temporal� Para el caso de señales de vídeo en los cuales los cuadros

consecutivos están muy correlacionados.

Tipos de Compresión

� Compresión sin pérdidas� Se refiere a que la imagen decodificada es exactamente la

misma que la imagen original, píxel por píxel. � Solamente aprovechan la redundancia de codificación.

� Compresión con pérdidas� Se refiera a que la imagen decodificada no corresponde a

la imagen original píxel a píxel, pero para efectos visualización es sensiblemente parecida.

� Se obtienen mayor compresión comparados con los de sin pérdidas.

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Entropía

� Se emplea el concepto de entropía para evaluar el límite de reducción de la redundancia y del rendimiento de la codificación. � S= conjunto de variables aleatorias independientes � S = { a1,a2,……..an } ai={0,1} � pi = probabilidad de ocurrencia de ai

En bits

Compresión sin pérdidas

� Aprovechan tan sólo la redundancia de los datos. Se consigue compresión del orden de 3:1� Run-length Coding es un esquema de

codificación sencilla:� eeeeeeetnnnnnnnn 17 datos� @e7t@n8 7 datos

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Códigos de longitud variable

� Generalmente una imagen se representa con píxeles de un byte (8 bits) y son longitud fija.� Se busca un código óptimo para representar

los datos.� Código Huffman� Código Aritmético� Lempel-Ziv-Welch (LZW)

Código Huffman

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Modelo Predictivo para compresión sin pérdidas

� Toda imagen presenta píxeles con valores muy parecidos a los píxeles vecinos.

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Compresión con pérdidas

� Aprovecha todas las redundancias que presentan las imágenes.� Redundancia PsicoVisual� El ojo humano es menos sensible :� al color en comparación con la luminosidad.� a las componentes de alta frecuencia espacial� a la distorsión de cuantización en los niveles altos

de luminosidad.

Estándar JPEG

� Joint Photographic Experts Group es la entidad encargada de establecer el estándar.� Combina todas las redundancias para crear

una compresión de 15:1.� Establece mejor compresión para imágenes

naturales: escenas, fotografías.� No funciona bien para imágenes que

contienen textos o dibujos artificiales.

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Esquema de codificación JPEG

Transformación de Modelo de Color

� Debido a que el ojo humano es menos sensible al color relativo a la luminancia se realiza el cambio de modelo de RGB a YCrCb� Y es Luminancia� Cr y Cb son las capas croma (referentes al color)

(chrominance)

Estas dos capas se deciman por 2 para reducir el efecto del color

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Procesado por bloques

� Se divide la imagen en bloques de píxeles de tamaño 8x8.� Según se va encontrando cada bloque o

subimagen de 8x8, se cambian los niveles de sus 64 píxeles, sustrayendo de los mismos la cantidad 2n-1, siendo 2n, el máximo número de niveles de gris.� Esto es, para las imágenes de 8 bits se resta

128 de cada píxel.

Transformada de Cosenos

� Se calcula la Transformada Discreta del Coseno bidimensional del bloque, produciendo un conjunto de 64 valores conocidos como coeficientes de la DCT.� En este dominio es donde se aprovecha la

redundancia psicovisual

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Cuantificación de los coeficientes de la DCT

� Los 64 coeficientes son cuantificados, produciendo en algunos de ellos su reducción a cero. � Los coeficientes son codificados en umbral,

usando una matriz de cuantificación y son preparados para la codificación de entropía convirtiéndolos en una cadena unidimensional de 64 coeficientes en orden cuasi ascendente de los componentes de frecuencia.

Cadena unidimensional

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Codificación con longitud variable

� Se usa el código de Huffman para reducir el tamaño de palabra. Menos bits.

Decodificación

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Ejemplo

� http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/digitalimaging/processing/jpegcompression/index.html

Codificación de Video

Andrés Flores

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Importancia de la codificación de video

� En la actualidad se requiere codificar video para diversas aplicaciones:� Broadcast (TV, HDTV, CATV)� Almacenamiento, Entretenimiento. (DVD)� Servicios de comunicación personal

conversacional sobre Ethernet, WiFi, etc.� Video en demanda, (streaming video) por

internet.� Mensajería multimedia.

� Aplicaciones futuras.

Muchos estándares

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ITU-T

� H.261� p x 64Kbit/s para ISDN.� Orientado a aplicaciones de videoconferencia,

videófonos.� Uso de movimiento compensado.� Soporta sólo dos resoluciones CIF, QCIF.

� H.263� Mejora en calidad.� Soporta otras resoluciones adicionales: SQCIF,

4CIF y 16CIF.

H.263

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MPEG

� Moving Picture Experts Group (1988)� MPEG-1� Orientado a aplicaciones almacenamiento de

video.� Calidad VHS, 1.5Mbps.� Video CD.� Surge MP3 para audio.� Acceso aleatorio de cuadros.

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Intraframe Coding

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MPEG

� MPEG-2� “Coding of moving pictures and associated audio

for digital storage media”(1992)� DVD y HDTV

H.264/AVC, ITU-T y MPEG

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Aplicaciones para H.264/AVC

� Broadcast over cable, satellite, cable modem, DSL, terrestrial, etc.� Interactive or serial storage on optical and magnetic

devices, DVD, etc.� Conversational services over ISDN, Ethernet, LAN,

DSL, wireless and mobile networks, modems, etc. or mixtures of these.� Video-on-demand or multimedia streaming services

over ISDN, cable modem, DSL, LAN, wireless networks, etc.� Multimedia messaging services (MMS) over ISDN,

DSL, ethernet, LAN, wireless and mobile networks, etc.