Artefatos comuns de compactação de vídeo a serem observados

Contente

• Macroblocking
• Alias
• Pentear / entrelaçar artefatos
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• Conclusão

Fonte: Beror / Dreamstime.com

Leve embora:

Às vezes, a compactação de vídeo pode resultar em anormalidades visuais conhecidas como artefatos, que podem ser evitadas com parâmetros definidos corretamente no pipeline de codificação.

Toda a mídia visual é compactada. O objetivo de um meio eletrônico é armazenar informações em um formato empacotável. A qualidade, a clareza e a fidelidade do vídeo digital dependem de vários fatores que geralmente ocorrem como resultado da compactação. A taxa de transmissão, tamanho do arquivo, qualidade e complexidade da fonte desempenham papéis vitais na compactação de vídeo, assim como os dispositivos de hardware usados ​​para capturar, armazenar e exibir dados de mídia audiovisual. Os artefatos de vídeo geralmente se referem a aberrações nas saídas processadas por sinal e, no vídeo digital, podem causar distração e, em casos extremos, podem destruir uma transmissão inteira. No entanto, eles existem por um motivo e a compreensão dos recursos exclusivos de diferentes artefatos ajuda os técnicos e engenheiros de vídeo a identificar pontos fracos na cadeia de codificação. Aqui estão alguns dos artefatos mais comuns no vídeo digital moderno. (Para saber mais sobre a qualidade do vídeo, consulte Twilight of the Pixels - Mudando o foco para gráficos vetoriais.)

Macroblocking

Um macrobloco é uma unidade de processamento de imagem em vários formatos de vídeo amplamente utilizados, como H.264 e MPEG-2. O processamento do Macroblock envolve equações matemáticas que captam imagens com subamostragem de cores e, através de uma série de transformações, as quantizam em dados codificados. Existe para garantir a eficiência da codificação, mas pode resultar em artefatos de vídeo conhecidos como erros de macrobloco. As características visuais dos artefatos de macrobloco são muitas vezes semelhantes às de imagens altamente pixelizadas, mas com grupos de pixels semelhantes a caixas mais claramente definidos, que se assemelham um pouco às peças de quebra-cabeça no lugar.

Normalmente, o macrobloco pode ser atribuído a qualquer um ou a todos os seguintes fatores: velocidade de transferência de dados, interrupção do sinal e desempenho do processamento de vídeo. Os serviços de streaming a cabo, satélite e Internet são especialmente vulneráveis ​​ao macrobloco, pois sua infraestrutura de transmissão multicanal geralmente exige compactação de vídeo excessiva. No entanto, é possível que os artefatos ocorram também em fluxo de sinal menos congestionado (embora não seja tão comum). E embora o macrobloco continue sendo um artefato de vídeo comum, ele está sendo gradualmente eliminado pelo HEVC (High Efficiency Video Coding), que utiliza alternativas inovadoras aos processos de macrobloco.

Alias

O aliasing descreve o processo ou efeito dos dados processados ​​do sinal reconstruídos em uma saída comprometida. Afeta principalmente segmentos de mídia espacial e temporal que incluem padrões intricados e repetitivos e geralmente pode ser atribuído a taxas de amostragem insuficientes. Se uma fonte não for amostrada na taxa adequada e ocorrer alias, isso poderá resultar em um tipo de efeito de arrastamento estranho nos padrões dentro do quadro. A aparência visual do aliasing depende da natureza da fonte, mas uma de suas manifestações mais comuns se parece com o que é comumente chamado de padrão moiré.

Para imaginar esse fenômeno, imagine duas grades idênticas empilhadas umas sobre as outras. Se alinhado corretamente, você nem perceberá que existem dois deles e não apenas um. Mas se você girar a grade superior, mesmo que um pouco, as grades não se alinham mais. Agora, as linhas e colunas desalinhadas criam distorções onde antes havia um padrão simples e uniforme, criando padrões de deslocamento que tendem a se fragmentar. Outra analogia para aliasing poderia ser raios de bicicleta em uma roda giratória. Quando filmado, e ao girar rápido o suficiente, às vezes parece que os raios estão girando na direção inversa da curva real. Isso ocorre porque a taxa de amostragem do dispositivo de captura não é amostrada com rapidez suficiente para retratar com precisão a velocidade da rotação da roda, criando um padrão visual (ou apelido) diferente em seu lugar.

Pentear / entrelaçar artefatos

Antes do desenvolvimento do vídeo progressivo moderno, o modo de varredura de vídeo de transmissão dominante era entrelaçado, ainda hoje em uso limitado. Para vídeo NTSC, isso inicialmente significava 525 linhas de vídeo digitalizadas alternadamente por quadro, a cerca de 30 quadros por segundo. Com as linhas ímpares digitalizadas primeiro e as linhas pares segundo, cada grupo (chamado de “campo”) formava metade de um quadro. Como os campos se entrelaçam, cada campo tem uma aparência de pente. E quando o tempo ou o padrão da digitalização de campo é interrompido (geralmente por meio da conversão da taxa de quadros), os artefatos de pentear aparecem na imagem que podem ser muito sutis ou muito perturbadores.

Os dois formatos de destaque no início da história da tecnologia cinematográfica eram o cinema e o vídeo - ambos com taxas de quadros padrão que diferiam entre si. Como mencionado acima, 30 quadros por segundo costumavam ser mais ou menos o padrão para vídeo e televisão (nas regiões que suportavam vídeo NTSC) enquanto o filme era geralmente filmado e projetado a 24 quadros por segundo. Isso causou uma discrepância quanto ao que seria feito com a diferença de seis quadros quando um formato foi transferido para o outro (um processo conhecido como "telecine" ou "telecine inverso"). Para lidar com isso, ajustes complexos de tempo (chamados "padrões de pulldown") foram padronizados para ajustar as taxas de quadros com a menor perda de qualidade possível. (Para obter mais informações sobre taxas de quadros, consulte Tecnologia de vídeo: Mudando o foco de alta resolução para alta taxa de quadros.)

Esses padrões ignoram ou repetem os campos para compensar a diferença de frequência entre a mídia de entrada e saída, o que naturalmente resulta em artefatos semelhantes a pentes dos quadros parciais ou campos residuais. Esses artefatos são mais perceptíveis em partes do quadro que retratam movimento e geralmente se parecem com linhas horizontais seguindo qualquer movimento. Existem filtros de remoção de pente que podem remediar artefatos entrelaçados até um certo ponto.

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Conclusão

A ciência da compactação de vídeo evolui todos os dias e está se tornando cada vez mais eficiente. Mas enquanto houver uma gama diversificada de codecs, esquemas de compactação e formatos de vídeo, também haverá artefatos que ocorrerão na conversão entre eles. A nova tecnologia de vídeo gerará novas formas de perda de qualidade nos processos de transcodificação, bem como novas soluções para resolvê-los.