Parte Introduttiva Video Digitali

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Norberto Raimondi
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1 Parte Introduttiva Video Digitali Giuseppe Pignatello

2 Eadweard Muybridge L'uomo che fermò il tempo ( ) 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

3 Eadweard Muybridge - II

4 Eadweard Muybridge - III

5 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

6 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)

Video Analogico Immagine ricostruita mediante segnali elettrici

7 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

8 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

9 Caratteristiche Caratteristiche principali del video digitale: Risoluzione video Frequenza delle immagini Numero di immagini visualizzate per unità di tempo Tipo di scansione delle immagini Coincide con la risoluzione dell'immagine Metodi di visualizzazione delle immagini nello schermo Rapporto d'aspetto Proporzione tra larghezza e altezza dell'immagine

10 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 artefatti

11 Scansione interlacciata Esempio 1 soggetto fermo

12 Scansione interlacciata Esempio 2 Soggetto in movimento

13 Scansione progressiva Esempio 2 Soggetto in movimento

14 Scansione interlacciata/progressiva Esempio 3

15 Aspect 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...

16 Utilizzato fin dalle origini della televisione È quello che si avvicina alla visione umana 155 h per 120 v (rapporto 4:3,075)

17 Widescreen Usato nel cinema e nella televisione Proporzioni panoramiche

18 LetterBox Permette di vedere il 16:9 su schermi 4:3 Immagine scalata con aggiunta di 2 bande nere

19 Pan&Scan Permette di vedere il 16:9 su schermi 4:3 Immagine ritagliata ai lati

20 PAL Phase Alternating Line Standard in Europa, Asia, Australia Scansione interlacciata 25 fotogrammi al secondo Dimensione 720 (colonne) x 576 (righe) Aspect Ratio 4:3

21 HDTV High Definition TeleVision High Definition TeleVision Aspect ratio 16:9 4 formati: Half resolution HDTV, 960x540 pixel HD ready (720p), 1280x i, 1920x1080 interlacciato Full HD (1080p), 1920x1080

22 HDTV High Definition TeleVision P - HDTV XGA P HDTV PAL DV NTSC/VGA

23 Futuro 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 circa

24 Codec video Encoder/Decoder Un'immagine di un video non compressa occupa una dimensione di circa 1MB. Con un framerate di 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 codec

25 Compressione 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 umano

26 Motion 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)

27 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 fotogrammi

28 Motion Estimation / Motion Compensation Una frame e la successiva molte volte si differenziano per delle traslazioni del contenuto

29 Motion Estimation / Motion Compensation Sfruttare queste differenze per stimare gli spostamenti (Motion Vectors) tra 2 frame con la minima differenza (Motion Compensation)

30 Block Matching Frame suddivisa in macroblocchi 16x16 pixels Si cerca il best match con la frame successiva calcolando il SAD (Sum of absolute differences)

31 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!

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