Κεφάλαιο 1 - Ιστορική ανασκόπηση, video codecs, image codecs.docx

8/17/2019 Κεφάλαιο 1 - Ιστορική ανασκόπηση, video codecs, image codecs.docx

1/30

1.1 - Συμπίεση Δεδομένων (Data Compression

1.1.1 - !εν"#$

Στην επιστήμη υπολογιστών και στην θεωρία πληροφορίας, ησυμπίεση δεδομένων αποτελεί την διαδικασία κωδικοποίησης πληροφορίαςχρησιμοποιώντας λιγότερα bi! "ή #λλες μον#δες αναπαρ#στασηςπληροφορίας$ σε σχέση με τον όγκο δεδομένων της ασυμπίεστηςαναπρ#στασης, με την χρήση τεχνικών συγκεκριμένης κωδικοποίησης% &πωςκ#θε #λλη μορφή επικοινωνίας, η συμπίεση δεδομένων λειτουργεί μόνο ότανκαι ο αποστολέας και παραλήπτης της πληροφορίας είναι σε θέση νακατανοήσει την τεχνική συμπίεσης% 'ια παρ#δειγμα ακόμη και το κείμενο αυτόέχει λογική συν#φεια όταν ο αναγνώστης καταλ#(ει ότι πρέπει να το δια(#σεισαν χαρακτήρες που αποτελο)ν κομμ#τι της ελληνικής γλώσσας%

*αρομοίως, τα συμπιεσμένα δεδομένα μπορο)ν να γίνουν κατανοητ# μόνοόταν η τεχνική αποκωδικοποίησης είναι γνωστή στον παραλήπτη%+ συμπίεση δεδομένων αποτελεί ένα πολ) χρήσιμο εργαλείο καθώς (οηθ#ειστην εοικονόμηση πολ)τιμων πόρων, όπως χώρο σε αποθηκευτικ# μέσα"σκληροί δίσκοι$ ή ε)ρους -ώνης σε καν#λια επικοινωνίας% .να αρνητικό τηςτεχνικής συμπίεσης αποτελεί η μετέπειτα αν#γκη αποσυμπίεσης τωνδεδομένων πριν την χρήση τους, και το γεγονός αυτό καθιστ# αναγκαία τηνχρήση επιπρόσθετης επεεργαστικής ισχ)ος απο τα λογισμικ# αποσυμπίεσης%Στην περίπτωση της τεχνικής συμπίεσης /i012, είναι αναγκαία η χρήσηακρι(ο) 34506451 ώστε στο /i012 είναι δυνατή η αποσυμπίεση τουπαρ#λληλα με την αναπαραγωγή του "η αναγκή αποσυμπίεσης του /i012 πριν

την αναπαραγωγή του αποτελεί μια #(ολη λ)ση, καθως απαιτεί χώρο στονδίσκο$% + σχεδίαση λοιπόν τεχνικών συμπίεσης περιλαμ(#νει συμ(ι(ασμο)ςεως προς τον (αθμό συμπίεσης, την απώλεια7παραμορφωση πληροφορίας "σεπερίπτωση χρήσης απωλεστικής συμπίεσης, και αν#λογα με τιςεπεεργαστικές αν#γκες που απαιτο)νται για την συμπιεση7αποσυμπίεσηδεδομένων$

1.1.% - &πω'εσ"#)ν έν*ν" μη *πω'εσ"#)ν ε+ν"#)ν συμπίεση,

8ι μη απωλεστικοί αλγόριθμοι συμπίεσης "92!!91!! 044 :2; μη απωλεστική συμπίεση είναι δυνατή καθώς τα πιο πολλ#δεδομένα του πραγματικο) κόσμου έχουν στατιστική επαν#λη?η% 'ιαπαρ#δειγμα στην @γγλική γλώσσα, το γρ#μμα A1A είναι πιο συνιθισμένο απο το


2/30

γρ#μμα ABA και η πιθανότητα το γρ#μμα ACA να ακολουθεί το ABA είναι πολ)μικρή % Dια #λλη κατηγορία συμπίεσης, ονομ#-εται απωλεστική συμπίεσηδεδομένων "92!!E 044 :2;


3/30

σημαντικές παραχώρησεις στις παρακ#τω παραμέτρουςN ταχ)τητα συμπίεσης,μέγεθος τελικο) αρχείου και απώλεια ποιότητας%

@πωλεστικές μεθόδοι συμπίεσης εικόνας χρησιμοποιο)νται σε ?ηφιακέςφωτογραφικές μηχανές, έτσι ώστε να είναι δυνατή η #υηση των

αποθηκευτικών δυνατοτήτων με ανεπαίσθητη μείωση στην ποιότητα τηςτελικής εικόνας% Σε αντίστοιχες τεχνικές απωλεστικής συμπίεση ήχου, γίνεταιχρήση ?υχοακουστικών μεθόδων για την αφαίρεση στοιχείων του ηχητικο)σήματος, που δεν είναι δυνατόν να ακουστο)ν απο το ανθρώπινο αυτί% Oατ#την συμπίεση φωνής γίνεται χρήση πιο εειδικευμένων τεχνικών, ώστε σεορισμένες η Pσυμπίεση φωνήςP να εκλαμ(#νεται διαφορετικ# απο τηνσυμπίεση ήχου% Qιαφορετικές τεχνικές συμπίεσης ήχου και φωνήςπεριλαμ(#νονται κ#τω απο την κατηγορία των κωδικοποιητών ήχου% +κωδικοποίηση φωνής χρησιμοποιήται στην τηλεφωνία μέσω διαδικτ)ου γιαπαρ#δειγμα, ενώ η συμπίεση ήχου χρησιμοποιήται κατα την εαγωγήδεδομένων απο RS κ%α%

1.1.2 - 3*0*δείμ** μη *πω'εσ"#)ν ε+ν"#)ν συμπίεση,

+ τεχνικές συμπίεσης T1;a\, TVd$% + παρο)σα τεχνική (ασιμένη στο TV με καλέςεπιδόσεις είναι η TVd, που χρησιμοποιείται στα αρχεία RXe της fi:52!2`% 8ικαλ)τερες τεχνικές συμπίεσης κ#νουν χρήση μοντέλων πιθανοτήτων, στιςοποίες οι προ(λέ?εις συννενόνονται με τον ακγόριθμο αριθμιτικής

κωδικοποίησης% 8 αλγόριθμος αυτός επινοήθηκε απο τον F25;4 ai!!4=1= καιυλοποιήθηκε πρακτικ# απο τον _i1= ^149 και επιτυγχ#νει εκ#θαρακαλ)τερη συμπίεση στον δημοφιλή αλγόριθμο >``;4=, ειδικ# σε εφαρμογέςσυμπίεσης ευέλικτων δεδομένων όπου οι πρό(λε?η των δεδομένων είναι#μεση σχετισμένη με το είδος τους% + αριθμιτική κωδικοποίησηχρησιμοποιείται στο πρότυπο Fe\I καθώς και στο Sgh%


4/30

1.1.4 - 5εω0η"#6 υπ67*80ο συμπίεση, δεδομένων

ο θεωρηστικό υπό(αθρο της συμπίεσης δεδομένων παρέχεται απο τωνθεωρία πληροφορίας "σχετί-εται #μεσα με την αλγοριθμική θεωρίαπληροφορίας$ για χρήση στις μη απωλεστικές τεχνικές, καθώς και από την

θεωρία ρυθμο) παραμόρφωσης για απωλεστικές τεχνικές συμπίεσης% @υτ# ταπεδία μελέτης δημουργήθηκαν κυριώς απο τον R9401 c34==2=, ο οποίοςέκανε ορισμένες καθοριστικές δημοσίευσεις π#νω στο αντικείμενο στα τέλητου jklm και αρχές του jknm% + θεωρία κρυπτογρ#γησης και κωδικοποίησηςείναι επίσης #μεσα σχετισμένα% *ολλές μη απωλεστικές τεχνικές συμπίεσηςμπορο)ν να εεταστθο)ν σ)μφωνα με το μοντέλο των τεσσ#ρων σταδίων% 8ιαπωλεστικές τεχνικές από την #λλη περιλαμ(#νουν ακόμη περισσότεραστ#δια, όπως για παρ#δειγμα πρό(λε?η, μετασχηματισμό συχνότητα καικ(αντοποίηση%

&υ67οη8ο9μεν* συσ:μ**; oπ#ρχει μαι στενή σχέση μετα) αυτόματηςεκμ#θησης υπολογιστών συστημ#των και της συμπίεσης% .να σ)στημα ικανόνα προ(λέπει τις πιθανοτικές ακολουθίες σε όλο το ιστορικό του, μπορεί ναχρησιμοποιηθεί για (έλτιστη συμπίεση δεδομένων "με την χρήση αριθμιτικήςκωδικοποίησης π#νω στην τελική κατανομή$% + (έλτιστη αυτή τεχνικήσυμπίεσης δεδομένων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την πρό(λε?η, με τηνε)ρεση του συμ(όλου με την καλ)τερη συμπίεση, λαμ(#νοντας υπό?ιν τοιστορικό% @υτή η συσχέτιση έχει χρησιμοποιηθεί για την κατοχ)ρωση τηςσυμπίεσης δεδομένων ως τεχνική συγκρισης επιδόδεων μετα) διαφορετικώνυπολογιστικών συστημ#των "b1=:3;45pi=]$ για γενική χρήση%

Δ"*/ο0οποίηση δεδομένων; + συμπίεση δεδομένων εκλαμ(#νεται σαν μιαγενική τεχνική διαφοροποίησης δεδομένων% + τεχνική αυτή περιλαμ(#νει τηνπαραγωγή μιας διαφοροποίησης δεδομένου της αρχικής πηγής και τελικο)αρχείου ή με την παραγωγή του τελικο) αρχείου δεδομένου του αρχικο) καιτης διαφοροποίησης% + συμπίεση δεδομένων αποτελεί την δημιουργία ένοςτελικο) αρχείου (#ση του αρχικο), ενώ η αποσυμπίεση περιλαμ(#νει τηνδημιουργία του αρχικο) (#ση του τελικο) αρχείου% .τσι λοιπόν η συμπίεσηδεδομένων μπορεί να εκληφθεί σαν τεχνική διαφοροποίησης δεδομένωναν#μεσα στο κενό αρχείο και το συμπιεσμένο% @υτό αποτελεί το ίδιο σαν να

εκλαμ(#νουμε την απόυτη εντροπία "που σχετί-εται με την συμπίεσηδεδομένων$ ως μια ειδική περίπτωση σχετικής εντροπίας "που σχετί-εται μετην διαφοροποίηση δεδομένων$ χωρίς αρχικ# δεδομένα%


5/30

Πίνακας 1. Συγκριση τεχνικών συμπιέσων ανα τύπο δεδομένων Πήγη: Διαδραστικές εφαρμογές πολυμέσων, Φράνκα Παντάνο-Ρόκου, κδόσεις !ριτική,σελ"δα #$

1.% - Συμπίεση "#6ν*, (ompression

1.%.1. - !εν"#$

+ συμπίεση στατικής εικόνας αποτελεί μια εφαρμογή της συμπίεσηςδεδομένων σε ?ηφιακές εικόνες% Oατ# συνέπεια ο στόχος είναι η μείωση τουόγκου δεδομένων της εικόνας έτσι ώστε να είναι δυνατή η αποθήκευση καιμετ#δοση των δεδομένων κατ# αποδοτικό τρόπο% + τεχνικής συμπίεσηςεικόνας δ)ναται να περιλαμ(#νουν απώλεια ή μη της πληροφορίας% Dη

απωλεστικές τεχνικές συμπίεσης εικόνας επιλέγονται κατα προτίμηση σειατρικές εφαρμογές, τεχνική σχεδίαση, εικονίδια ή κομικ% + επιλογή αυτήγίνεται λόγω του οτι στις τεχνικές αυτές, ειδικ# όταν έχουν να κ#νουν μεχαμηλές αναλ)σεις, παρουσι#-ουν εμφανή σφ#λματα συμπίεσης% Mπίσηςπροτιμώνται για περιεχόμενο υ?ηλής αίας όπως ιατρικές σαρρώσειςακτινογραφιών που προορή-ονται και αρχειοθέτηση% Σε αντίθεση απωλεστικέςτεχνικές συμπίεσης είναι ιδανικές για κωδικοποίηση φυσικών εικόνων όπωςφωτογραφίες σε εγαρμογές όπου η απώλεια της πιστότητας είναι αποδεκτήέτσι ώστε να επιτευχθεί σημαντική μείωση του όγκου δεδομένων% + τεχνικήαπωλεστικής συμπίεσης όπου παρ#γη μη ορατές διαφορές με την αρχικήεικόνα ονομ#-εται οπτικ# μη απωλεστική "/i!499E 92!!91!!$%


6/30


7/30

παρ# στο χρώμα, ετσι γίνεται μια εισορρόπηση ή ακόμη μείωση τηςχρωματικής πληροφορίας της εικόνας%

● Oωδικοποίηση μετασχηματισμο) "Y54=!`25; :20i=]$% + τεχνική αυτήείναι αρκετ# συνηθισμένη και χρησιμοποιεί τον μετασχηματισμό W25i15"W25i15U519410 54=!`25;$ όπως το SRY ή τον μετασχηματισμό

κ)μματος "64/191 54=!`25;$, ακολουθο)μενη απο κ(αντοποίηση"C4=iB4i2=$ καθώς και κωδικοποίηση εντροπίας "1=52


8/30

πληροφορία δ)ναται να περιλμ(#νει πληροφορία όσο αναφορ# το χρώμα, τηνυφή, μικρές φωτογραφίες προεπισκόπησης καθώς και πληροφορίες για τονδημιουργό ή τα πνευματικ# δικαιώματα της εικόνας%

πεLε0*σ"#: Mσ+9, ; @ν#λογα με τον αλγόριθμο συμπίεσης εικόνας που

επιλέγεται, υπ#ρχει αν#λογη απαίτηση επεεργαστικής ισχ)ος κατ# τηνσυμπίεση7αποσυμπίεση% 8ρισμένοι αλγόριθμοι υ?ηλής συμπίεσης έχουνιιδιαίτερα μεγ#λες επεεργαστικές απαιτήσεις%'ενικ# η ποιότητα της τεχνικής συμπίεσης μετριέται συχν# με το μέγιστο τηςαναλογίας σήματος προς θόρυ(ο "G14p !i=]49 2 =2i!1 54i2$% Mκφρ#-ει τομέγεθος του θορ)(ου που εισ#γεται κατ# την απωλεστική συμπίεση μιαςεικόνας% Lστόσο, η αντικειμενική σκοπι# ενός παρατηρητή είναι είσουσημαντική, ίσως απο τις σημαντικότερες παραμέτρους%

Mσο0"#$ Σο"+εί* ; Dια ασυμπίεστη ?ηφιογραφική εικόνα "ei;4ompression

@ν στην πλειο?ηφία των περιπτώσεων, η συνήθης αποθήκευση τωνφωτογραφιών μας σε `25;4 FGHI "στη ρ)θμιση μέγιστης ποιότητας$ επαρκείγα τις αν#γκες μας, υπ#ρχουν ορισμένες φορές που κρίνουμε ότι πρέπει νααποθηκε)σουμε κ#ποιες φωτογραφίες χωρίς την παραμικρή απώλειαπληροφορίας% έτοιες περιπτώσεις περιλαμ(#νουν φωτογραφίες από

φωτογραφικές μηχανές ή μηχανές σ#ρρωσης που κατ# την λή?η δενεφαρμό-ουν απωλεστική συμπίεση αλλ# δίνουν π%χ% αρχεία aX_ και θέλουμενα τις αποθηκε)σουμε στη μέγιστη δυνατή ποιότητα, ή φωτογραφίες πουμετ# από κ#ποια επεεργασία θέλουμε να τις αποθηκε)σουμε με τηνπροοπτική περαιτέρω επεεργασίας% "Σε μια τέτοια περίπτωση διαδοχικέςαπωλεστικές συμπιέσεις FGHI θα επέφεραν αθροιστικ# σημαντική μείωσηποιότητας$% + μη χρήση κ#ποιας μεθόδου συμπίεσης είναι γενικ# ασ)μφορηαπο πλευρ#ς κόστους και αποθηκευτικο) χώρου, θα εετ#σουμε `25;4


9/30

αποθήκευσης εικόνας που χρησιμοποιο)ν μη απωλεστικο)ς αλγόριθμουςσυμπίεσης%

8ι πιο διαδεδομένοι από αυτο)ς είναιN● ANO (ABn Nen=t On>oin=; Zρησιμοποιείται από το X02b1

G322!32< και από αρκετ# διαδεδομένα `25;4 αρχείων των _i=026!%● NPQ (Nempe@-PiK-Qe@>; Dέθοδος που χρησιμοποιείται στα `25;4

Y\WW, GSW, I\W, και στα αρχεία της γλώσσας G2!c:5i


10/30

Mίναι διαθέσιμη σε μορφή


11/30

αδυναμία αντίλη?ης μικρών χρωματικών διακυμ#νσεων σε σχέση μεδιακυμ#νσεις φωτινότητας% {όγω των παραπ#νω το FGHI προορί-εται κυριώςγια συμπίεση εικόνων που έχουν τον #νθρωπο εως τελικό αποδέκτη% .ανθέλουμε υπολογιστική αν#λυση των εικόνων μας, τα μικρ# σφ#λματα πουπαρ#γει το FGHI είναι πιθανό να προκαλέσουν προ(λήματα, ακόμη και έαν

δεν είναι εμφανή εμ γυμνό μ#τι% .να πολ) χρήσιμο χαρακτηριστικό του FGHIαποτελεί η χειροκίνητη διαρ)θμιση του (αθμο) απωλεστικότητας από τιςπαραμέτρους συμπίεσης% @υτό σημαίνει ότι ο παραγωγός της εικόνας μπορείνα εισοροπήσει το μέγεθος του τελικο) αρχείου συναρτήσει της τελικήςποιότητας% Mίναι δυνατόν να δημιουργήσουμε υπερ(ολικ# μικρ# αρχεία έανδεν μας ενδιαφέρει η χαμηλή ποιότηταN χρήσεις όπως δημιουργία καταλόγωνεικόνων% .αν απο την #λλη δεν είμαστε ικανοποιημένοι με την τελικήποιότητα (#ση της προκαθορισμένης ρ)θμισης ποιότητας μπορο)με απλ# νααυήσουμε την ποιότητα μέχρι να είναι ικανοποιητική και να συμ(ι(αστο)μεμε έναν μικρότερο (αθμό συμπίεσης%

.να ακόμη πολ) χρήσιμο χαρακτηριστικό γνώρισμα του FGHI αποτελεί ηδυνατότητα μείωσης του χρόνου συμπίεσης έναντι της τελικής ποιότηταςεικόνας, με την χρήση ταχέων προσεγγίσεων ακρι(είας προς τουςυπολογισμο)ς που απατο)νται% oπ#ρχει δυνατότητα αντίστροφης εκτέλεσηςNμειωμένη ποιότητα έναντι ταχ)τητα αλλ# συνήθως δεν υπ#ρχει αν#γκη γιατέτοια θυσία όταν συμπίε-ουμε ένα αρχείο


12/30

Σχήμα . Συμπίεση και αποσυμπίεση εικόνας !"ση του προτύπου #$%& Πηγή: %&&':(()))*/'/40;2;4*.83(


13/30

καταλόγων εικόνων% + δυνατότητα συμπίεσης μιας εικόνας μεγέθους t fbE1πλήρων χρώματων, σε jmm [bE1! είναι μεγ#λη διαφορ# κατ# τηναποθήκευση της στο δίσκο ή κατ# την μετ#δοση της% Dια FGHI εικόνα έυκολαμπορεί να πετ)χει λόγους tmNj με πλήρες χρώματα% Oατ# την σ)γκριση τουI\W και 2E FGHI, ο λόγος εικόνας είναι συνήθως lNj%

+ δι#ρκεια αποκωδικοποίησης και προ(ολής μιας εικόνας είναι μεγ#λυτερη σεσχέση ενός απλο)στερου προτ)που όπως το I\W% .τσι η χρήση του FGHI είναιαπαραίτητη για συνολική εοικονόμιση χρόνου και χώρου αποθηκε)σης% Oατ#συνέπεια γίνεται πιο γρήγορα και οικονομικ# η μετ#δοση και αποθήκευση τηςεικόνας% Στην περίπτωση που η μετ#δοση της γίνεται μέσω ενός δικτ)ουεκπομπής, ο χρόνος αυτός είναι μεγαλ)τερος απο τον χρόνο που απαιτείταιγια την αποσυμπίεση του δοσμένου αρχείου, τότε δεν υπ#ρχει κ#ποιοπραγματικό όφελος%

ο δε)τερο (ασικό πλεονέκτημα του FGHI είναι ότι αποθηκε)ει πλήρεςχρωματική πληροφορίαN tl bi! αν#


14/30

Σχήμα '. ()( *+, -0234-530Πηγή: %&&':(()))*/'/40;2;4*.83(


15/30

μπορο)ν να συμπιέσουν αντίστοιχα δεδομένα με λόγο tNj κατ# μέσο όρο% οFGHI τυπικ# μπορεί να επιτε)ει συμπίεση από jmNj μέχρι και tmNj χωρίςεμφανή απώλεια ποιότητας, κ#νοντας τις αποθηκευτικές απαιτήσεις νακυμαίνονται στα j με t bi αν#


16/30

περίπτωση αυτή% 8ι λόγοι συμπίεσης που ειπώθηκαν παραπ#νω είναι σ)νηθεςκατ# την χρήση οθόνης% Mπίσης είναι αιοσημείωτο ότι το όριο της οπτικ#αναγνωρίσιμης απώλειας διαφέρει σημαντικ# απο εικόνα σε εικόνα%

3ίν*#*, %. Συ##0""#6, πίν*#*, ε+ν"#)ν συμπίεση, ε"#6ν*,Πήγη: Διαδραστικές εφαρμογές πολυμέσων, Φράνκα Παντάνο-Ρόκου, κδόσεις !ριτική,

σελ"δα #@

1. - Συμπίεση #"νο9μενη, ε"#6ν*, (Zieo >ompression

1..1 - !εν"#$

Dε δεδομένη την 2λοένα και αυανόμενη χρήση της ?ηφιακής τεχνολογίας, ηοποία αντικαθιστ# την αναλογική που παραδοσιακ# χρησιμοποιείται εδώ καιδεκαετίες στις τηλεπικοινωνίες, την τηλεόραση, την ηχογρ#φηση καιαναπαραγωγή της μουσικής αλλ# και σε #λλους τομείς, έχει αρχίσειπαρ#λληλα να γίνεται έρευνα και προς την κατε)θυνση της συμπίεσης της?ηφιακής πληροφορίας, με στόχο την οικονομία ε)ρους φ#σματος"b4=06i03$% 8ι λόγοι για τους οποίους είναι όχι απλ# χρήσιμη αλλ#


17/30

απαραίτητη η αν#πτυη αυτών των τεχνικών συμπίεσης δεν είναι ίσως τόσοπροφανείς, θα παρατεθο)ν παρακ#τω ορισμένα παραδείγματα πουφανερώνουν την επιτακτική αν#γκη για επέκταση της εφαρμογής της?ηφιακής συμπίεσης, τόσο στην εικόνα όσο και στον ήχο "δ)ο μορφέςεπικοινωνίας που παρ#γουν αυημένο όγκο ?ηφιακής πληροφορίας$%

Hνα κανονικό ασυμπίεστο τηλεοπτικό σήμα GXT καταλαμ(#νει ένα b4=06i03περίπου n f>B% AHστω ότι θέλουμε να το μεταδώσουμε ?ηφιακ#% 'ια να μηνέχουμε απώλεια πληροφορίας "που μεταφρ#-εται σε μείωση της ποιότηταςτης εικόνας$ πρέπει σ)μφωνα με το θεώρημα ^ECi! να κ#νουμε τηδειγματολη?ία στη διπλ#σια συχνότητα, δηλαδή στα jm f>B% 'ια να έχουμεεπαρκή ευκρίνεια "51!29i2=$ πρέπει κ#θε δείγμα να έχει τουλ#χιστον w bi!"tw•tnv επίπεδα κωδικοποίησης$% Dέχρι στιγμής έχουμε jm€w•wm fbi!7!1:%@ν και ήδη αντιμετωπί-ουμε πρό(λημα μετ#δοσης σε μία τόσο υ?ηλήταχ)τητα, το πρό(λημα είναι μεγαλ)τερο αν θέλουμε να έχουμε καλ)τερηευκρίνεια, οπότε θα χρησιμοποιήσουμε δείγματα των jv, ή tl bi! και φυσικ#μέχρι στιγμής αναφερόμαστε σε ασπρόμαυρη εικόνα% @ν θέλουμε να έχουμεκαι χρώμα ο όγκος της ?ηφιακής πληροφορίας γίνεται τριπλ#σιος "αφο) κ#θεχρώμα σχηματί-εται σα συνδυασμός των τριών (ασικών χρωμ#των πρ#σινο,κόκκινο, μπλέ U μιλώντας π#ντα για ασυμπίεστα σήματα$% Συνεπώςχρεια-όμαστε τουλ#χιστον z€wm•tlm fbi!7!1: "zm fe7!1:$%

'ια να καταλ#(ει κανείς το μέγεθος του b4=06i03 που χρει#-εται αρκεί να τοσυγκρίνει με την ταχ)τητα μεταφορ#ς "54=!`15 541$ δεδομένων από7προςτον επεεργαστή μέσα σε ένα :2;


18/30

στερεοφωνικο) ?ηφιακο) ήχου με συχνότητα δειγματολη?ίας ll%j [>B καιακρί(εια jvUbi% Qεδομένου ότι έχουμε δ)ο ανε#ρτητα καν#λια, ο συνολικόςόγκος πληροφορίας είναι περίπου vnm fe% @ν όμως το RS χρησιμοποιηθεί γιατην αποθήκευση ?ηφιακο) /i012 τότε μπορεί να χωρέσει το πολ) zmδευτερόλεπτα% @κόμα και τα νεότερης επινόησης ShS "Si]i49 hi012 Si!p$ τα

οποία είναι RS με χωρητικότητα l%u Ie "δηλαδή u φορές πιο μεγ#λη από το ‚κανονικόƒ RS$, δεν επαρκο)ν για την αποθήκευση μιας κινηματογραφικήςταινίας km λεπτών ασυμπίεστου ?ηφιακο) /i012 αφο) χρεια-όμαστετουλ#χιστον zn ShS%

&λα τα παραπ#νω κ#νουν φανερό ότι υπ#ρχει πρό(λημα τόσο μετ#δοσης όσοκαι αποθήκευσης του ασυμπίεστου ?ηφιακο) σήματος /i012 "#ρα και τουήχου που το συνοδε)ει, παρƒ όλο που καταλαμ(#νει πολ) λιγότερο όγκο$%Dόνο στην περίπτωση του μουσικο) RS το πρό(λημα αποθήκευσης έχει λυθείκαι έχει δημιουργηθεί ένα !4=0450 που επιτρέπει την αποθήκευση του ήχουσε ?ηφιακή ασυμπίεστη μορφή% @κόμα και σε αυτή την περίπτωση όμως τοπρό(λημα μετ#δοσης του ήχου ποιότητας RS παραμένει "εδώ εννοο)με τημετ#δοση σε ευρ)τερα δίκτυα όπως το \=15=1 ή την τηλεοπτική μετ#δοσημέσω δορυφόρων, όπου η αν#γκη για οικονομία b4=06i03 είναι δεδομένη$%rρα είναι φανερό ότι πρέπει να γίνουν προσπ#θειες για τη σημαντική μείωσητου όγκου της ?ηφιακής πληροφορίας αλλ# χωρίς να γίνουν μεγ#λοισυμ(ι(ασμοί στην ποιότητα του ήχου και της εικόνας%


19/30

3ίν*#*, . Σ9#0"ση π0ο9πων #ωδ"#οποίηση, Jieo 7$ση ων+*0*#η0"σ"#)ν #*" ε0*'είων ου,

Πηγή: %&&':(()))*44&34*.83(;4)(21&4&(%8)C7&.24*+%&32A 17&.24EFD$GHH$@??IJ'0;8DH

1..% - Mσο0"#: *ν*σ#6πηση με86δων συμπίεση, #"νο9μενη, ε"#6ν*,

1[\V - 1[]V

8ι τεχνολογίες συμπίεσης κινο)μενης εικόνας έχουν παίει καθοριστικό ρόλοστα συστήματα τηλεπικοινωνίων και πολυμέσων καθώς το ε)ρος -ώνης

αποτελεί ακόμη κ#τι πολ)τιμο% 'ια τον λόγο αυτό η συμπίεση /i012 αποτελείμια τεχνική υ?ιστης σημασίας καθώς μειώνει την ποσότητα πληροφορίας πουχρεία-εται μια αλληλουχία εικόνων χωρίς την απώλεια της ποιότητας τουτελικο) αρχείου% Συγχρονες τεχνικές περιλαμ(#νουν σ)νθετα ηλεκτρονικ#κυκλώματα όπου το κόστος παραγωγής τους μπορεί να κρατηθεί σε ανεκτ#επίπεδα μόνο με την μα-ική παραγωγή των Tc\ :3i

χρώμα δεν ήταν αρεστ# κατ# την τηλεσυνδι#σκε?η% ο jkum επινοήθηκε ηεUαποστ#σεως τηλεσυνδι#σκε?η όπου με την χρήση μια ανεκτής ποιότηταςεικόνας των συνομιλητών θα (ελτίωνε την επικοινωνία και θα #νοιγε τουςδρόμους για υπηρέσιες τέτοιου είδους% ο ενδιαφέρον #ρχισε να αυ#νεται μετην (ελτίωση στην ποιότητα εικόνας και την ?ηφιακή κωδικοποίηση%

1[^V - 1[[V

Dε την ευρεια διαθεσιμότητα της ?ηφιακής τεχνολογίας το jkwm, ο RxcYtjjκωδικοποιητής7αποκωδικοποιητής εικόνας, (ασισμένος στην διαμορφωσηπαλμικής κωδικοποιήσης SGRf "τεχνολογία μου χρησιμοποιείται ακόμη στα

αρχεία RS, τα GRf764/ αρχεία$, προτυποποιηθηκε απο την επιτροπή RR\YY,με το όνομα προτ)που >%jtm % @υτός ο κωδικοποιητής στοχε)ει σε ρυθμο)ςμετ#δοσης των tfbi στην Mυρώπη και j%nll fbi στις +*@, κατ#λληλουςγια συσχέτηση με τα επίπεδα ?ηφιακής ιεραρχίας% Lστόσο η ποιότηταεικόνας, παρόλλο που είχε ικανοποιητική ευκρίνια "λόγω της φ)σης τουSGRf που μεταχειρί-εται έναUένα τα εικονοστοιχία$ υστερο)σε κατ# τηνχρονική ροή% .γινε εκ#θαρο με την π#ροδο του χρόνου ότι για να αυηθεί η


20/30

ποιοτητα εικόνας, χωρίς να γίνεται υπέρ(αση ένας συγκεκριμένου εους -ώνης, θα έπρεπε κ#θε εικονοστοιχείο να κωδικοποιείται με λιγότερο απο ένα bi%@υτό κατέστει δυνατό μόνο με την ομαδοποίηση εικονοστοιχείων, όπου αυτήη τεχνική οδήγησε στην αν#πτυη κωδικοποιήτων ομ#δωνUεικονοστοιχείων%*ρος το τέλος της δεκαετία του jkwm, μελέτες πρότειναν την σ)σταση των jn

b92:p για την χρήση σε τηλεσυνδιασκέ?εις στην επιτροπή \Y„UY, ενώ αυτήτων jl b92:p! (ασι-όταν στην τεχνική Si!:511 R2!i=1 Y54=!`25; "SRY$ καιμόνο μία στην h1:25 …4=iB4i2= "h…$% + αντικειμενική ποιότητα τωνδειγμ#των /i012 που εετ#σθηκαν δεν παρουσι#-αν καμία διαφορ# μετα)των δυο τεχνικών κωδικοποιησης% *αρ#λληλα με την έρευνα της \Y„UY τοjkwl με jkwn, η ομ#δα F2i= G322]54υ?ηλότερη ευκρίνια στο j fbi % @υτή η προσπ#θεια επεκτ#θηκε σεσυστήματα με πολλαπλ#σια των vl pb


21/30

υοθετήθηκε αργότερα στο fGHIUj% Σήμερα οι αποκωδικοποιητές7λογισμικ#αναπαραγωγής fGHIUj είναι ευρέως διαθέσιμα στα πολυμεσικ# υπολογιστικ#συστήματα% @ποκωδικοποιητές fGHIUj συναντιώνται σαν τυπωμένακυκλώματα σε κ#ρτες επεκτ#σεως "fGHI ;4]i: :450!$, καθώς και στηνμορφή λογισμικο) που είναι διαθέσιμο με την δι#θεση λειτουργικών

συστημ#των "_i=026!, f4:$ ή σαν πολυμεσικών επεκτ#σεων% Στους(ασικο)ς /i012 :201:!, μόνο οι αποκωδικοποιητές πρέπει να πληρο)ναυστηρες προδιαγραφές, το λογισμικό κωδικοποιήσης παρουσία-ε μεγ#ληευελεία όπου ενδέχεται να (ελτιώσει τις επιδόσεις του fGHIUj στο μέλλον%

@ρχικ# το fGHIUj ήταν (ελτιστοποιημένο για τυπικές εφαρμογές όπως =2=Ui=1594:10 /i012 των tn καρέ αν# δευτερόλεπτο "`

ενονόματι fGHIUz, χρησιμοποιείται για την κωδικοποίηση των σημ#τωντηλεόρασης υ?ηλής ευκρίνιας ">S Yh$, αλλ# εφόσον το fGHIUt μπορο)σενα πετ)χει τον σκοπό αυτό τα χαρακτηριστικ# του fGHIUz ενσωματώθηκανσε αυτό% *ρο(λέπεται το tmjl ότι οι μεταδόσεις σε ^YcR στις +*@ θασταματήσουν και θα αντικατασταθο)ν με το πρότυπο fGHIUt για μετ#δοσηεπίγιας ?ηφιακής τηλεόραση υ?ηλής ευκρίνιας%


22/30

Σ+:μ* 4. Mσο0"#: εLέ'"Lη π0ο9πων συμπίεση, JieoΠηγή: %&&':((B280*71/98;*.83(9/4889474;&47'74((=?(&%4-B1B42-%-'7894-9/48-.8;474;.;0-/84-4K&(

1.. - `ο π06υπο συμπίεση, FEOT

Στο ενότητα αυτή αυτό θα παρουσι#σουμε τις λεπτομέρειες του πρωτοκόλλουfGHI% ο πρωτόκολλο αυτό αποτελείται από πολλ# εχωριστ# κομμ#τια,όπως θα δο)με και παρακ#τω και καθορί-ει μετα) #λλων πρότυπα συμπίεσηςεικόνας και ήχου, πρότυπα πολ)πλεης ρευμ#των δεδομένων πραγματικο)χρόνου, πρότυπα επικοινωνίας ευπηρετητή και πελατών κ%α% +σημαντικότερη χρησιμότητα του πρωτοκόλλου στην εφαρμογή πουαναπτ)αμε είναι η χρήση του στην πολ)πλεη των ρευμ#των μίαςπαρουσίασης% 'ια τη μετ#δοση των δεδομένων μίας ταινίας η εφαρμογή μας

χρησιμοποιεί το πρότυπο fGHIUYc για την πολ)πλεη και την πακετοποίησητων δεδομένων% *ρόκειται για ένα πρότυπο ειδικ# σχεδιασμένο για δικτυακήχρήση, το οποίο είναι αρκετ# ανθεκτικό σε σφ#λματα μετ#δοσης καιχρησιμοποιείται ευρέος στις μεταδόσεις δορυφορικής ?ηφιακής τηλεόρασης%

ο ακρων)μιο fGHI "f2/i=] Gi:51 Hs


23/30

επιφορτισμένη με την αν#πτυη προτ)πων κωδικοποίησης για ?ηφιακό(ίντεο και ήχο% Συγκεκριμένα, το επίσημο όνομα της ομ#δας είναι †\cx7\HRFYR j7cR tk7_I j‡ και η εργασία που έχει αναλ#(ει περιγρ#φεται ως †αν#πτυη διεθνών προτ)πων για τη συμπίεση, αποσυμπίεση, επεεργασία καικωδικοποιημένη αναπαρ#σταση κινο)μενης εικόνας, ήχου και συνδυασμο)

αυτών των δ)ο, με στόχο την ικανοποίηση των αναγκών ποικίλωνεφαρμογών‡% + ομ#δα εκίνησε τις εργασίες της το jkww και σήμερα αριθμείznm μέλη τόσο από το χώρο της (ιομηχανία όσο και από τον ακαδημαˆκόχώρο% *ρόκειται για μία ευρέος αποδεκτή ομ#δα εργασίας και τα πρωτόκολλαπου έχει μέχρι στιγμής εκδώσει χρησιμοποιο)νται ευρέος από τη (ιομηχανία%Συγκεκριμένα, μέχρι σήμερα η ομ#δα έχει εκδώσει v πρότυπαN

1. FEOT-1 ; ο πρώτο πρωτόκολλο που εκδόθηκε από την επιτροπή ήταν τοfGHIUj και εκδόθηκε το jkkt στο {ονδίνο% *ρόκειται για την πρώτη έκδοσητης ομ#δας και αφορ# την αν#πτυη προτ)πων συμπίεσης ήχου και εικόναςγια την αποθήκευση μέσων με ρυθμό μέχρι j%n fbi7!1: και ποιότητα πουαντιστοιχεί στο πρότυπο h>c% ο πρωτόκολλο είναι χωρισμένο σε πέντε μέρη%Στο πρώτο μέρος παρουσι#-ει ένα πρότυπο, το G52]54; c514;"Gc$, το οποίοεπιτρέπει το συγχρονισμό και την πολ)πλεη ρευμ#των ήχου και εικόνας% Στοδε)τερο μέρος το πρότυπο καθορί-ει έναν αλγόριθμο συμπίεσης (ίντεο σεποιότητα h>c και απόδοση j,jn fbi7! χρησιμοποιώντας των αλγόριθμοσυμπίεσης g


24/30

πρωτοκόλλων εντοπί-ονται σε t κυρίως σημεία στα n πρώτα κεφ#λαια% Στοπρώτο μέρος του, το πρωτόκολλο fGHI U t παρουσι#-ει ένα νέο πρότυποπολ)πλεης και πακετοποίησης των διαφόρων ρευμ#των ενός μέσου% οπρότυπο αυτό ονομ#-εται Y54=!


25/30

5(41&574(/1&1L.83'748;(/1&1L.83'748;*%&3

. FEOT-2 ; + τρίτη έκδοση πρωτοκόλλου από την ομ#δα fGHI ήταν τοfGHIUl% ο πρωτόκολλο αυτό έχει συνολικ# tj κεφ#λαια, διατηρώντας

(έ(αια τους τίτλους των v πρώτων ίδιους με αυτο)ς τους fGHIUt% οπρωτόκολλο αυτό παρουσι#στηκε επίσημα το jkkw και είχε ως τίτλο †Oωδικοποίηση οπτικοακουστικών αντικειμένων‡% Σε γενικές γραμμές, ηέκδοση αυτή του πρωτοκόλλου είχε ως πρωταρχικό στόχο την προσθήκη τηςδυνατότητας κωδικοποίησης μεμονωμένων αντικειμένων σε μία παρουσίασηστα ήδη υπ#ρχοντα πρωτόκολλα% Dερικές από τις επεκτ#σεις πουυποστηρί-ονται είναι η δυνατότητα διαχείρισης πολλαπλών ρευμ#των ήχου μεδιαφορετική κωδικοποίηση του καθενός και διαφορετικής χρηστικότητακαθώς και η δυνατότητα διαχείρισης zS αντικειμένων% Mπίσης προστέθηκεένας μηχανισμός διαχείρισης και προστασίας δικαιωμ#των, που προκ)πτουναπό μεμονωμένα αντικείμενα ενός αρχείου% έλος, το πρωτόκολλοπαρουσίασε και κ#ποιους νεότερους και αποδοτικότερους αλγορίθμουςσυμπίεσης ήχου και (ίντεο "XhR$% ο fGHIUl μπορεί ποια να καλ)?ειρυθμο)ς μετ#δοσης δεδομένων μέχρι j Ibi7!%

2. FEOT-] ; ο πρωτόκολλο αυτό είναι το τέταρτο πρωτόκολλο πουεκδόθηκε από την ομ#δα% + μελέτη του εκίνησε τον @πρίλιο του jkku καιακόμα (ρίσκεται υπό αν#πτυη% @ποτελείται συνολικ# από jj κεφ#λαια% οfGHI U u καθορί-ει κ#ποιες νέες δυνατότητες για τα παλιότερα πρωτόκολλαπου στόχο έχουν τον εμπλουτισμό τους με δυνατότητες αποθήκευσηςμεταπληροφοριών που περιγρ#φουν τα δεδομένα του αρχείου% α δεδομένα

αυτ# υπακο)ν σε κ#ποιο δεδομένα σχήμα και μπορο)ν να αναφέρονται σεεικόνες, σε ήχο και σε απλό κείμενο%

4. FEOT-%1 ; ο πρωτόκολλο fGHIUtj είναι το όραμα της ομ#δας για τομέλλον στον τομέα των πολυμέσων% + αν#πτυη του εκίνησε το D#ιο q|ο)νιο του tmmm% ο fGHIUtj είναι ένα ανοιχτό πρωτόκολλο που στόχο έχειτην αν#πτυη ενός πλαισίου για τον έλεγχο των δικαιωμ#των σε εφαρμογέςπολυμέσων% *οιο συγκεκριμένα το πρωτόκολλο καθορί-ει ένα πρότυπο γιαμία †'λώσσα έκφρασης δικαιωμ#των‡"ai]3! Hs


26/30

στοχε)ει να αλλ#ει κατ# πολ) τον τρόπο που αντιλαμ(ανόμαστε τιςεφαρμογές πολυμέσων%

+ ομ#δα εργασίας πέρα από τα παραπ#νω πρότυπα που παρουσι#-ουνολοκληρωμένες λ)σεις όσον αφορ# τη συμπίεση και μετ#δοση μιας

παρουσίασης, εέδωσε και κ#ποια ακόμα που ασχολο)νται με κ#ποιουποσ)νολο της διαδικασίας αυτής% Στην παραπ#νω κατηγορία ανήκει τοfGHIUX, το οποίο παρέχει ένα πλαίσιο για την ενοποίηση στοιχείων από ταδι#φορα πρότυπα συμπίεσης fGHI σε ένα πρότυπο το οποίο θα είναικατ#λληλο για κ#ποια συγκεκριμένη αλλ# ευρέος χρησιμοποιο)μενηεφαρμογή, το fGHIUe, το οποίο παρουσι#-ει ένα πλαίσιο για την αποθήκευσηfGHI ρευμ#των σε s;9 αρχεία κ%α% + ομ#δα αν#πτυης του fGHIαποτελείται τόσο από ακαδημαˆκο)ς εγνωσμένης αίας όσο και απόεκπροσώπους της (ιομηχανίας% + αν#πτυη των πρωτοκόλλων γίνεται μέσααπό ανοιχτές προσκλήσεις για προτ#σεις, οι οποίες γίνονται μόνο προς ταμέλη της ομ#δας% Dε (#ση τις προτ#σεις που γίνονται οι ομ#δες που έχουναναλ#(ει την αν#πτυη κ#ποιου προτ)που προτείνουν κ#ποιο αρχικό κείμενοτο οποίο μέσα από συ-ητήσεις και ?ηφοφορίες καταλήγει στην τελικήδημοσίευση% + αν#πτυη (έ(αια των προτ)πων του fGHI δέχεται απόπολλο)ς κριτική, καθώς είναι αρκετ# κλειστή διαδικασία και τα τελικ#πρότυπα δεν είναι ελε)θερα σε όλους τους χρήστες, αναγκ#-οντας τουςενδιαφερόμενους να να κατα(#λουν κ#ποιο ποσό στον \cx για να λ#(ουναντίγραφα των προτ)πων%


27/30

Σ+:μ* ]. @o>b ia=ram συμπίεση, Jieo*ηγήN 3


28/30

Σ+:μ* ^. Σ9ν8εση #ίνηση, (Fotion >ompensationΠηγή: %&&':(()))*&32*&66*(M';;8&(N6-$$=*II$($##@()43*%&32

1..2 - `ο π06υπο συμπίεση, c.%\2

ο πρότυπο συμπίεσης fGHIUl αποτελεί μια σουˆτα απο πρότυπα καιχαρακτηριστικ# και περιλαμ(#νει πολλ# Pκομμ#τιαP, όπου το καθέναμορφοποιεί δι#φορα στοιχεία σχετι-όμενα με τα πολυμέσα, όπως ήχο, στατική 7 κινο)μενη εικόνα και αλλ# `25;4 αρχείων% ο >%tvl7fGHIUl XhR αποτελείένα πρότυπο συμπίεσης κινο)μενης εικόνας% 8 τελικός σχεδιασμός τουπροτ)που αυτο) ολοκληρώθηκε τον D#η του tmmz% O#νει χρήση τωντελευταίων b92:pU25i1=10 ;2i2=U:2;%tvl χρησιμοποιείταιευρέως σε πληθώρα εφαρμογών όπως δίκοι e9U54E, 2=9i=1 υπηρεσίες /i012όπως E2b1, iY=1! !251, επίγειες ?ηφιακές μεταδόσεις τηλεόρασης "SheUY$, δορυφορικές μεταδόσεις τηλεόρασης "SheUc$ καλωδιακή τηλεόρασηκαθώς και σε διαδραστικές τηλεσυνδιασκέ?εις "/i012:2=`151=:i=]$%


29/30

8 αρχικός σκοπός της προσπ#θειας αν#πτυης >%tvl7XhR είναι ναδημιουργειθεί ένα πρότυπο ικανό να παρέχει καλή ποιότητα εικόνας μεσχετικ# χαμήλες απαιτήσεις ε)ρους -ώνης σε σ)γκριση με τα προ‰π#ρχονταπρότυπα "το μισό ή λιγότερο έυρος -ώνες σε σ)γκριση με το fGHIUt, >%tvz,

ή fGHIUl G45 t$, χωρίς την #υηση της πολυπλοκότητας της σχεδίασης σεσημείο όπου θα το καθιστο)σε μη πρακτικό ή υπερ(ολικ# ακ(ριμό ώστε ναυλοποιηθεί% .νας επιπρόσθετος στόχος είναι η παροχή ευελιίας ώστε ναεπιτρέπει στο πρότυπο να είναι πρακτικ# υλοποιήσιμο σε μια μεγ#λη γκ#μαεφαρμογών δικτ)ων και συστημ#των, με χρήση χαμηλο) αλλ# και υ?ηλο)πεδίου έυρους -ώνης και αν#λυσης εικόνας, μετ#δωσεων, αποθηκευτικήχρήση σε ShS ή μαγνητικ# μέσα καθώς, δίκτυα μετ#δοσης aYG7\G, και σε\Y„UY πολυμεσικ# τηελφωνικ# συστήματα% ο >%tvl αποτελεί μια στοί(απροτ)πων, όπου κ#θε μια αποτελεί τα προφιλ "%tvl7XhR ολοκληρώθηκε όπωςαναφέρμε το tmmz όπου η επιτροπή FhY τότε ανέπτυε επεκτ#σεις τουαρχικο) προτ)που γνωστές σαν επεκτ#σης υ?ηλής πιστότιτας "Wi019iE a4=]1Hs1=!i2=! WaHs$% 8ι επεκτ#σεις αυτές καθιστο)σαν δυνατή υ?ηλότερηποιότητα κατ# την κωδικοποίηση /i012 υποστηρί-οντας μεγαλ)τερηδειγματολη?ία (#θους χρώματος και υ?ηλότερη αν#λυση στην χρωματικήπληροφορία, συμπεριλαμ(#νοντας δομές διγματολη?ίας γνωστ# σαν Š„hlNtNt 4=0 Š„h lNlNl @ρκετ# επιπρόσθετα χαρακτηριστικ# εμπεριέχονται στοWi019iE a4=]1 Hs1=!i2=!


30/30

απο την κ)ρια ροή% Στην περίπτωση αυτή, υ?ηλο) επιπέδου σ)νταη και τοκαταστατικό αλουχίας των εικόνων κατασκευ#-ονται αντιστοίχα μέσα στηνδομή της ροής%

Dεγέθη συμπίεσης για τα είδη δεδομένων πολυμέσων

Σ+:μ* [. @o>b Dia=ram NaIere Zieo Coe>

Πηγή:%&&':(()))*&6*1.*;(617311(F8);281/N882(OPENLF1&1P83'748;Q78+4.&(F1&1LP83'748;LN4.%;R54L87LS-T417;;0*%&32

Documents

Κεφάλαιο 1 - Ιστορική ανασκόπηση, video codecs, image codecs.docx