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Vorlesung:HeinrichHußmannÜbung:RenateHäuslschmid
Ludwig-Maximilians-UniversitätMünchenWintersemester2016/17
ÜbungzurVorlesung
DigitaleMedien
JPEGKompression
DigitaleMedien- MedieninformatikLudwig-Maximilians-UniversitätMünchen
2WS2016/17
Konvertierung von8x8Bildblöcken indenFrequenzraum
DiskreteCosinus
Transformation
DigitaleMedien- MedieninformatikLudwig-Maximilians-UniversitätMünchen
3
JPEGKompression
WS2016/17
4
http://pi4.informatik.uni-mannheim.de/pi4.data/content/animations/dct_2d/index.html
DigitaleMedien- MedieninformatikLudwig-Maximilians-UniversitätMünchen
JPEGKompression
WS2016/17
• 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
DigitaleMedien- MedieninformatikLudwig-Maximilians-UniversitätMünchen
5WS2016/17
http://cgjennings.ca/toybox/hjpeg/index.html
DigitaleMedien- MedieninformatikLudwig-Maximilians-UniversitätMünchen
6
JPEGKompression
WS2016/17
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
WS2016/17
Intraframes(I-Frame)– VollständigeBilddaten,nurinnerhalbdesBildeskomprimiert– Ca.jedes15.FrameisteinI-Frame
Framearten
8DigitaleMedien- MedieninformatikLudwig-Maximilians-UniversitätMünchen
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
WS2016/17
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
9DigitaleMedien- MedieninformatikLudwig-Maximilians-UniversitätMünchen
I-Frame 2xB-Frame P-Frame
… …
WS2016/17
FramewirdwieBildbehandelt:JPEG-Kompression->DCT,Quantisierung,Lauflängencodierung,Entropiecodierung
I-Frame
10DigitaleMedien- MedieninformatikLudwig-Maximilians-UniversitätMünchen
InderRegel16x16Makroblöcke
WS2016/17
DifferenzenwerdenwieBilderbehandeltundnachdemgleichenSchemakomprimiert;diesführtinderRegelzukleinerenWerten,welchegespeichertwerdenmüssen->schlechteKomprimierungbeiSzenenwechsel,dagroßeUnterschiede.DifferenzundVerschiebungsvektoreneinesP-Frames…
P- undB-Frame
11DigitaleMedien- MedieninformatikLudwig-Maximilians-UniversitätMünchen
…unmittelbarnachSzenenwechsel …innerhalb einerSzene
WS2016/17
P- undB-Frame
12DigitaleMedien- MedieninformatikLudwig-Maximilians-UniversitätMünchen
keineBewegungKopfbewegungnachlinks
Verschiebungsvektoren
WS2016/17
Darstellung
Framefolge
13DigitaleMedien- MedieninformatikLudwig-Maximilians-UniversitätMünchen
PI B P B
Speicher
WS2016/17
Framefolge
14DigitaleMedien- MedieninformatikLudwig-Maximilians-UniversitätMünchen
DasicheinB-Frameaufdieunmittelbareinschließenden I/P-Framesbezieht,müssendiesebekanntsein,bevoreinB-Framedargestelltwerdenkann:
Darstellungsreihenfolge: IBBPBBPBBI
Übertragungsreihenfolge: IPBBPBBIBB
PI B P B
Speicher
WS2016/17
QualitätundKompressionabhängigvonverwendetenFrametypen.HoheAnzahlanI-Frames->guteQualitätVieleB-Frames->bessereKompressionDerAbstandzwischenzweiI-FramesisteinguterIndikatorfürQualitäteinesVideos.DieSequenzbestehtaus82Bildern,derGröße352*24024BitFarben(SummederunkompremiertenEinzelbilder20,3MB)
Beispiele
15DigitaleMedien- MedieninformatikLudwig-Maximilians-UniversitätMünchen
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/
WS2016/17
AbdieserWocheundfüralleverbleibendenÜbungenkönntihrdieE-LearningPlattform nutzen.HierbekommtihrnocheinmalzusätzlicheErklärungenunddieMöglichkeitdenStoffinteraktivzuerarbeiten.UmdiePlattformnutzenzukönnen,müsstihreuchmitE-MailAdresseundMatrikelnummerregistrieren.
E-LearningPlattform
16DigitaleMedien- MedieninformatikLudwig-Maximilians-UniversitätMünchen
WS2016/17
AuchbeiBildernistesmöglich, dieDatenindenFrequenzraum zuübertragen.DazuwirddiesogenannteDCT(DiskreteCosinus-Transformation)verwendet.DiehiergemessenenFrequenzensindsogenannteOrtsfrequenzen.a) KennzeichnenSieimBildunteneinenBereichmitmöglichsthoherOrtsfrequenz.
Begründen SieIhreAntwort.DasBildfindenSieindenMaterialenzumÜbungsblatt(material10.zip)aufderVorlesungswebsite.
Aufgabe1
17DigitaleMedien- MedieninformatikLudwig-Maximilians-UniversitätMünchen
WS2016/17
BereichemithoherOrtsfrequenzz.B.:
LösungzuAufgabe1a)
18DigitaleMedien- MedieninformatikLudwig-Maximilians-UniversitätMünchen
WS2016/17
b) KennzeichnenSieimBildunteneinenBereichmitmöglichstniedrigerOrtsfrequenz.BegründenSieIhreAntwort.DasBildfinden SieindenMaterialenzumÜbungsblatt (material10.zipaufderVorlesungswebsite).
c) ErstellenSieselbsteineDateiimPNG-Format(z.B.mitGIMP)dieüberwiegendhoheOrtsfrequenzenenthält.FügenSiediesesBildIhrerAbgabebei.
Aufgabe1
19DigitaleMedien- MedieninformatikLudwig-Maximilians-UniversitätMünchen
WS2016/17
BereichemitniedrigerOrtsfrequenzz.B.:
IndiesenBereichenlassensichkeineoderkaumÄnderungenvonEigenschaftenfeststellen.
LösungzuAufgabe1b)
20DigitaleMedien- MedieninformatikLudwig-Maximilians-UniversitätMünchen
WS2016/17
Bildkönntez.B.soaussehen:
LösungzuAufgabec)
21DigitaleMedien- MedieninformatikLudwig-Maximilians-UniversitätMünchen
WS2016/17
GegebenistdiefolgendeDarstellungsreihenfolgevonI-Frames(I),P-Frames(P)undB-Frames(B).SkizzierenSiediedazugehörigeÜbertragungsreihenfolge.ErklärenSie,warumdieseHerangehensweisenötigist.
Aufgabe2
22DigitaleMedien- MedieninformatikLudwig-Maximilians-UniversitätMünchen
I B B B P B B B I
WS2016/17
LösungzuAufgabe2
23DigitaleMedien- MedieninformatikLudwig-Maximilians-UniversitätMünchen
UmB-FrameszuberechnenmüssendiedazugehörigenI- undP- Frameszuerstübermitteltwerden.
NeueAbfolge:
I P B B B I B B B
WS2016/17
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• Übungsblatt9:https://www.medien.ifi.lmu.de/lehre/ws1617/dm/
• AbgabebisFreitagden27.01.2017,09:00UhrmorgensinUniWorX
Übungsblatt9
DigitaleMedien- MedieninformatikLudwig-Maximilians-UniversitätMünchen
WS2016/17