Sıkıştırılmış sayısal görüntü ve video için hata gizleme

Abstract

ÖZET Anahtar Kelimeler : Hata Gizleme, Sayısal Görüntü İşleme, MPEG, JPEG, Hareket Vektörü, Hareket Denkleştirmesi, 2 -D Hareket, Hareket Kestirimi, Piksel Uzayında İnterpolasyon, Yönlü İnterpolasyon, Dışbükey Kümeler Üzerine İzdüşüm, Basit Zamansal Hata Gizleme, Blok Eşleştirme Yöntemine Dayalı Zamansal Hata Gizleme, Performans Değerlendirmesi Internet ve kablosuz ağ gibi iletim ortamlarının günümüzde önem kazanmasıyla birlikte video ve diğer çoklu ortam ürünlerinin kullanımına yönelik talepler de giderek artmaktadır. Ağ uygulamaları arasında en önemlilerden biriside sayısal görüntü iletimidir. Sınırlı bant genişliğine sahip bu ağ ortamları üzerinden sayısal görüntü iletimini sağlayabilmek için bir sıkıştırma algoritması kullanılmaktadır. Örneğin hareketsiz sayısal görüntüler için JPEG, hareketli sayılar görüntüler (video) içinse H.263 ve MPEG-X ailesi gibi blok tabanlı, ayrık kosinüs dönüşümünü (DCT) kullanan kodlayıcılar en yaygın olarak kullanılanlardır. Bu tip kodlayıcılar ayrık kosinüs dönüşümü, blok kuantalama, hareket denkleştirmesi ve değişken uzunlukta kodlama gibi yöntemlerin yardımıyla sayısal görüntüdeki zamansal, uzamsal ve istatistiksel fazlalıkları atarak sıkıştırma işini gerçekleştirirler. Bu sıkıştırma algoritması görüntüdeki fazlalıkları azaltırken hatalara karşı daha az toleranslı bir bit akışı oluşturur. Sıkıştırma algoritması değişken uzunlukta kodlayıcı kullanımı yüzünden iletim ortamındaki hatalara karşı çok fazla duyarlıdır. İletim sırasında tek bir bit hatası bile tüm görüntü bloğunun bozulmasına sebep olabilir. Hatta eşzamanlamanın kaybolmasına bile sebep olabilir ki bu da ardından gelen görüntü bloklarının yanlış şekilde çözülmesiyle sonuçlanır. Hata gizleme yöntemleri işte bu problemin üstesinden gelmek için kullanılır. Hata gizleme, diğer hata düzeltme yöntemleri ile geri kazanılamayan kayıp görüntü bloklarını telafi etmeye yarayan önemli bir teknolojidir. Literatürde birçok hata gizleme yöntemi bulunmaktadır. Bu tezde piksel uzayında interpolasyon, yönlü interpolasyon, dışbükey kümeler üzerine izdüşüm yöntemleri ve blok eşleştirme yöntemine dayalı zamansal hata gizleme yöntemleri sunulmuştur. İlerleyen bölümlerde bu hata gizleme yöntemleri arasında birer değerlendirme yapılıp üstünlükleri ve eksiklikleri belirtilmiştir. xıv

ERROR CONCEALMENT IN ENCODED IMAGES AND VIDEO SUMMARY Key words : Error Concealment, Digital Image Processing, MPEG, JPEG, Motion Vector, Motion Compensation, 2-D Motion, Motion Estimation, Pixel Domain Interpolation, Directional Interpolation, Projection onto Convex Sets, Simple Temporal Error Concealment, Temporal Error Concealment Baesd on Block Matching Principles, Performance Evaluation The demand for video and other multimedia data continues to expand as the Internet and wireless networks become important transmission mediums. One of the most important network applications is digital image transmission. A compression algorithm is used in order to transmit digital image bitstream in these networks, which have limited bandwidth. For instance, block-based, discrete cosine transform (DCT) codecs such as JPEG for still digital images, the H.263 and the MPEG-X families for moving digital images (digital video) are widely used. These types of encoders achieve compression through the elimination of temporal, spatial and statistical redundancies with the use of motion compensation, block quantization inside a discrete cosine transform, and variable lenght encoding. This compression, while reducing redundancies, creates a bitstream that is much less resilient to error. The compression algorithm is very sensitive to channel disturbances due to the use of variable lenght coding. Even a one bit error during transmission can cause the decoding failure of the entire image block. Bit errors can also cause loss of synchronization and thus result in erroneous decoding of the following image blocks. Error concealment (EC) methods present one way of dealing with these problems. Error concealment is an important technology to compensate for the loss of image blocks which cannot be well recovered by other error correcting methods. Many error concealment techniques have been proposed in the literature. In this thesis, we present pixel domain interpolation, directional interpolation, projection onto convex sets and temporal error concealment based on block matching principles. In the following chapters, a performance evaluation is done among these error concealment algorithms. Furthermore, advantages and deficiencies of these algorithms are discussed. xv