Universidade da Beira Interior Departamento de Informatica´ Sebenta Multim´ediaI Autor: Manuela Pereira Ultima´ actualiza¸c~ao: 11 de Outubro de 2017 Conte´udo 1 Introdu¸c~ao 1 1.1 Multim´edia ..............................1 1.1.1 Digitaliza¸c~ao . .2 1.1.2 Compress~ao. .2 1.1.3 Sincroniza¸c~ao. .2 1.1.4 Interac¸c~ao. .2 1.2 Resumindo . .2 2 Digitalizar 5 2.1 Representa¸c~aodigital dos dados . .5 2.1.1 Som . .6 2.1.2 Imagem . .7 2.2 Processo de digitaliza¸c~ao. .8 2.2.1 Amostragem . .9 2.2.2 Quantifica¸c~ao. 10 2.2.3 Codifica¸c~ao . 14 2.3 Convers~aoanal´ogico - digital . 15 2.4 Convers~aodigital - anal´ogico . 15 2.5 Digitaliza¸c~aode texto . 16 2.6 Conclus~oes . 16 2.7 Problemas . 17 3 Representa¸c~aode Audio´ Digital 19 3.1 Pulse Code Modulation (PCM) . 19 3.2 Algoritmos de compress~aode som . 20 3.2.1 Modula¸c~oes diferenciais . 20 3.2.2 Algoritmos generalistas n~aodestrutivos . 21 3.2.3 Algoritmos destrutivos: a codifica¸c~aoPsico-ac´ustica . 21 3.2.4 MP3 . 23 3.3 Formatos de ficheiros de ´audio digital . 24 4 Cor e Codifica¸c~aoda cor 27 4.1 A luz e a cor . 27 4.2 A percep¸c~aodas cores . 28 4.3 Os modelos de cor . 30 4.3.1 Modelo RGB . 31 4.3.2 modelo CMY . 32 4.3.3 modelo CMYK . 34 iii iv CONTEUDO´ 4.3.4 Modelo HSV (Hue, Saturation, Value) . 34 4.3.5 Modelos CIE . 34 4.3.6 Modelos que separam lumin^ancia de cromin^ancia . 39 4.4 Gamma e modo R'G'B' . 41 4.5 Paletes de cor e cor indexada . 42 4.6 Conclus~oes . 46 4.7 Problemas . 46 5 Imagem Digital 47 5.1 Imagem bitmap . 47 5.1.1 Tamanho das imagens . 47 5.1.2 Resolu¸c~aoda imagem . 48 5.1.3 Qualidades e defeitos das imagens bitmap . 49 5.1.4 Formatos de imagem bitmap . 49 5.2 Imagem vectorial . 54 5.2.1 Qualidades e defeitos das imagens vectoriais . 54 5.2.2 Formatos da imagem vectorial . 55 5.2.3 SVG: o HTML do vectorial . 55 5.2.4 Meta-formatos . 56 5.3 Problemas . 57 6 Formatos de representa¸c~aosem perdas 59 6.1 Os par^ametros da compress~ao. 60 6.2 T´ecnicas de base . 60 6.2.1 Run Length Coding (RLC) . 60 6.3 Algoritmos de codifica¸c~aoestat´ıstica . 61 6.3.1 M´etodo de Huffman . 62 6.4 M´etricas . 65 6.4.1 Entropia . 65 6.4.2 Largura m´edia . 66 6.5 Algoritmos do tipo dicion´ario . 67 6.5.1 Algoritmo de codifica¸c~aoLZW . 67 6.5.2 Algoritmo de descodifica¸c~aoLZW . 71 6.6 Os m´etodos mistos: estat´ısticos e de dicion´ario . 74 6.7 Conclus~oes . 74 6.8 Problemas . 74 7 Representa¸c~aode Imagem Digital 79 7.1 Medidas de distor¸c~ao. 79 7.2 Sistema de compress~ao. 80 7.2.1 Transformada de cor . 81 7.2.2 Transformadas . 82 7.2.3 Propriedades da DCT . 83 7.2.4 DCT e quantiza¸c~ao. 87 7.2.5 Quantiza¸c~ao. 91 7.2.6 Quantiza¸c~aoescalar . 91 7.3 A norma JPEG . 92 7.3.1 Modos de opera¸c~ao. 92 7.3.2 Principais passos da compress~aoJPEG . 93 7.3.3 JPEG: Modo de codifica¸c~aoprogressivo . 94 CONTEUDO´ v 7.3.4 JPEG: Modo de codifica¸c~aosem perdas . 94 7.3.5 JPEG: Modo de codifica¸c~aohier´arquico . 95 7.3.6 Rela¸c~aoD´ebito-Qualidade . 95 7.3.7 MJPEG (Motion JPEG) . 95 8 Representa¸c~aode V´ıdeo Digital 97 8.1 V´ıdeo anal´ogico . 97 8.2 V´ıdeo digital . 99 8.2.1 Standard (ITU-R-601) . 99 8.2.2 Outros standards . 100 8.3 Norma MPEG . 101 8.3.1 Compress~aode v´ıdeo . 102 8.3.2 Especifica¸c~oesMPEG . 102 8.3.3 MPEG-1 . 103 8.3.4 MPEG-2 . 104 8.3.5 MPEG-4 . 105 8.3.6 Os formatos de ficheiro de v´ıdeo digital . 110 8.3.7 MPEG-7 . 112 8.3.8 MPEG-21 . 113 Lista de Figuras 2.1 Sinais ac´usticos com diferentes frequ^encias e a mesma amplitude.6 2.2 Sinais ac´usticos com a mesma frequ^encia e diferentes amplitudes.6 2.3 Sinais ac´usticos com frequ^encias de 4HZ (esquerda) e 14Hz (direita).7 2.4 Sinais ac´usticos. O sinal representado a azul tem duas vezes a amplitude do sinal representado a vermelho. .7 2.5 Representa¸c~aode uma imagem bitmap. .8 2.6 Representa¸c~aode diferentes intensidade por diferentes valores nu- m´ericos. ................................8 2.7 Defini¸c~aodas amostras de um sinal ac´ustico. .9 2.8 Representa¸c~aode uma imagem como uma matriz de pontos. 10 2.9 Representa¸c~aode uma imagem num gr´afico de intensidade. 10 2.10 Representa¸c~aode uma imagem em diferentes resolu¸c~oes. 11 2.11 Representa¸c~aode uma imagem em diferentes rresolu¸c~oes. 11 2.12 Representa¸c~aode uma imagem em diferentes profundidades de cor. 12 2.13 Representa¸c~aode uma imagem com 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 e 256 n´ıveis de cinzento. 13 2.14 Defini¸c~aodos intervalos de quantifica¸c~aode um sinal de ´audio. 14 2.15 Sinal a digitalizar. 15 2.16 Convers~aoanal´ogico - digital. 15 2.17 Convers~aodigital - anal´ogico. 16 3.1 Sinal original (frequ^encia = 1Hz); Frequ^encia de amostragem = 1Hz; Frequ^encia de amostragem = 1.5 Hz. 19 3.2 Curvas de resposta do ouvido humano. 22 4.1 Espectro da luz. 27 4.2 Comprimentos de onda. 28 4.3 Luz absorvida. 29 4.4 Cores prim´arias e secund´arias no modelo de cor RGB. 31 4.5 Representa¸c~aodo modelo de cor RGB. 32 4.6 Cores prim´arias e secund´arias no modelo de cor CMY. 33 4.7 Representa¸c~aodo modelo de cor CMY. 33 4.8 Representa¸c~aodo espa¸coHSV. A: Hue; B: Value; C: Saturation.. 35 4.9 Representa¸c~aodo modelo HSV. Na esquerda com varia¸c~oesno Hue. Na direita com a satura¸c~aoe o valor a variarem para um tom espec´ıfico. 35 4.10 Varia¸c~aoda satura¸c~aoe do valor para um tom vermelho espec´ıfico. 35 4.11 Modelo de cor CIE. 36 vii viii LISTA DE FIGURAS 4.12 Modelo de cor CIE mapeado nas coordenadas X e Y. 36 4.13 Esquerda: Color-matching functions observadas no standard CIE. Direita: Color matching functions do CIE 1931 RGB. Estas fun- ¸c~oess~aoa quantidade de prim´arias necess´arias para obter a cor teste sobre as prim´arias. 37 4.14 Esquerda: representa¸c~aodo modelo RGB sobre a representa¸c~ao do modelo XYZ. Direita: Representa¸c~aodas gamas de cor repre- sent´aveis por um modelo de cor RGB e por um modelo de cor CMY. ................................. 37 4.15 xyY. 38 4.16 Atlas de Albert H. Munsell. 39 4.17 Representa¸c~aodo modelo CIE LAB. 40 4.18 Cores representadas sem e com a correc¸c~aogamma.. 41 4.19 Sem correc¸c~aoGamma (esquerda); Com correc¸c~aoGamma (di- reita). ................................. 42 4.20 Imagem representada usando uma palete exacta. 43 4.21 Imagem em cor indexada. 43 4.22 Da esquerda para a direita: palete do Windows; palete do Ma- cintosh; palete do WEB; 3 Canais RGB. 44 4.23 Representa¸c~aode uma imagem em usando diferentes tipos de paletes. 44 4.24 Representa¸c~aode uma imagem em usando diferentes tipos de paletes. 45 5.1 Visualiza¸c~aoda imagem babbon em formato gif entrela¸cado. 51 5.2 Visualiza¸c~aoda imagem babbon em formato PNG entrela¸cado. 53 5.3 Imagem vectorial. 56 7.1 Esquema de compress~aodescompress~ao. 79 7.2 Sistema de compress~ao. 81 7.3 YCbCr em 4:4:4, em 4:2:2 em 4:1:1 e em 4:2:0. ..