Compressão de Vídeo
Equipe
Antonyus Pyetro
Diego Melo
Luiz Zelaquett
Rafael Duarte
Thiago Jamir
Definindo vídeo

É uma a tecnologia de
processamento de
sinais
eletrônicos,analógicos
ou digitais para
capturar, armazenar,
transmitir ou exibir
imagens em
movimento. A aplicação
principal da tecnologia
de vídeo resultou na
televisão, com todas as
sua inúmeras
utilizações.
Variações da definição

O termo vídeo ganhou com o tempo uma grande
abrangência, chama-se também de vídeo uma
gravação de imagens em movimento, uma
animação composta por fotos seqüenciais que
resultam em uma imagem animada, e
principalmente as diversas formas para se gravar
imagens em fitas (analógicas ou digitais) ou
outras mídias.
O porquê da compressão de
vídeo?

Banda larga;

Espaço em HD;

Tempo de processamento;

Grande investimentos.
Especificando as necessidades
Quando se pensa em editar
vídeos em seu computador será
necessário um HD com grande
capacidade porque mesmo com os
novos padrões de compressão os
filmes editados geram grandes
arquivos.
Você precisa de tempo porque a
velocidade para converter os
filmes em um formato que o
computador entenda também não
é rápido.
Investimentos em
computadores mais rápidos
diminuiram esse tempo perdido,
porem esses investimentos podem
envolver muito dinheiro.
Para se editar vídeos é necessário
dinheiro, tempo e paciência como já
foi dito.
 A compressão então se torna um
fator muito importante para
maximizar a velocidade e minimizar
os custos na edição.

Fases da produção de vídeos



Primeiro importar o vídeo para o disco rígido de
um computador, onde poderá ser editado e
convertido. O processo se chama captura de
vídeo, e deve ser feito conectando-se a fonte de
captura (vídeo-cassete ou câmera analógica ou
digital) à entrada de vídeo compatível na placa.
O vídeo resultante da captura poderá estar no
formato AVI ou MPEG, de acordo com os recursos
da placa de captura.
Apos a captura os vídeos podem ser editados
para o formato desejado.
Fases da produção de vídeos


A maioria dos programas só aceita vídeos
em MPEG. Tanto o AVI como o MPEG terão
que ser convertidos para o formato
compatível com o DVD.
O DVD é atualmente a mídia de video
mais popular. Filmes, shows musicais,
cursos em video, e todos as categorias de
video são vendidas atualmente em DVD,
deixando para trás as antigas fitas VHS.
Mídias ao longo da história
VHS(1976)
 CD(1979/1982)
 DVD(1995)
 Disco Blu-ray(2005)
 HD DVD(2006)

Padrões desenvolvidos ao
longo da história


•
•
Na década de 80 ficou claro a necessidade
de aliar imagem com tecnologia digital.
Nesse sentido, em 1988 ISO lançou o
MPEG, para desenvolver padrões para o
vídeo digital.
1990’s, os primeiros padrões de compressão
foram introduzidos:
H.261 (1990) e H.263 (1995) da ITU
MPEG-1 (1993) e MPEG-2 (1996) da ISO
Padrões desenvolvidos ao longo
da história

Desde então, a tecnologia avançou
rapidamente
H.263 foi seguido por H.263+, H.263++
• MPEG-1/2 seguido por MPEG-4 visual
• Mas a industria e a pesquisa permanecem à
frente
 H.264/AVC padrão criado recentemente por
um projeto conjunto da ITU e da ISO.
•
Formatos da Indústria

Analógicos:
• Muse(sistema analógico de HDTV)
• NTSC(National Televison System
Committee ou Never Twice The same
Color)
• PAL(Phase Alternating Line)
- PALplus
- PAL-M(com características do NTSC - Brasil)
• SECAM(Séquentiel couleur avec
mémoire)
Distribuição
Muse
Foi criado no Japão
 Só era transmitido via satélite
 30 a 40Mbit/s
 Entre 6 e 8 Mhz de largura
 Transmissores(VHF,UHF,cabo,satélite.
..)
 Verifica erro com Reed-Solomon e
CRC

Fita Magnética
Polímero de cromo ou ferro
 Gravação paralela ou helicoidal
 Até 40GB
 Facilmente danificada

VHS(Video Home System):







JVC, 1976
Fita magnética de
½ polegada
280 linhas de
definição
Até 6h de gravação
Brasil -> anos 80
VHS - C
S - VHS
BetaMax





Chegou em 1975
Imagem superior
ao VHS
Melhor integração
com o hardware
(mais rápido)
Menor tempo de
gravação
Vendido no japão
até 2002
VHS X BetaMax
Padrão aberto
 Apoio da indústria de
entretenimento adulto

VIDEO DIGITAL




Lançado 1996
DV, MiniDV,
DVCAM,Digital8,
DVCPRO, DVCPRO50 e
DVCPRO HD
+ de 50
emrpesas.Philips,
sony, JVC, Apple, IBM,
toshiba,... .
Compressão nos
formatos MPEG e JPEG
DVD(digital vídeo disc)
Nasceu em 1995
 Junção do MMCD(Multimedia
Compact Disc) + SD(Super Density
Disc)
 (Philips, sony) ++ (Toshiba, Time
Warner,...)

DVD(digital vídeo disc)


armazena 4.7 GB, dual layer 8.5GB
Estrutura:
• *.IFO (de informação) são scripts sobre
"como" rodar o DVD;
• *.BUP são backups dos *.IFO;
• *.PUO são de operações proibidas ao usuário
e são removidos quando ripamos
(nomenclatura usada quando convertemos um
DVD para arquivo de computador);
• *.VOB (de objeto visual) contém todo o filme,
menu, extra, idiomas, legendas através de
uma multiplexação
Distribuição
DVD(digital vídeo disc)






DVD-R: permite uma gravaçao
DVD+R: permite uma gravação e é mais
rápido
DVD+R DL (dual-layer): semelhante ao
DVD+R,
DVD-RW: permite gravar e apagar cerca
de mil vezes
DVD+RW :importantes
aperfeiçoamentos, editar o conteúdo do
DVD sem ter de apagar todo o conteúdo
que já estava gravado e um sistema de
controle de erros de gravação.
DVD+RW DL: possui duas camadas de
gravação
Blu-Ray





Comprimento de onda do
laser azul-violeta menor que
nas tecnologias anteriores.
Sistema de lentes duplas
Camada de proteção de
durabis que evita arranhões e
facilita leitura
Aceita MPEG2 e MPEG4
Capacidade entre 25GB e
50GB
Blu-Ray
BD-ROM: Um disco que é só de
leitura
 (54 Mbps)
 BD-R: Disco gravável(36 Mbps)
 BD-RE: Disco regravável (36 Mbps)

Distribuição
Blu-Ray X DVD
armazenamento
Blu-ray
DVD
25 Gb -> 50 GB
4.7 GB -> 8.5GB
Comprimento de onda 405nm
do laser
650nm
Taxa de transferência
54Mbps
11,1Mbps
Formatos suportados
MPEG2, MPEG4 –
AVC, VC-1(baseado
em wmv)
MPEG2
Resistência a
arranhões e gordura
durabis
Não possui
Formatos da Indústria

Digitais:
• ATSC(USA,Canadá,Japão, Advanced
Televison System Committee)
• DVB(Europa, Digital Video Broadcasting)
• ISDB(Japão, Integrated Services Digital
Broadcasting)
• ISDB-TB(Brasil, ... – Terrestrial Built-in)
ATSC
Aplicações: EPG, t-GOV, t-COM,
Internet
 Middleware: DASE
 Compressão: Dolby AAC e MPEG-2
HDTV
 Transporte: MPEG-2
 Modulação: 8-VSB

DVB
Tipos - DVB-T, DVB-S, DVB-C, DVBH, DVB-MHP,IPTV
 Aplicações - EPG, t-GOV, t-COM,
Internet
 Middleware - MHP/MHEG
 Compressão - MPEG-2 e MPEG-2
SDTV
 Transporte - MPEG-2
 Modulação - COFDM

ISDB
Aplicações: EPG, t-GOV, t-COM,
Internet
 Middleware: ARIB
 Compressão de audio: MPEG-2 AAC
 Compressão de video: MPEG-2 HDTV
 Transporte: MPEG-2
 Modulação: COFDM

ISDB – TB






Aplicações: EPG, t-GOV, t-COM, Internet
Middleware: Ginga(Interatividade em breve)
Compressão de audio: MPEG-4 AAC 2.0 ou 5.1
canais (dependente somente do programa
produzido)
Compressão de vídeo: MPEG-4 H.264 1080i
(1920x1080 pixels) / 720p (1280x720 pixels)/
480p (640x480 pixels)/ OneSeg (320x240 pixels,
para dispositivos móveis)
Transporte: MPEG-2 (TS padrão para todos os
sistemas)
Modulação: COFDM (dividido em 13 segmentos
da portadora de 6 MHz- estrutura do ISDB)
Compressão de video na web
Compressão web
Ultimamente a banda larga vem se
alastrando na rede
 Conteúdo de vídeo pode ser
adicionado aos websites
 Que programa usar?
 Como fazer isso efetivamente?
 Que formato escolher?

Players
Player
Taman
ho
Formato
Flash Player 9
2 MB
swf, flv
Windows Media Player
7 MB
wmv, asf, mpeg-2,
avi
Quicktime Player 7
53 MB
avi,mov, mpeg-2,
mp4
Popularid
ade
Formatos
MPEG-1
 FLV
 MOV

Streaming
Unicast demanda uma
grande largura de banda
Streaming
Lossy Compression
Compressão com perdas
 Tipos

• Lossy Transform
• Lossy Predictive
Lossy x Lossless
 Razão

• Vídeo 300:1
• Audio 10:1
• Imagem 10:1
MPEG-1
Motion Picture Editors Guild
 Lossy compression
 Idealizado para Vídeo VHS e CD de
Áudio
 Publicado como ISO/IEC-11172
 Base para demais formatos web

Padrão ISO/IEC-11172
System – I/O
 Video – Métodos de redução de vídeo
 Audio – Métodos de redução de áudio
 Conformance Testing –
Procedimentos de testes
 Software Reference – Software de
referência escrito em C

FLV
Flash Video
 Stream de bits codificada

• Sorenson codec (H.263)
• On2 VP6
• H.264

Audio codificada em mp3
Distribuição
Um arquivo flv
 Embarcado num SWF
 Download progressivo via HTTP
 Streamed pelo Flash Media Server

MOV
Encapsulamento com várias faixas
 Cada faixa possui uma stream de
mídia
 Cada stream usa seu próprio code
 Distribuição

• Arquivo standalone
• Download progressivo
• Stream pelo Quicktime Streaming
Server
Por que o Flash é o mais
usado?
Maior penetração no mercado
 Maior interoperabilidade de SO
 Maior facilidade de distribuição
 Possibilidade de interação
 Proteção de conteúdo (sem cache)

H.264

Possui uma série de vantagens em
relação a seus antecessores
• MPEG-1, MPEG-2 e H.263

Todas as novas características
trazem pequenas melhorias
H.264

novas características agregam uma
complexidade à
codificação\decodificação
• complexidade computacional –
principalmente codificador
• complexidade de desenvolvimento
H.264

O H.264 começou a ser desenvolvido
apenas pelo ITU-T VCEG (Video
Coding Experts Group)
• Contemporâneo a última versão do
H.263

Foram adicionadas as primeiras
extensões ao padrão H.264
• fidelity range extensions (FRExt)
Cronologia
Provavelmente para depois de 2010 o H.265
 reduzir a taxa de bits pela metade!
Sinal de Vídeo Digital


Consiste de uma seqüência de
quadros que geram a ilusão de
movimento
Esses quadros passam também por
uma amostragem espacial
Sinal de Vídeo Digital
Compressão Sem Perdas

O sinal reconstituído é idêntico ao
original
• Compactar dados de duas a três vezes
• Aplicações que não toleram qualquer
distorção, como vídeos médicos ou
sistemas de arquivamento
Compressão Com Perdas

Há uma degradação desse sinal:
distorção
• Podem comprimir para uma taxa até
100 vezes menor
• Mais usada e difundida
• Distorções podem ser imperceptíveis ao
olho humano
Particionamento

A unidade básica de codificação é o
macrobloco (MB)
• matriz de 16×16 amostras


É fundamental para o processo de
compensação de movimento e a
transformação.
No H.264, os MBs podem ainda ser
subdivididos em submacroblocos (SubMB)
Particionamento
Por exemplo, no formato 4:2:0, cada MB consistirá
de:
Compensação de Movimento

É muito provável quadros
amostrados em tempos próximos
sejam muito parecidos
• Muitas amostras continuarão iguais fundo
• Outras terão apenas se “deslocado”
espacialmente- objeto em movimento
Compensação de Movimento

Subtrair os valores de um bloco
pelos de outro bloco de algum
quadro anterior.
• O bloco a ser subtraído do bloco atual é
informado através de uma referência
temporal
• Um vetor de movimento (VM)
Compensação de Movimento
Transformação

Aplicar uma transformação nos
valores das amostras de um bloco
• Transformar o sinal para o domínio da
freqüência espacial
• Reduzir as redundâncias
• Descorrelacionar o sinal, concentrando a
energia em alguns poucos coeficientes.
Transformação
Quantização


Torna menores os valores dos
coeficientes resultantes da
transformação
A matriz Q é tabelada, varia de
acordo com o parâmetro de
quantização (QP).
Quantização

Os valores resultantes são menores
necessitando menos bits na
codificação
• existe uma perda na precisão

A maior parte da distorção é
resultante do processo de
quantização, controlada pelo valor de
QP.
Quantização
Reordenação e Codificação de
Entropia

Os coeficientes quantizados são
reordenados em uma lista
Reordenação e Codificação de
Entropia

Listas resultantes costumam conter
muitos zeros em seqüência
• Representar as seqüências de zeros de
forma mais “compacta”
• Representar a seqüência de
coeficientes que são ±1 de forma
compacta
O futuro da Compressão
de Vídeo
Media coding & 3D Video coding
Media coding

Advanced Video Coding
• O que faz: Fornece tecnologia para codificar tanto vídeo
entrelaçados como não- entrelaçados com uma
eficiência de codificação cerca do dobro em comparação
com o MPEG-2 e MPEG-4.
• Pra que serve: Praticamente todas aplicações de vídeo
digital

Wavelet coding
• O que faz: Esta é uma atividade de exploração
destinada a recolher provas sobre as possíveis
vantagens oferecidas pelas transformadas wavelet para
futuras normas de codificação vídeo.
• Pra que serve: Praticamente todas aplicações de vídeo
digital
Media coding

Advanced Video Coding
• As principais melhorias em relação às normas anteriores são feitas na
área de compensação de movimento. O ciclo de filtro prover um ganho
significativo em relação a qualidade em dados com taxas baixas e
muito baixas.
Motion compensation using variable block sizes
 Usage of an integer transform of block size 4x4 or 8x8
 An adaptive de-blocking filter
 Instead of B-type, P-type, and I-type pictures, type definitions are made
slice-wise, where a slice may, at maximum, cover an entire picture.
 New types of switching slices (S-type slices, with SP and SI sub-types)
 Two different entropy coding mechanisms are defined
 Additional error resilience mechanisms are defined
 Network Abstraction Layer (NAL)
A combinação de todos os diferentes métodos listados levou a um aumento
significativo no desempenho da compressão em comparação com as soluções
padrão. Redução da taxa de bits no mesmo nível de qualidade em até 50% ou
mais quando comparados aos padrões atuais, como o MPEG-2, H.263, MPEG-4
Part 2 Simple Perfil e MPEG-4 Parte 2 Advanced Perfil.

•
•
Áreas de Aplicação
 É esperado que se torne amplamente utilizado em uma ampla gama de
aplicações, tais como as de transmissão e armazenamento de vídeos de alta
resolução , streaming de vídeo (Internet e da televisão), e aplicações
profissionais, tais como armazenamento e transmissão de conteúdo de
cinema.
3D Video coding

Multiview video coding
• O que faz: Prover uma representação de um
conjunto de sinais de câmeras de vídeo
filmando a mesma cena.
• Pra que serve:


Vídeos interativos, i.e. quando o usuário pode
navegar em uma cena escolher livremente um ponto
de vista
3D vídeo e free viewpoint TV, onde o usuário tem
uma impressão de profundidade da cena, pois cada
olho separadamente obtém pontos de vista, mudado
com o ângulo de visão.
• O Multiview Video Coding (MVC, ISO/IEC
14496-10:2008 Amendment 1) é uma
extensão do padrão Advanced Video Coding
(AVC)
3D Video coding

Multiview video
coding
Multiview Video Coding (MVC)
Temporal/inter-view prediction structure for MVC.
3D Video coding

3D vídeo
• É um padrão que tem o objetivo de
servir o conjunto de displays 3D.
3D Video coding
Exemplo do sistema FTV system e do formato de dados
Exemplo de um display lenticular requerendo 9 views (N = 9)
Exemplo da geracão de 9 outputs views (N = 9) , 3 input views , com profundidade (K = 3)
Compressão de
Vídeo + Dados
MPEG-7 & MPEG-21
MPEG 7





O MPEG-7 é um padrão para descrever as características de
conteúdos multimídia
Disponibiliza um conjunto de elementos de metadados
descritos em XML
Especifica descrições em formato binário, o BiM, permitindo
o streaming e a compressão em até 98% das descrições.
Pretende disponibilizar ferramentas (nesse caso, as
ferramentas são os descritores, que permitem a criação das
descrições) para que a busca em imagens,vídeos e arquivos
sonoros seja tão fácil quanto é a busca em textos.
A descrição MPEG-7 pode estar fisicamente armazenada em
conjunto com o material audiovisual, como também, pode
estar locada em outro lugar através da rede, além de poder
ser utilizada independentemente de outros padrões MPEG,
tais como o MPEG-2 ou MPEG-4. As principais ferramentas
utilizadas para implementar as descrições MPEG-7 são os
Descritores, os Esquemas de Descrições e a Linguagem de
Definição de Descrições
MPEG 7
Exemplo de descrição MPEG-7 em XML
Principais elementos do MPEG-7 e seus relacionamentos
MPEG 21

Padrão que define uma infraestrutura para distribuição e
consumo de dados multimídia.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Part 1- Multimedia Framework
Part 2 - Digital Item Declaration
Part 3 - Digital Item Identification
Part 4 - Intellectual Property Management and Protection
(IPMP)
Part 5 - Rights Expression Language
Part 6 - Rights Data Dictionary
Part 7 - Digital Item Adaptation
Part 8 - Reference Software
Part 9 - File Format
MPEG 21

Digital Item Declaration
(Part 2)
•
•
•
•
•
•
•
•
Container
Item
Component
Anchor
Descriptor
Annotation
Choice
…
Relacionamento entre os principais elementos do Modelo do Digital Item Declaration
MPEG 21

Digital Item
Identification (Part 3)
• Como identificar
unicamente um Digital Item
e parte dele;
• Como identificar
unicamente um IP relativo a
um Digital Item e parte
dele;
• Como identificar
unicamente um Description
Schemes;
• Como usar identificadores
para ligar um Digital Item
com informações
relacionadas;
• Como identicar diferentes
tipos de Digital Items.
Relacionamento entre um Digital Item Declaration e um Digital Item Identification
Perguntas ?