Predavanje 6 Kompresija u multimedijanim sistemima Sadraj o

Predavanje 6 Kompresija u multimedijanim sistemima

Sadržaj o o o METODE I TEHNIKE KOMPRESIJE MULTIMEDIJALNIH PODATAKA o Kompresija video zapisa o Kompresija audio zapisa POTREBE ZA STANDARDIZACIJOM FORMATA PODATAKA PRISTUP KOMPRESIJI MULTIMEDIJALNIH PODATAKA RAD MPEG-1 ALGORITMA RLE KOMPRESIJA (KODIRANJE) LZW KOMPRESIJA

METODE I TEHNIKE KOMPRESIJE MULTIMEDIJALNIH PODATAKA o o Uvod - zašto kompresija podataka? Posmatrano sa stanovišta zauzeća memorije multimedijalne informacije su veoma zahtevne, dakle, potrebno je: o o o mnogo memorijskog prostora za njihovo skladištenje, kao i angažovanje snažnog procesora za njihovu obradu. Uz sve ovo mora se voditi računa da je: n n protok mrežnim ili komunikacionim kanalima otežan usled opterećenja, a i svaki kanal ima ograničen propusni opseg pa stoga kompresija predstavlja neminovnost.

METODE I TEHNIKE KOMPRESIJE MULTIMEDIJALNIH PODATAKA o Kompresija (ili sažimanje) podataka u računarstvu predstavlja: proces kojim se smanjuje fizički memorijski prostor potreban za čuvanje podataka. o Ovo se ostvaruje: n n o korišćenjem određenih metoda za zapisivanje podataka pri čemu je osnovna jedinica za obradu datoteka. U datoteci (zavisno od njenog tipa) postoje određena sadržinska ponavljanja, koja se: n n na medijumu za čuvanje podataka mogu zapisati jednom, a potom samo beležiti mesta gde se ona pojavljuju.

METODE I TEHNIKE KOMPRESIJE MULTIMEDIJALNIH PODATAKA o Na ovaj način moguće je znatno smanjiti potreban memorijski prostor za čuvanje podataka. Dobitak u prostoru je najmanji kod kompresije zvučno -slikovnih datoteka. o Pošto klasične metode sažimanja podataka (sažimanje bez gubitka infomacija) ovde ne funkcionišu koriste se metode u kojima se toleriše gubitak određene količine izvornih podataka. o Kompresija tekstualnih datoteka je veoma korisna, korisna međutim kompresija multimedije je neizbežna, na jer prosečna slika zauzima mnogo više memorije od bilo kojeg teksta. o Danas, kada je Internet postao nezaobilazni deo života korisnika u razvijenijem delu sveta, kompresija slika, zvuka i video-zapisa dostiže vrhunac

METODE I TEHNIKE KOMPRESIJE MULTIMEDIJALNIH PODATAKA o Kompresija video zapisa o Video kompresija predstavlja smanjenje količine podataka koji se koriste za predstavljanje video sadržaja. o Naime, ovde se radi o smanjenju broja bitova koji su potrebni za skladištenje ili prenos digitalnih zapisa. o Kompresovan video zapis može se lakše i ekonomičnije prenositi.

METODE I TEHNIKE KOMPRESIJE MULTIMEDIJALNIH PODATAKA o Ljudsko oko može da regustruje oko 30 frejmova u sekundi, tako da je radi dobijanja animacije primenjena tzv. "interlaced" –(preplitanje) tehnika. o Šta je frejm? . Jedan frame-frejm (okvir) – (fizičke celine na koje se može podeliti veb stranica) nekompresovanog video signala zauzima i više MB sekundarne memorije. q o o o Slika u jednom trenutku, na ekranu/televizoru. Kad se kaže 20 frejmova u sekudni, znači da se na ekranu izmenja 20 sličica u sekundi. “Interlaced“ (endlejst) tehnika. Ona se sastoji u tome da: n ekran dva puta uzastopno iscrta isti frejm čime dobijamo 50 -60 frejmova u sekundi, n pri čemu količina podataka ostaje ista.

METODE I TEHNIKE KOMPRESIJE MULTIMEDIJALNIH PODATAKA o Kako digitalne slike zauzimaju veći memorijski prostor (količinu memorije), lako se može izračunati koliko je iste potrebno za 30 takvih slika u sekundi. Stoga se realizovanje i primena video zapisa ne može ni zamisliti bez kompresije. o Najracionalnije bi bilo izvršiti kompresiju samo frejmova i samim tim celokupan zapis. U stvari, to i jeste osnovni princip najpoznatijeg formata kompresije video zapisa - MPEG. o Frejmovi koji se sukcesivno pojavljuju jedan za drugim veoma se malo razlikuju i najčešce im je pozadina identična. To znači da se najveći stepen kompresije može postići ukoliko se zabeleže samo promene u odnosu na prethodni frejm. o

METODE I TEHNIKE KOMPRESIJE MULTIMEDIJALNIH PODATAKA o U ranim devedesetim godinama prošlog veka potreba za kompresijom video zapisa je dovela do stvaranja Motion Picture Experts Group (MPEG), komiteta za standarde video zapisa pod okriljem ISO-a. o Prvobitni zadatak ovog komiteta je bio da kreira standard za AV (audio-video) zapis kome će biti dovoljna propusna moć od 1, 86 megabita u sekundi. o To je bio MPEG-1 koga je vrlo brzo zamenio poboljšani MPEG-2. o Osnovni zadatak ova dva standarda je: n n kompresija video zapisa, ali obuhvata i audio kompresiju.

METODE I TEHNIKE KOMPRESIJE MULTIMEDIJALNIH PODATAKA o Digitalna slika je sastavljena od mnoštva piksela (picture element): n n o u dvodimenzionalnom polju, a svaki piksel predstavlja nivo intenziteta ili boje. Piksel (eng. pixel, skraćeno od picture element, deo slike) je u rasterskoj grafici najmanji deo digitalne slike kojem se mogu: n n dati boja i druge osobine, ili koji se može obrađivati.

METODE I TEHNIKE KOMPRESIJE MULTIMEDIJALNIH PODATAKA o Za crno - belu sliku svakom pikselu je potreban samo jedan bit za prikaz dve boje (0 -crno, 1 -belo). 1 -belo o Bit (bit) je najmanja jedinica informacije u računarstvu. Jedan bit predstavlja količinu informacije potrebnu za razlikovanje dva međusobna isključiva stanja, često predstavljana kao jedan (1) i nula (0), o o o Za prikaz 256 nivoa sivog (od crnog do belog), za sive slike, zahteva se 8 bita po pikselu. Slike u boji zahtevaju 8 bita/pixelu za svaku od tri osnovne komponente boje (crvena, zelena i plava) odnosno 24 bita/pixelu.

METODE I TEHNIKE KOMPRESIJE MULTIMEDIJALNIH PODATAKA o Na slici 1 dat je graficki prikaz procesa kompresije i dekompresije za videokonferenciju. Source (izvor) Video CODEC Camera Video Display Analog to digital conversion Destination Video CODEC Digital to analog conversion Slika 1 Encoding (kodiranje) compression Decoding/decompr ession Storage

METODE I TEHNIKE KOMPRESIJE MULTIMEDIJALNIH PODATAKA o Kompresija audio zapisa o Istraživanja su pokazala da su među najtraženijim veb stranama i one sa muzikom. o Naravno, tu su: o radio programi koji se mogu slušati preko Interneta, o zatim prenosi utakmica, o preko-okeanski telefonski razgovori, a i o sam video zapis bez zvuka nije posebno zanimljiv.

METODE I TEHNIKE KOMPRESIJE MULTIMEDIJALNIH PODATAKA o Danas mnogo čega iz domena AV kvaliteta ne bi bilo ukoliko ne bi bilo mogućnosti kompresije. o Kompresija audio zapisa je bazirana na: n n o osobinama ljudskog uha, odnosno činjenici da neke frekvencije čujemo dosta slabije od drugih, a neke čak i ne čujemo. Tehnologija kompresije zvuka je poslednjih godina prilično unapređena i, n n ukoliko se ne zahteva stepen kompresije (veći od 10: 1) skoro da je nemoguće primetiti razliku između orginalnog i zvučnog zapisa nad kojim je izvršena kompresija.

METODE I TEHNIKE KOMPRESIJE MULTIMEDIJALNIH PODATAKA o MP 3 ili MPEG-1 Audio Layer 3 je najrašireniji audio format zapisa fajla u kome je primenjena kompresija sa gubitkom, n n o koji se razvio kao audio komponenta MPEG video zapisa i vrlo brzo samostalno postao najkorišćeniji oblik audio zapisa. MP 3 omogućava kompresiju zvuka CD kvaliteta bez ikakvih vidljivih gubitaka uz stepen kompresije oko 10: 1.

METODE I TEHNIKE KOMPRESIJE MULTIMEDIJALNIH PODATAKA o Na slici 2 dat je grafički prikaz procesa kompresije i dekompresije zvuka. Speaker Microfone Audio wavefon Ekecrtical signal Slika 2 Audio wavefon

METODE I TEHNIKE KOMPRESIJE MULTIMEDIJALNIH PODATAKA o Drugi korak u digitalnom predstavljanju slike je: n n uvođenje konačnog broja mogućih boja ili intenziteta piksela, pa se umesto stvarne boje u digitalnom reprezentu nalazi samo njen redni broj. o Digitalni video koji bi se realizovao samo prema navedenim pravilima bio bi veoma zahtevan u pogledu memorije. o Imajući u vidu da samo za jednu sekundu treba uskladistiti dvadeset i pet slika, slika to znači: n n n da bi nam za rad sa rezolucijom od 640 x 480 piksela i sa 24 bita po pikselu, čime se postiže kvalitet slike približan slici na standardnom TV aparatu, trebao memorijski prostor od 640 x 480 x 25 x 24/8 /(1024 x 1024) =21, 97 MB.

METODE I TEHNIKE KOMPRESIJE MULTIMEDIJALNIH PODATAKA o Može se zaključiti da bi za prenos digitalnog videa u ovoj rezoluciji preko računarske mreže bila potrebna propusnost na istoj od 21, 97 -8 =175, 76 Mbit/sec! o Ukoliko bi to bio računar u funkciji video-servera, onda bi ovaj iznos trebalo pomnožiti sa brojem korisnika koji istovremeno pristiipaju servem na kome su smeštene video-sekvence. o Jasno je da široka primena digitalnog videa zahteva dodatne sofisticiranije postupke rada kojim bi se bitno umanjila količina podataka neophodnih za rekonstrukciju scene.

METODE I TEHNIKE KOMPRESIJE MULTIMEDIJALNIH PODATAKA o Za takav skup podataka koji zamenjuje originalnu video-sekvencu kaže se da predstavlja sažet, odnosno komprimovan video-zapis. o Kompresija podataka se može izvršiti kao: o kompresija bez gubitaka podataka (lossless-loses) - gde gubitak podataka prilikom kompresije/dekompresije nije prihvatljiv, tj. komprimovani fajl u potpunosti mora odgovarati originalu, na primer: § tekstualni podaci (sadržaj tekstualnih dokumenata), § numerički podaci (podaci o finansijskim transakcijama), i

METODE I TEHNIKE KOMPRESIJE MULTIMEDIJALNIH PODATAKA o kompresija sa gubicima podataka (lossy-losi) - gde su gubici podataka prilikom kompresije/dekompresije u određenoj meri prihvatljivi, tj. dolazi do gubitka podataka vezanih za male detalje na račun stepena kompresije, na primer: n statične slike (ako sadržaj dekompresovane slike dovoljno dobro odražava originalni), n audio snimci (ako dekompresovani snimak dovoljno dobro odražava originalni), n video snimci (ako dekompresovani snimak dovoljno dobro odražava originalni).

POTREBE ZA STANDARDIZACIJOM FORMATA PODATAKA o Za ulazak digitalnog videa u naš svakodnevni život (na široka vrata) od ključnog značaja je: n n o o pored dobrog algoritma za kompresiju, i standardizacija, da bi se izbegla pojava većeg broja međusobno nekompatibilnih formata, kao što je to slučaj kod analognog videa. Međunarodna organizacija za standarde ISO je pravovremeno uočila ovu činjenicu i od kraja osamdesetih pod njenim okriljem traju kontinuirani napori za standardizaciju metoda kompresije digitalnog videa. Ovi napori su rezultovali nizom standarda koji su međunarodno prihvaćeni ili su u fazi usvajanja i koji su poznati pod nazivom MPEG standardi.

POTREBE ZA STANDARDIZACIJOM FORMATA PODATAKA o o o Tok MPEG standardizacije The Moving Picture Experts Group ili MPEG je organizacija zadužena za razvoj video i audio standarda za kodiranje. Njihov prvi sastanak je bio održan 1988 (Ottanja, Canada). Utemeljen je 1988. godine kao deo ISO standarda. MPEG standardi definišu sintaksu enkodiranog niza bitova i algoritme dekompresije za "full motion" video, audio i njihovu sinhronizaciju. Naziv MPEG grupe, grupe koja se u okviru ISO međunarodnog komiteta za standarde bavila standardizacijom metoda za kompresiju digitalnog video-signala, dolazi kao skraćenica od Moving Picture Experts Group.

POTREBE ZA STANDARDIZACIJOM FORMATA PODATAKA o o MPEG-1 standard je danas siroko prihvaćen i primenjivan. Sam tekst standarda obuhvata pet delova koji ponaosob propisuju: o o o o kodiranje video-signala, kodiranje pratećeg audio-signala, kombinovanje audio- i video-signala sa odgovarajućim mehanizmima sinhronizacije, pravila za testiranje i verifikaciju implementacija standarda, kao i softverske implementacije kodera odnosno dekodera. MPEG-1 je bio dizajniran da podržava non-interlaced video VHS kvalitete i dvokanalni audio CD kvalitete na brzini prenosa od aproksimativno 1. 5 Mbit/s. Najpopularnija MPEG-1 video rezolucija je 352 x 240, a ona zahteva brzinu od 1. 2 Mbit/s pri 30 okvira/sek.

POTREBE ZA STANDARDIZACIJOM FORMATA PODATAKA o MPEG-2 predstavlja proširenje i unapređenje MPEG-1 standarda po svim stavkama, n pri čemi je još dodat i alternativni algoritam za kodiranje zvuka koji nije kompatibilan sa algoritmom primenjenim kod MPEG-1 standarda. o MPEG-2 je dizajniran da podržava video broadcast kvalitete sa do 5 audio kanala na brzini 4 do 9 Mbit/s, ali može se skalirati i do 80 Mbit/s. o MPEG-2 zahteva mnogo veću procesnu moć nego MPEG-1, i on je odabran kao standard za video kompresiju za široki raspon postojećih i dolazećih video aplikacija kao Satellite Broadcast, HDTV i DVD.

POTREBE ZA STANDARDIZACIJOM FORMATA PODATAKA o U Tabeli 1 dat je prikaz aplikacije i mogućnosti video kodeksa MPEG 1 i MPEG-2 Tabela 1 MPEG-2 Video rezolucija 352 x 240 (Lonj) 720 x 480 (Main) 1920 x 1080 (High) 1440 x 1152 (High) 1440) Brzina prenosa 1. 2 Mbit/s Tipično 4 – 9 Mbit/s, ali moguće skaliranje do 80 Mbit/s Ciljna aplikacija Video aplikacije VCR kvaliteta Video aplikacije broadcast kvaliteta

POTREBE ZA STANDARDIZACIJOM FORMATA PODATAKA o o Razlika između MPEG-1 i MPEG-2 normi Osnovna razlika između MPEG-1 i MPEG-2 normi ogleda se u sledećem: o o o MPEG-1 je prilagođen video signalu s progresivnim analiziranjem, osnovna namena mu je bila snimanje video signala na CD, brzina prenosa do 1, 5 Mbit/s MPEG-2 je opšti standard namenjen i video signalima sa progresivnim analiziranjem i video signalima koji koriste analiziranje sa podelom (slika se deli na dve poluslike) MPEG-2 nudi slojevitu strukturu profila (podskup sintakse toka podataka) i određuje parametre koji su dopušteni unutar odabranog profila

POTREBE ZA STANDARDIZACIJOM FORMATA PODATAKA o o Rad MPEG-4 grupe je sticajem okolnosti, pre svega zbog prave lavine multimedijalnih aplikacija, najviše odstupio od prvobitne zamisli. Ciljevi ovog standarda su znatno prošireni, tako da je u ovom trenutku, kada je standard još uvek u fazi usvajanja, osnovni naglasak na: o o o samom sadržaju video-sekvence, integraciji prirodnih i sintetičkih objekata u sceni i interaktivnoj manipulaciji sa tim objektima.

POTREBE ZA STANDARDIZACIJOM FORMATA PODATAKA o Originalno je bio usmeren na aplikacije vrlo male brzine prenosa (very lonj bit rate) sa maksimalnom veličinom okvira 176 x 144 na 10 okvira/sek. o Od MPEG-4 se očekivalo da olakša razvoj čitave nove generacije multimedijalnih aplikacija kao što su: o o o interaktivne mobilne multimedijalne komunikacije, multimedijalna elektronska pošta, interaktivne multimedijalne baze podataka, igre i prevođenje znakovnog jezika.

POTREBE ZA STANDARDIZACIJOM FORMATA PODATAKA o MPEG-7 omogućuje brzu i efikasnu pretragu materijala koji je potreban korisniku. On se naziva Multimedia Content Description Interface. o Stoga on nije standard koji se bavi čistim kodiranjem video i audio zapisa, kao što to čine MPEG-1, MPEG-2 i MPEG-4. o On koristi XML za skladištenje meta podataka, i može vremenski označavati pojedine događaje, ili sinhronizovati tekst pesme.

POTREBE ZA STANDARDIZACIJOM FORMATA PODATAKA o Značajno je uočiti razliku između dve grupe aplikacija kojim je MPEG algoritam namenjen. o Ove grupe označavamo kao: o simetrične i o asimetrične aplikacije o u smislu toga koliko je često potrebno vršiti kompresiju u odnosu na dekompresiju.

POTREBE ZA STANDARDIZACIJOM FORMATA PODATAKA o o o U simetrične aplikacije ubrajamo: o videotelefoniju i o videokonferencije, jer kod ovih aplikacija imamo stalni izvor video-signala koji se "jednokratno" koristi. Kamera na svakom kraju veze snima sagovornika, n n o ovaj signal se zajedno sa pratećim audio signalom kompresuje i prenosi i, na drugom kraju veze odmah dekompresuje i prikazuje. Dakle, kompresija i dekompresija vrše se podjednak broj puta.

POTREBE ZA STANDARDIZACIJOM FORMATA PODATAKA o Drugu grupu aplikacija čine, tzv. asimetrične aplikacije, kod kojih se: o o o Tipičan primer ovakve aplikacije je izdavanje filmskih naslova na videodiskovima, diskovima gde n n o kompresija vrši jednom, a dekompresija veći broj puta. proizvodač jednom smesti film na disk, a korisnik onda po želji iznova pušta film. Ovde se, n n za razliku od simetričnih aplikacija gde brzina kompresije treba da bude na nivou brzine dekompresije, a obe unutar "interaktivne granice" od stotinak msec da bi konverzacija tekla prirodno, može dozvoliti da kompresija traje znatno duže sa ciljem da se postigne što bolji iznos kompresije uz održanje visokog stepena vernosti originalu.

POTREBE ZA STANDARDIZACIJOM FORMATA PODATAKA o Osnovne prednosti MPEG-a nad ostalim vrstama kodiranja (kompresije) su: o o o MPEG nudi široku kompatibilnost, jer je od samog početka dizajniran kao međunarodni standard. MPEG nudi veće mogućnosti kompresije nego bilo koji drugi format. Ova tehnika omogućuje izbacivanje do 99. 5% informacije u video sekvenci bez ozbiljnog uticaja na kvalitet slike. Kao rezultat MPEG može postići odnos kompresije do 180: 1. U pogledu kvaliteta MPEG nudi kompresiju sa najmanje gubitka

PRISTUP KOMPRESIJI MULTIMEDIJALNIH PODATAKA o Da bi se postigla željena visoka kompresija digitalnog videa uz minimalne gubitke na kvalitetu slike mora se maksimalno iskoristiti: o o kako prostorna tako i vremenska koherencija video signala. o Prostorna koherencija na pojedinačnim okvirima se ogleda u tome da susedni pikseli najčešće imaju vrlo slične vrednosti. o Standardni JPEG algoritmi za kompresiju mirne slike inteligentno koristi ovu prostornu koherenciju za postizanje visokih iznosa kompresije. o Stoga je kao osnovni metod za kodiranje blokova piksela unutar pojedinačnih okvira u MPEG algoritmu primenjeno identično rešenje.

PRISTUP KOMPRESIJI MULTIMEDIJALNIH PODATAKA o Što se tiče vremenske koherencije unutar video-signala postoji nekoliko načina da se ona kodira. o Najjednostavnije je svaki okvir predstaviti bez ikakvih referenci na ostale okvire. Ovome odgovara i jedna od prvih primena JPEG algoritma, gde je za kompresiju digitalnog video-signala svaki okvir ponaosob komprimovan čistom JPEG metodom. o Međutim, ovakav način kompresije ne koristi vrlo jaku vremensku koherenciju koja postoji između susednih okvira i koja se ogleda u n n prostoj činjenici da su scene koje kamera «hvata» svakih 1/25 sec vrlo slične, jer prosečna video sekvenca obično ne sadrži mnogo naglih pokreta ili rezova scene.

PRISTUP KOMPRESIJI MULTIMEDIJALNIH PODATAKA o Sledeći način za kodiranje vremenske koherencije unutar digitalnog videa je da se ona kodira sa referencom u odnosu na prethodne okvire iz sekvence. o Ovakvo kodiranje, nazovimo «kodiranjem sa referenciranjem prošlosti» odgovara klasičnim, prediktivnim metodama kodiranja, koje su dobro poznate u oblasti digitalnih signala. o Međutim, MPEG algoritam čini fundamentalni iskorak uvodeći: novi način kodiranja vremenske koherencije gde jedan okvir može pored referenci na prethodne okvire iz sekvence sadržati i reference na naredne okvire u sekvenci. o o Ovakvo kodiranje možemo nazvati «kodiranjem sa referenciranjem prošlosti i budućnosti» .

PRISTUP KOMPRESIJI MULTIMEDIJALNIH PODATAKA o Osim što ovakav način kodiranja omogućava postizanje većih iznosa kompresije nego sa prediktivnim metodama, on se: o dobro uklapa sa zahtevom da digitalni video treba da ponudi korisniku bar onaj stepen interakcije na koji je navikao sa analognim video-signalom (pauza u prikazu, brzo premotavanje unapred ili unazad i sl. ).

PRISTUP KOMPRESIJI MULTIMEDIJALNIH PODATAKA o Sve ove vrste interakcije manje-više počivaju unutar nekog malog, ali konstantnog kašnjenja – n n o ova mogućnost znači da unutar video signala postoje nezavisne sekvence koje su kodirane bez referenci na neke druge delove tog signala — za ove sekvence onda imamo brz slučajan pristup. Stoga se unutar takve sekvence jedan okvir mora kodirati kao mirna slika i on predstavlja tačku slučajnog pristupa celoj sekvenci.

RAD MPEG-1 ALGORITMA o MPEG kodiranje je organizovano u šest slojeva: 1. Blok- najmanja jedinica koja se podvrgava kodiranju; veličine 8 x 8 elemenata slike 2. Makroblok - osnovna jedinica za kodiranje sa nadomeštanjem pokreta; veličine 16 x 16 elemenata slike 3. Isečak slike - horizontalni niz makroblokova

RAD MPEG-1 ALGORITMA 4. Slika - osnovna jedinica u MPEG kodiranju; četiri vrste: o I-slike - slike kodirane samostalno unutrašnjim kodiranjem o P-slike - kodirane sa predviđanjem uz nadomeštanje pokreta o B-slike - kodirane s predviđanjem uz nadomeštanje pokreta, pri čemu se predviđanje vrši iz prethodnih i iz budućih slika o D-slike - slike dobijene kodiranjem samo istosmernog (DC) koeficijenta; koriste se izuzetno retko 5. Grupa slika (GOP = Group Of Pictures) - niz od jedne ili više slika pri kodiranju i/ili prenosu Sekvenca - niz od određenog broja grupa slika 6.

RAD MPEG-1 ALGORITMA o U MPEG video-zapisu razlikujemo tri vrste okvira: o o o Intraokvire (I - okvire, intraframes), Prediktovane (P - okvire, predicted frames) i Interpolirane okvire (B - okvire, directional predicted frames).

RAD MPEG-1 ALGORITMA o o o Svaka sekvenca kojoj je moguć slučajan pristup počinje jednim I okvirom koji je kodiran bez referenci na bilo koji drugi okvir iz te sekvence ili čitavog zapisa. Metod kojim se komprimuju I - okviri je potpuno analogan metodu kojim JPEG algoritam komprimuje mirne slike. Dakle, okvir se posmatra u blokovima od po 8 x 8 piksela i za svaki blok se proračunavaju 64 koeficijenta direktne diskretne kosinusne transformacije (u daljem tekstu DCT).

RAD MPEG-1 ALGORITMA o Ovako dobijeni koeficijenti se potom kvantizuju prema vrednostima koraka kvantizacije datim u odgovarajućim kvantizacionim look-up tabelama. o Ovde treba naglasiti i to: n n o da je kvantizacija primarni uzrok gubitaka informacije u MPEG algoritmu, ali i da istovremeno predstavlja osnovno sredstvo kojim se postiže visok nivo kompresije. Izborom koraka kvantizacije za pojedine koeficijente vrši se fino podešavanje odnosa između: o o željenog nivoa kompresije i stepena vernosti originalnoj slici.

RAD MPEG-1 ALGORITMA o o P - okviri su okviri koji se kodiraju sa referencama u odnosu na odgovarajući I - okvir. P - okvir se, takođe deli u blokove, ali ovog puta se posmatraju takozvani makroblokovi. o Jedan makroblok se sastoji od 16 x 16 piksela. o (Piksel - eng. pixel, skraćeno od picture element, deo slike) je u rasterskoj grafici najmanji deo digitalne slike kojem se mogu dati boja i druge osobine, ili koji se može obrađivati).

RAD MPEG-1 ALGORITMA o Za potpuni opis P - okvira dovoljno je makroblokove odabrati na pokušaju da se na referentnom I - okviru pronađe isti deo scene. o Stoga se za svaki makroblok P-okviru na referentnom I - okviru pokušava pronaći najsličniji makroblok Ovaj postupak se naziva (Estimacija pokreta). o Kada se odredi najsličniji makroblok, makroblok računa se vektor pomeraja posmatranog u odnosu na referenti makroblok o Ova razlika vrednosti koordinata za gornji levi ugao prediktovanog i referentnog makrobloka se smešta u zaglavlje makrobloka na prediktovanom okviru.

RAD MPEG-1 ALGORITMA o Slika 3 REFERENTNI FREJM VEKTOR POMERANJA NAJSLIČNIJI MAKROBLOK POSMATRANI MAKROBLOK PREDIKTOVANI OKVIR

RAD MPEG-1 ALGORITMA o o Primena kompresije Pored već navedenih razloga postoje sledeći osnovni razlozi za kompresiju podataka: o o Lakše skladištenje podataka (na hard disk, na prenosne medije) Lakši prenos podataka (Web, Email)

RAD MPEG-1 ALGORITMA o Ušteda se ogleda u sledećem: o nekompresovana slika -> JPEG (veličina kompresovane slike je manja nekoliko puta) o nekompresovani CD audio -> MP 3 (veličina kompresovanog fajla je manja i do 10 puta) o nekompresovani PAL video -> Div. X (veličina kompresovanog videa je manja oko 230 puta)

RAD MPEG-1 ALGORITMA o o Moglo bi se postaviti i sledeće pitanje: zbog čega ne bismo stalno radili sa kompresovanim podacima? Odgovor bi u najkraćim crtama mogao biti: o o obrada kompresovanili podataka bila bi suviše komplikovana, neposredno, pre obrade, podaci moraju da se dekompresuju, što ipak zahteva neko vremensko trajanje.

RAD MPEG-1 ALGORITMA o Tok podataka Skladištenje Kompresija Obrada slike u memoriji (nekompresovana forma) Skladištenje slike - hard disk (kompresovana forma) Dekompresija Prenos Izvor video zapisa Kompresija Dekompresija Korisnik video zapisa

RAD MPEG-1 ALGORITMA o Tabela 2 Formati kompresije multimedijalnih podataka Formati kompresije video podataka MPEG-1 ♦ MPEG-2 ♦ MPEG-4/AVC AVS ♦ Dirac ♦ Indeo ♦ MJPEG ♦ Real. Video ♦ VC-1 ♦ Theora ♦ VP 6 ♦ VP 7 ♦ WMV Formati kompresije audio podataka MPEG -1 sloj III (MP 3) ♦ MPEG-1 sloj II ♦ AAC ♦ HE-AAC ♦ AIFF ♦ AU ♦ WAV AC 3 ♦ ATRAC ♦ FLAC ♦ i. LBC ♦ Monkey's Audio ♦ Musepack ♦ Real. Audio ♦ SHN ♦ Speex ♦ Vorbis ♦ Wav. Pack ♦ WMA Formati kompresije slike JPEG ♦ JPEG 2000 ♦ JPEG-LS ♦ JBIG 2 ♦ BMP ♦ GIF ♦ ILBM ♦ PCX ♦ PNG ♦ TGA ♦ TIFF ♦ WMP Formati medijskih zahvata 3 GP ♦ ASF ♦ AVI ♦ FLV ♦ Matroska ♦ MP 4 ♦ MXF ♦ NUT ♦ Ogg Media ♦ Quick. Time ♦ Real. Media

RLE KOMPRESIJA (KODIRANJE) o RLE kompresija ima najprostiji algoritam kompresije koji radi na tom principu: n n o da nije potrebno prenositi veliki broj piksela čija se vrednost ne menja (ostaju iste boje), već je dovoljno navesti samo broj piksela i njihovu boju. Za ilustraciju ove vrste kodiranja uzećemo sledeći niz piksela: 1111 55555 21 21 21 27 27 27 5757 85 85 Kada se primeni REL kod može se napisati: 8____1 5 5 3_____21 3 27 4_____57 7 _____ 85 q q Kod slike se podaci kodiraju red po red. Kod slika: q q gde postoji samo nekoliko boja ovaj tip kompresije daje dobre rezultate, dok se kod slika sa mnogo kolorita može dogoditi da se RLE kompresijom dobije kompresovani fajl veći od polaznog

LZW KOMPRESIJA o o LZW je kompresija bez gubitaka koja se najčesće koristi i preporučuje se kao generalna kodna šema. Da bi se primenjivala ova kompresija uočavamo da se: n n pojedini nizovi podataka pojavljuju veoma često, pa te nizove zamenjujemo kodovima. 3 11 9 25 3 11 9 6 25 Gde je A 1 25 A 1 A 2 Gde su: A 1=3 11 9 A 2= 6 25

LZW KOMPRESIJA o Iz ovog primera jasno se vidi da: n n o grupisanje elemenata u kodove nije jednoznačno definisano, već da se pokušava naći optimalno rešenje. Da bi se pronalaženje pojedinog koda moglo obavljati on-line neophodno je napraviti knjigu kodova koja dekoderu ukazuje na značenje pojedinih podataka.

LZW KOMPRESIJA o o LZW kompresija se koristi kod JPEG, GIF, TIFF i Postscript formata zapisa fajla. Navešćemo primer TIFF formata kod koga se radi sa dužinom reči od 12 bita, pa kodna knjiga ima 4096 kodnih reči. Prvih 256 kodnih reči čini nepromenljivi deo kodne tabele. Kodne reči od 258 do 4096 sadrže nizove podataka koji se često pojavljuju u slici. n n Kod broj 256 je specijalni kod za brisanje tabele, a kod broj 257 se koristi da označi kraj linije sa slikom.

Ispitna pitanja 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Šta predstavlja kompresija podataka u računarstvu? Šta predstavlja video kompresija? Na čemu je bazirana kompresija audio zapisa? Šta omogućava MP 3? Kako se može izvršiti kompresija podataka? Navedite delove koje tekst MPEG-1 standarda obuhvata? Koja je osnovna razlika između MPEG-1 i MPEG-2 normi? Koji su osnovni razlozi za kompresiju podataka? Šta je RLE kompresija? Šta je LZW kompresija?