VVideo ideo DDigitali - Parte Introduttiva - Dmi
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Parte Introduttiva
01 01
Video Digitali
Giuseppe Pignatello
Eadweard Muybridge
L'uomo che fermò il tempo (1830-1904)
● Pioniere della fotografia in movimento
● Risolse il dubbio fattogli da Leland Stanford:
“C'è un momento durante il trotto o il galoppo di un cavallo in cui tutte e
quattro le zampe non posano a terra?”
● La risposta è “Si”.
● Esperimento: “Sallie Gardner al Galoppo”
● 12 camere coordinate e messe in fila per scattare il cavallo
Eadweard Muybridge - II
Eadweard Muybridge - III
Video Digitale
Segnale discreto
● Segnale video che utilizza una
rappresentazione digitale e non analogica
● Campionamento temporale della scena
● Ad ogni istante la scena viene “fotografata”
Video Digitale
Sequenza Video
● Successione di immagini (frames) ad una
certa cadenza.
● Fluidità del video caratterizzata dal valore
del frame rate/FPS (20-25 fps)
Fotogramma
● Si distinguono 3 famiglie di Frame:
1. Cinema
● Immagine impressa su una pellicola cinematografica
2. Video Analogico
● Immagine ricostruita mediante segnali elettrici
● Standard PAL, NTSC
3. Video Digitale
● Immagine impressa su una pellicola fotografica
Vantaggi del Video Digitale
✔ Ottenere copie identiche all'originale senza
alcun degrado della qualità
✔ Trasmissione facile e senza errori
✔ Possibilità illimitate di manipolazione, con
operazioni di montaggio video e
realizzazione di effetti speciali
Caratteristiche
● Caratteristiche principali del video digitale:
– Risoluzione video
● Coincide con la risoluzione dell'immagine
– Frequenza delle immagini
● Numero di immagini visualizzate per unità di tempo
– Tipo di scansione delle immagini
● Metodi di visualizzazione delle immagini nello schermo
– Rapporto d'aspetto
● Proporzione tra larghezza e altezza dell'immagine
Scansione interlacciata
● L'immagine divisa in 2 semiquadri:
– Uno per le linee dispari
– Uno per le linee pari
● Vengono trasmessi in modo alternato (ogni
1/50 di secondo in PAL)
● Vantaggi/Svantaggi:
– Risparmio della larghezza di banda
– Creazione di artefattiScansione interlacciata
Esempio 1 – soggetto fermoScansione interlacciata Esempio 2 – Soggetto in movimento
Scansione progressiva Esempio 2 – Soggetto in movimento
Scansione
interlacciata/progressiva
Esempio 3Aspect Ratio
● Rapporto larghezza/altezza dell'immagine
● Indicato in diversi modi:
– Frazione “x:y” o “x/y”
– Risultato “1,3”
– In proporzione all'unità “1,3:1”
● Rapporti differenti in base al campo di
utilizzo: cinema, televisione, fotografia...● Utilizzato fin dalle origini della televisione
● È quello che si avvicina alla visione umana
155°h per 120°v (rapporto 4:3,075)Widescreen ● Usato nel cinema e nella televisione ● Proporzioni panoramiche
LetterBox
● Permette di vedere il 16:9 su schermi 4:3
● Immagine scalata con aggiunta di 2 bande
nerePan&Scan ● Permette di vedere il 16:9 su schermi 4:3 ● Immagine ritagliata ai lati
PAL
Phase Alternating Line
● Standard in Europa, Asia, Australia
● Scansione interlacciata
● 25 fotogrammi al secondo
● Dimensione 720 (colonne) x 576 (righe)
● Aspect Ratio 4:3HDTV
High Definition TeleVision
● High Definition TeleVision
● Aspect ratio 16:9
● 4 formati:
– Half resolution HDTV, 960x540 pixel
– HD ready (720p), 1280x720
– 1080i, 1920x1080 interlacciato
– Full HD (1080p), 1920x1080HDTV
High Definition TeleVision
1920 × 1080P - HDTV
1024 × 768 - XGA
1280 × 720P
HDTV
768 × 576 - PAL
720 × 480 - DV NTSC/VGAFuturo
● Super High Definition (SHD), detto 4K
– Risoluzione 4520x2540 pixel (4 volte un FullHD)
– Nel mercato nei prossimi anni
– Presente qualche video su YouTube
● Ultra High Definition TeleVision (UHDTV)
– Risoluzione 7680x4320 pixel (16x un FullHD)
– Nel 2018 circaCodec video
Encoder/Decoder
● Un'immagine di un video non compressa
occupa una dimensione di circa 1MB.
● Con un framerate di 25-30 fps si produce
un flusso di dati di circa 30 MB/s, ossia più
di 1.5 GB al minuto
● Servono algoritmi che riducano il flusso di
dati comprimendo/decomprimendo i dati.
● L'insieme di questi algoritmi viene chiamato
codecCompressione video
● Come è possibile comprimere un video?
● Si usano tecniche che sfruttano alcune
caratteristiche intrinseche del video stesso,
in combinazione con le caratteristiche del
sistema visivo umano:
– la ridondanza spaziale e la ridondanza
temporale (codifica intraframe e interframe)
– le caratteristiche del sistema visivo umanoMotion JPEG
codifica lossy e intraframe
● Ogni singolo fotogramma viene compresso in
formato JPEG
● Vantaggi:
– La compressione non dipende dal movimento
presente nell'immagine
– La perdita di un fotogramma non compromette
l'intero filmato
– Ampia compatibilità e facile implementazione
dovuto all'algoritmo JPEG
– Royalty free (lo è il JPEG)Motion JPEG
codifica lossy e intraframe
● Svantaggi:
– Non esistono specifiche standard e universali
– Non sfrutta la ridondanza temporale tra una
frame e la successiva
– JPEG inefficiente confrontato con gli standard
di compressione MPEG-4 e H.264
● Applicazione nel videoritocco e montaggio
video dovuto all'assenza di legami tra
fotogrammiMotion Estimation / Motion
Compensation
● Una frame e la successiva molte volte si
differenziano per delle traslazioni del
contenutoMotion Estimation / Motion
Compensation
● Sfruttare queste differenze per stimare gli
spostamenti (Motion Vectors) tra 2 frame con
la minima differenza (Motion Compensation)Block Matching
● Frame suddivisa in macroblocchi 16x16 pixels
● Si cerca il best match con la frame successiva
calcolando il SAD (Sum of absolute differences)Block Matching - II
● Una volta trovato si presentano 3 casi:
– Close match (blocchi uguali): macroblocco
sostituito col vettore di spostamento
– Best match (blocchi quasi uguali):
macroblocco sostituito col vettore di
spostamento più la differenza di errore
– Blocchi diversi: codificato normalmente
● I primi 2 risparmiano spazio!Puoi anche leggere
