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 ● – 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 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 Scansione interlacciata Esempio 1 – soggetto fermo Scansione interlacciata Esempio 2 – Soggetto in movimento Scansione progressiva Esempio 2 – Soggetto in movimento Scansione interlacciata/progressiva Esempio 3 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... ● ● 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 nere Pan&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 4:3 HDTV 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), 1920x1080 HDTV High Definition TeleVision 1920 × 1080P - HDTV 1024 × 768 - XGA 1280 × 720P HDTV 768 × 576 - PAL 720 × 480 - DV NTSC/VGA 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 Codec 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 codec 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 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) 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 Motion Estimation / Motion Compensation ● Una frame e la successiva molte volte si differenziano per delle traslazioni del contenuto Motion 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!
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