ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ УСТРАНЕНИЯ БЛОКИНГ-ЭФФЕКТА ПУТЕМ ВНУТРИКАДРОВОЙ ИНТЕРПОЛЯЦИИ СЕГМЕНТОВ ВИДЕОПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

Рассматриваются методы интерполяции изображений и возможность их применения в процессе сжатия видеоданных для устранения ряда артефактов, связанных как с динамическими свойствами объектов видеопоследовательности, так и с алгоритмами, используемыми в последовательности этапов кодирования. Основным недостатком существующих методов является высокая вычислительная сложность алгоритмов, неприемлемая при обработке видео. В ходе исследования предложено использование интерполяции отсчетов сигнала для устранения блокинг-эффекта на выходе блока кодирования преобразованием. Было необходимо разработать методы повышения степени сжатия и качества восстановленных видеоданных путем устранения блокинг-эффекта на границах сегментов путем внутрикадровой интерполяции сегментов видеопоследовательности. Сущностью разработанных методов является использование адаптивного рекурсивного алгоритма с адаптивным размером ядра интерполяции как с учетом градиента яркости на границах блоков и объектов видеопоследовательности, так и без него. В рамках теоретической части исследования использовались методы теории информации (RD-теории и устранения избыточности данных), методы распознавания образов и цифровой обработки сигналов, а также методы теории вероятностей. В рамках эксперимен- тального исследования проведена программная реализация алгоритмов сжатия с последующим сравнением реализованных алгоритмов с уже существующими алгоритмами. Проведено сравнение предлагаемых алгоритмов с алгоритмом простого усреднения и адаптивным алгоритмом интерполяции центрального отсчета. Показано, что разработанный алгоритм интерполяции на основе адаптивного выбора размера ядра повышает степень сжатия на 30%, а модифицированный алгоритм интерполяции на основе адаптивного выбора размера ядра – на 35% по сравнению с существующими алгоритмами интерполяции; качество восстановленной видеопоследовательности улучшается на 3% по сравнению со сжатием без интерполяции. Результаты исследования найдут широкое применение в задачах обработки видеоданных, различных кодеках сжатия видео и системах потокового вещания. 

1. Рубина И.С. Анализ методов построения траектории движущихся объектов на основе сегментации видеоданных // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. 2011. № 2 (72). С. 127–132.

2. Wang Z., Bovik A.C., Evans B.L. Blind measurement of blocking artifacts in images // IEEE International Conference on Image Processing. 2000. V. 3. P. 981–984.

3. Madhuri K., Madhuri J. Blur and ringing artifact measurement in image compression using wavelet transform // International Journal of Computer, Information Science and Engineering. 2007. V. 1. N 2. P. 57–60.

4. Feng X. Measurement of ringing artifacts in JPEG images // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 2006. V. 6076. Art. 60760A.

5. Рубина И.С., Тропченко А.Ю. Исследование алгоритмов кодирования преобразованием в задачах сжа- тия кадров видеопоследовательности // Изв. вузов. Приборостроение. 2012. Т. 55. № 10. С. 26–30

. 6. Grim J. Multimodal discrete Karhunen-Loève expansion // Kybernetika. 1986. V. 22. N 4. P. 329–339.

7. Брейсуэлл Р. Преобразование Хартли. Теория и приложения. М.: Мир, 1990. 225 с.

8. Zeng Y., Bi G., Leyman A.R. New algorithms for multidimensional discrete Hartley transform // Signal Processing. 2002. V. 82. N 8. P. 1086–1095. doi: 10.1016/S0165-1684(02)00241-4

9. Auyeung C., Kosmach J.J., Orchard M.T., Kalafatis T. Overlapped block motion compensation // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 1992. V. 1818. N 2. P. 561–572

. 10. Puri R., Ramchandran K. PRISM: a video coding architecture based on distributed compression principles // Proc. Allerton Conf. Communications, Control, and Computing. Urbana-Champaign, 2002. P. 1–10.

11. Беденьгов А.Н., Гашников М.В. Исследование эффективности адаптивных алгоритмов интерполяции для иерархической компрессии изображений // Компьютерная оптика. 2003. № 25. С. 141–145.

12. Bastani V., Helfroush M.S., Kasiri K. Image compression based on spatial redundancy removal and image inpainting // Journal of Zhejiang University – Science C. 2010. V. 11. N 2. P. 92–100. doi: 10.1631/jzus.C0910182 .С. Рубина Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2015, том 15, № 1 93

13. Ribas-Corbera J., Neuhoff D.L. Optimal block size for block-based, motion compensated video coders // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 1997. V. 3024. P. 1132–1143. doi: 10.1117/12.263193

14. Рубина И.С., Тропченко А.Ю. Исследование алгоритмов выделения опорных пикселов в задачах вы- деления сегментов кадра видеопоследовательности // Изв. вузов. Приборостроение. 2012. Т. 55. № 1. С. 9–14.

15. Al-Najjar Y.A.Y., Soong D.C. Comparison of image quality assessment: PSNR, HVS, SSIM, UIQI // International Journal of Scientific and Engineering Research. 2012. V. 3. N 8. P. 1–5.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License