View
10
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Pengolahan Multimedia & Lab By : Muhtadin Pengolahan Multimedia & Lab By : Muhtadin
Kompresi Citra dan Video
Muhtadin, ST. MT.
Pengolahan Multimedia & Lab By : Muhtadin
• Motivasi
• Redundancy & Irrelevancy
• Spatial Processing
– JPEG
• Temporal Processing
– Frame differencing
– Motion Estimation dan Motion Compensation Prediction
– Arsitektur Dasar Kompresi Video
• Scalable Video Coding
• Standar Kompresi
2
Outline
Pengolahan Multimedia & Lab By : Muhtadin
Kompresi Video : Motivasi
• Permasalahan :
– Video dalam bentuk raw memerlukan data dalam jumlah yang sangat besar
– Kemampuan media komunikasi dan media penyimpanan terbatas dan mahal
• Contoh kasus HDTV :
– 1280 x 720 pixel / frame, progresive scan, 60 frame / s :
– Channel HDTV hanya memiliki bandwidth 20 Mb/s
Memerlukan kompresi dengan faktor 70 (ekuivalen dengan 0.35 bit/pixel).
3
1280 × 720 𝑝𝑖𝑥𝑒𝑙
𝑓𝑟𝑎𝑚𝑒
60 𝑓𝑟𝑎𝑚𝑒
𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
3 𝑤𝑎𝑟𝑛𝑎
𝑝𝑖𝑥𝑒𝑙
8 𝑏𝑖𝑡
𝑤𝑎𝑟𝑛𝑎= 1.3 𝐺𝑏/𝑠
Pengolahan Multimedia & Lab By : Muhtadin
Perbandingan Bandwidth Hasil Kompresi
Application Data Rate Uncompressed Compressed
Video Conference 352 x 240 @ 15 fps
30.4 Mbps
64 - 768 kbps
CD-ROM Digital Video 352 x 240 @ 30 fps
60.8 Mbps
1.5 - 4 Mbps
Broadcast Video 720 x 480 @ 30 fps
248.8 Mbps
3 - 8 Mbps
HDTV 1280 x 720 @ 60 fps
1.33 Gbps
20 Mbps
4
Pengolahan Multimedia & Lab By : Muhtadin
Cara Kompresi
• Mengurangi redundancy dan irrelevancy
• Redundancy berasal dari :
– Temporal : Frame yang berdekatan mempunyai korelasi yang tinggi
– Spatial : Pixel yang berdekatan biasanya saling berkorelasi
– Color space : RGB
Relatif lebih mudah untuk dilakukan
• Irrelevancy
– Informasi yang tidak penting secara perceptual
Sulit untuk dimodelkan dan dilakukan
6
Pengolahan Multimedia & Lab By : Muhtadin
Redundancy
• Bagaimana sebuah video dapat dikompresi?
– Video memliki banyak redundancy spatial dan temporal
• Redundancy Spatial : Pixel yang berdekatan mempunyai kemiripan
• Temporal redundancy : Frame yang berdekatan biasanya memiliki banyak kemiripan
Kompresi dilakukan dengan cara menangani redundancy spatial dan temporal yang dimiliki video
7
Pengolahan Multimedia & Lab By : Muhtadin
Sistem Kompresi secara Umum
• Sistem kompresi terdiri dari 3 blok utama:
– Representation
• Menghimpun informasi penting kedalam beberapa paramater
– Quantization
• Men-diskritkan parameter
– Binary encoding
• Mengolah statistik yang non-uniform dari parameter yang sudah ter-kuantisasi
• Membuat bitstream untuk ditransmisikan
8
Representation Quantization Binary Encoding Sinyal Asli
Bitstream ter-kompres
Pengolahan Multimedia & Lab By : Muhtadin
Sistem Kompresi secara Umum (lanjutan)
• Lossy vs Lossless
– Representation: Biasanya lossless
– Quantization: Biasanya lossy
– Binary Encoding: Biasanya lossless
• Karena distorsi hanya ada pada quantization, memudahkan desain sistem
9
Representation Quantization Binary Encoding Sinyal Asli
Bitstream ter-kompres
Pengolahan Multimedia & Lab By : Muhtadin
Sistem Kompresi secara Umum (lanjutan)
• Decoder melakukan proses yang berkebalikan dengan encoder
10
Representation Quantization Binary Encoding Sinyal Asli
Bitstream ter-kompres
Representation Invers
Quantization Binary Decoding
Channel Sinyal Hasil Rekonstruksi
Encoder
Decoder
Pengolahan Multimedia & Lab By : Muhtadin
Sekilas tentang Image Compression
• Proses coding sebuah image (single frame):
– Konversi color space dari RGB to YUV
– Melakukan partisi image dengan blok 8x8 pixel
– 2-D DCT untuk masing-masing blok
– Quantisasi masing-masing koefisien DCT
– Runlength dan Huffman code untuk koefisien DCT yang sudah ter-kuantisasi
Standar basic dari kompresi JPEG
JPEG-2000 menggunakan transformasi wavelet dan arithmatic coding
11
RGB to YUV
Blok DCT
Quantisasi Gambar Asli
Image ter-kompres Runlength &
Huffman Coding
Pengolahan Multimedia & Lab By : Muhtadin
JPEG Encoding
12
Zig-zag Quantize
Run-length Code
Huffman Code
011010001011101...
Sampling
Pengolahan Multimedia & Lab By : Muhtadin
JPEG Encoding
13
139 144 149 153
144 151 153 156
150 155 160 163
159 161 162 160
original image
DCT
1260 -1 -12 -5
-23 -17 -6 -3
-11 -9 -2 2
-7 -2 0 1
DC component
AC components
Quantize
79 0 -1 0
-2 -1 0 0
-1 -1 0 0
0 0 0 0
zigzag 79 0 -2 -1 -1 -1 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 0
run-length code
0 79
1 -2
0 -1
0 -1
0 -1
2 -1
0 0
Huffman code 10011011100011...
Pengolahan Multimedia & Lab By : Muhtadin
Hasil dari Encoding & Decoding
14
139 144 149 153
144 151 153 156
150 155 160 163
159 161 162 160
144 146 149 152
156 150 152 154
155 156 157 158
160 161 161 162
original block reconstructed block
-5 -2 0 1
-4 1 1 2
-5 -1 3 5
-1 0 1 -2
errors
Pengolahan Multimedia & Lab By : Muhtadin
Contoh
15
Uncompressed (262 KB)
Compressed (50) (22 KB, 12:1)
Compressed (1) (6 KB, 43:1)
Pengolahan Multimedia & Lab By : Muhtadin
Kompresi Video
• Video : serangkaian frame (image) yang memiliki relasi antar frame
• Relasi tersebut ada sepanjang dimensi temporal
– Menyebabkan adanya temporal redundancy
• Merupakan kompresi tambahan disamping kompresi image
– Temporal redundancy
Video coder harus menangani permasalahan temporal redundancy ini
16
Pengolahan Multimedia & Lab By : Muhtadin
Standar Kompresi Video
17
STANDARD APPLICATION BIT RATE
JPEG Continuous-tone still-image compression
Variable
H.261 Video telephony and teleconferencing over ISDN
p x 64 kb/s
MPEG-1 Video on digital storage media (CD-ROM)
1.5 Mb/s
MPEG-2 Digital Television > 2 Mb/s
H.263 Video telephony over PSTN < 33.6 kb/s
MPEG-4
Object-based coding, synthetic content, interactivity
Variable
H.264 From Low bitrate coding to HD encoding, HD-DVD, Surveillance, Video conferencing.
Variable
Recommended