Utilizzo delle Trasformate nella Codifica delle Immagini fisse, in movimento ed audio (aggiornamento 2021 Edition)

Introduzione: La tesi si basa sull'analisi delle tecnologie di codifica in un particolare metodo di compressione: la codifica mediante trasformata. Tale metodo di codifica è basato sul rimuovere la ridondanza spaziale presente in una data immagine (che sia singola o parte di un video – frame – ) trasformandola dal dominio spaziale a quello delle frequenze. Il metodo di codifica preso in esame trae vantaggio dal fatto che l'occhio umano percepisce in modo minore le alte frequenze rispetto alle basse frequenze in modo da poter tagliare dettagli meno significativi a livello di percezione visiva. Ad oggi, quasi tutti i più conosciuti ed utilizzati metodi di codifica utilizzano la DCT (Discrete Cosine Trasform) ovvero la Trasformata Discreta del Coseno, tuttavia esistono nuovi metodi di codifica che utilizzano diversi tipi di trasformata e che hanno dato vita ad approcci alternativi. Lo scopo della tesi è di analizzare nel dettaglio la nuova codifica video H.266, la codifica audio ed i vari metodi di trasformata utilizzabili, nonché comparare i risultati dei precedenti metodi di codifica ed i diversi tipi di trasformata utilizzata da ognuno di essi in modo completo e dettagliato. Come introduzione alle codifiche video, inoltre, verranno esplicati i vari metodi di codifica delle immagini fisse, con particolare importanza rivolta allo standard lossless PNG ed, infine, verranno analizzati anche i codec audio. 0) Cenni storici ed importanza della compressione video La velocità delle connessioni internet è in continuo aumento, così come i bitrate dei network e la grandezza di Hard Disk, memorie flash e media ottici. Con il prezzo delle trasmissioni e dell'archiviazione in continua diminuzione, potrebbe non essere immediatamente chiaro perché la compressione video è tanto necessaria e perché ci sono così tanti sforzi – ora come in passato – per renderla migliore. La compressione video ha due importanti benefici: il primo è che rende possibile utilizzare video digitali nelle trasmissioni e nello storage in ambienti che non sono in grado di supportare video non compressi, chiamati “raw”. Ad esempio, per quanto possa essere veloce, la fibra ottica che raggiunge le attuali abitazioni è ancora insufficiente per poter gestire video non compressi in tempo reale (anche a bassi frame rate – immagini al secondo – e basse risoluzioni). Un altro esempio è che sia i DVD che i Bluray Disk sono in grado di contenere solo pochi frame (e dunque pochi minuti) di un video raw conforme alle qualità ed ai frame rate degli standard televisivi e sarebbero dunque inutilizzabili senza un'opportuna compressione video. Il secondo beneficio offerto dalla compressione video è che permette un utilizzo più efficiente delle risorse di trasmissione e storage. Un segnale può dunque essere compresso rimuovendo la ridondanza e ci sono due metodi principali di compressione: il metodo lossless e quello lossy. Nelle compressioni lossless (prive di perdita) la ridondanza statistica è rimossa in modo che il segnale originale possa essere perfettamente ricostruito dal decoder. Sfortunatamente, al momento, i metodi di codifica lossless riescono a comprimere le immagini in modo insufficiente e, mentre per la codifica delle immagini fisse è molto utilizzata la codifica lossless, non è possibile affermare la stessa cosa per la codifica video. I più comuni metodi di compressione video infatti sono basati su compressioni lossy (con perdita), nelle quali è possibile ottenere grandi benefici in termini di compressione,