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MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo L. Marca Uilian L. Souza Prof. Orientador: Marcus Vinícius.

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1 MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo L. Marca Uilian L. Souza Prof. Orientador: Marcus Vinícius Lamar Curitiba, 25 de Março de 2004

2 Conteúdo TV Digital Compressão de Vídeo MPEG-2 MPEG-4 Análise Experimental Conclusões MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

3 TV Digital Padrões existentes: Americano (ATSC) Europeu (DVB) Japonês (ISDB) Suportam SDTV ou HDTV Utilizam a norma MPEG-2 como padrão de compressão MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

4 Necessidade de Compressão Sinal de SDTV: Resolução 720x576 pixels Mais de pixels por quadro 30 quadros por segundo 24 bits por pixel Aproximadamente 300 Mbps Em um canal de TV (6 MHz) 20 Mbps MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

5 Padrão MPEG-2 Moving Picture Experts Group Utilizado atualmente nas aplicações de TV digital, DVD, Video sob Demanda. Objetivos: Vídeos com alta qualidade Taxas de até 20 Mbps Compatibilidade com sistemas de vídeo entrelaçado Possibilidade de acesso randômico MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

6 MPEG-2 Técnicas de Compressão: Elimina redundâncias espacial e temporal Transformada Discreta de Cosseno – DCT Predição com compensação de movimentos MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

7 Técnica de Compensação de Movimentos -= Utilizando a compensação de movimentos MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

8 Transformada Discreta de Cossenos - DCT MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

9 Tipos de Quadros Utilizados Quadros Tipo I (intra-codificados): São codificados através da DCT; Não são relacionados a outros quadros; Possibilitam acesso randômico; Maior qualidade Menor taxa de compressão MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

10 Tipos de Quadros Utilizados Quadros Tipo P (preditivo): Diferença entre quadro atual e anterior (DPCM); Pode ser originado de quadro tipo I ou P; Técnica de compensação de movimentos; DCT Qualidade mais baixa Taxa de compressão mais alta MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

11 Tipos de Quadros Utilizados Quadros Tipo B (preditivo bidirecional): Diferença entre quadro atual, anterior e posterior (DPCM); Pode ser originado de um quadro tipo I ou P; Técnica de compensação de movimentos; DCT; Menor qualidade; Maior taxa de compressão. MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

12 Exemplo de um grupo de imagens MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

13 MPEG-2 MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

14 MPEG-4 Aplicações em: TV Digital, Imagens Interativas e Internet. Codificadores especializados em compressão de áudio, vídeo, texto e objetos sintéticos. Melhor precisão na estimação de movimentos e aplicação de filtros espacial e temporal para eliminação de ruídos. MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

15 MPEG-4 Características: Representação de objetos de vídeo independentes. Interatividade: o Mudar a posição geométrica dos objetos. o Modificar atributos dos objetos. o Remover, adicionar ou trocar objetos. Acesso randômico eficiente Processo dinâmico e reversível MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

16 MPEG-4 MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

17 MPEG-4 MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

18 Análise Experimental Seqüências de teste Conversão YUV para RGB Compressão e descompressão de cada seqüência Comparação Análise dos resultados MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

19 Parâmetros de Análise Erro Médio Quadrático Relação Sinal-Ruído de Pico (dB) Taxa de bits: MPEG-4: até 4000 kbps MPEG-2: até 2500 kbps – limitação do codec Taxa de Compressão MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

20 Seqüências de teste Formato CIF: 352 x 288 pixels 30 quadros por segundo Formato 4:2:0 Taxa necessária para transmissão sem codificação: 37Mbps Arquivos YUV: MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

21 Conversão YUV para RGB Utilização de Software Matlab Expandir Matrizes U e V (176x144) para 352x288 pixels. Conversão dos bits: MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

22 Escolha dos Codecs Codec MPEG-2 AVS Video Converter 2.4 Codecs MPEG-4 DivX Microsoft MPEG-4 Video Codec V2 MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

23 Foreman AVS Video Converter 2.4 – MPEG2 500kbps DivX – MPEG4 500kbps MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

24 Resultados MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

25 Resultados MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

26 Resultados EMQ do MPEG-2 superior ao do MPEG-4 Vídeo MPEG-4 com qualidade superior ao MPEG-2 (PSNR do MPEG-2 é menor) Nas taxas entre 1000kbps e 2500kbps, a taxa de compressão do MPEG-2 é maior MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

27 Stefan AVS Video Converter kbps AVS Video Converter kbps MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

28 Resultados MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

29 Resultados MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

30 Resultados Resultados semelhantes ao do vídeo Foreman MPEG-4 superior ao MPEG-2 Maior EMQ ocorre entre os quadros 180 e 200, onde há maior movimentação MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

31 Football DivX – MPEG kbps MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

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33 Resultados MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

34 Resultados DivX continua apresentando os melhores resultados (PSNR de 40dB) MPEG-2 apresenta uma taxa de compressão maior entre 600 e 2500kbps Grande movimentação nos primeiros quadros aumenta o EMQ MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

35 Akiyo DivX – MPEG kbps MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

36 Resultados MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

37 Resultados MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza Akiyo – Taxa de Compressão KBPS Taxa de Compressão MPEG4 - DivX MPEG4 - MS Video Codec V2 MPEG2 - AVS Video Converter 2.4

38 Resultados Resultados semelhantes aos anteriores Codec Microsoft atinge o limite de qualidade em 1000kbps. Apesar de aumentarmos a taxa de bits a taxa de compressão não se altera Codecs MPEG-4 apresentaram uma taxa de compressão menor ao MPEG-2 em todas as simulações MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

39 Média das Simulações MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

40 Resultados Finais DivX apresentou o melhor desempenho MPEG-2 apresentou erros muito maiores Diferença de qualidade entre os dois padrões é ainda mais clara em seqüência com bastante movimentação MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

41 Resultados Finais Em um vídeo com pouca movimentação todos os codecs apresentaram ótimos resultados: CODEC (utilizando o vídeo Akiyo) PSNR média (2500kbps) DivX43,07 MS V240,15 AVS38,90 MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

42 Resultados Finais Cenas com pouco movimento geram erros menores É possível minimizar os erros aumentando a taxa de bits No vídeo Stefan, onde há bastante movimentação, os codecs MPEG-4 ficaram com 9dB acima do MPEG-2 DivX apresenta limitação em torno de 2500kbps. Abaixo de 500kbps os arquivos em MPEG-4 apresentam-se menores do que com o MPEG-2 MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

43 Conclusão Fatores fundamentais para a análise de uma compressão: Taxa de transmissão Fidelidade com o vídeo original Complexidade do algoritmo MPEG-4 melhor desempenho e maior possibilidade para novos serviços. MPEG-4 x MPEG-2 na Implantação do Sistema Brasileiro de TV Digital Miguel B. C. Rasia Rodrigo. L. Marca Uilian L. Souza

44 FIM


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