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Standard di compressione segnali digitali

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Generalità

I fotogrammi digitali e i segnali video digitali vengono normalmente compressi allo scopo di salvare spazio sui dischi rigidi e ottenerne una trasmissione più veloce. Vi sono attualmente diversi standard di compressione utilizzati nelle trasmissioni su una rete dei segnali digitali. I dati inviati da una telecamera contengono i cambiamenti nell'immagine, in modo che i dati che non sono cambiati (ad esempio lo sfondo) non vengono inviati. In questo modo si riesce ad aumentare la velocità di trasmissione dell'immagine misurata in quadri/sec (frames per second - fps).

Immagini fisse (fotogrammi) e segnali video compressi

Le immagini fisse sono semplici e facili da trasmettere. Tuttavia difficile ottenere singole immagine fisse da un segnale video compresso. Il segnale video usa infatti un numero di dati inferiore per trasmettere (o memorizzare) una sequenza e non possibile ridurre la velocità usando la compressione video.
La trasmissione dei fotogrammi singoli ovviamente pi facile in presenza di connessioni con modem o in ogni caso con una banda stretta.

Principali standard di compressione per immagini fisse (fotogrammi)Principali standard di compressione segnali video
JPEGM-JPEG (MotionJPEG)
WaveletH.261, 263 ecc.
JPEG 2000MPEG1
GIFMPEG2
 MPEG3
 MPEG4
JPEG

(Joint Photographics Expert Group)
Standard di compressione molto usato, ma esclusivamente per immagini fisse. Ogni immagine viene divisa in 8 x 8 pixels; ogni blocco viene successivamente compresso individualmente. Quando si usa un alto rapporto di compressione i blocchi 8x8 possono essere visti nell'immagine. A causa degli algoritmi di compressione, l'immagine decompressa non è la stessa immagine che stata compressa; ciò perchè questo standard stato progettato tenendo conto delle limitazioni di funzionamento dell'occhio umano. Il grado di perdita dei dettagli può essere controllato variando i parametri di compressione.  Esso può immagazzinare fino a 16 milioni di colori.

Wavelet

Le funzioni wavelet sono funzioni matematiche usate per rappresentare dati o altre funzioni. Esse analizzano il segnale a frequenze differenti con risoluzioni diverse. Standard ottimale per immagini con un numero di dati limitato con elevate discontinuità. Al contrario della compressione JPEG la compressione wavelet trasforma l'intera immagine ed è più naturale in quanto segue la forma degli oggetti. E' necessario l'uso di un software speciale trattandosi di un sistema non standardizzato.

JPEG2000

Basato sulla tecnologia Wavelet. Poco usato.

GIF 

(Graphic Interchange Format).
Formato grafico molto usato con immagini Web. Limitato a 256 colori ottimale per immagini non troppo complesse. Non consigliato per telecamere da rete in quanto il rapporto di compressione è limitato.

M-JPEG (Motion-JPEG)

Non è uno standard separato, ma piuttosto un flusso ad alta velocità di immagini JPEG che possono essere riviste dando l'impressione del movimento. Ogni quadro dell' immagine video viene memorizzato come un'immagine completa in formato JPEG. Le singole immagini non interagiscono tra di loro. Le immagini vengono poi riprodotte sequenzialmente ad un' alta velocità. Il video così ottenuto è di alta qualità, tuttavia produce files piuttosto grandi.

H.261, H.263, ecc

Sono standards approvati dall'ITU (International Telecommunications Union). Sono progettati per applicazioni di videoconferenza. Producono immagini con un alto rapporto di compressione ma di qualità bassa. Inoltre la risoluzione dell'immagine limitata (fino a 352 x 288 pixels).

MPEG 1

Produce immagini comparabili a quelle di un videoregistratore e comprende anche il segnale audio. E' stato inizialmente progettato per i laser disks, gli hard disks e i CD-ROM.  Poichè la risoluzione limitata si tende a usare l'MPEG 2. La frequenza di trasmissione varia tra 1.5Mbps e 3.5Mbps. La variante normalmente usata produce immagini di risoluzione 352x288 pixels, 30fps con velocità max di 1.86 Mbit/sec. Da questo standard derivano gli standard MP3 e VideoCD.

MPEG 2

Non deriva dall'MPEG 1, ma è uno standard diverso progettato per le immagini digitali e l'audio di alta qualità. Piuttosto usato, produce immagini video di qualità televisiva a banda larga. La frequenza di trasmissione varia tra 3.5 Mbps e 10 Mbps.  La variante normalmente usata produce immagini di risoluzione 720x576 pixels, 25fps (PAL) con velocità tipica  1-10 Mbit/sec.

MPEG 3

La variante normalmente usata produce immagini di risoluzione 352x288 pixels, 30fps con velocità max di 1.86 Mbit/sec.

MPEG 4

E' ancora relativamente poco usato, pur essendo in prospettiva lo standard del futuro.  Questo standard rappresenta un miglioramento rispetto ai precedenti standards (ad esempio può essere usato con una banda più stretta, può mischiare video con testo e grafica. Tuttavia è necessario usare un'elevata capacità di elaborazione e quindi occorre investire in computer più potenti.

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