Fuzzy assessment of blocking artifacts in MC/DCT video coding

Abstract

AB3:Nykyisten H.263- ja MPEG-standardien määrittelemä videokoodausmenetelmä hyödyntää liikekompensoitua ennustekoodausta ja diskreettiä kosinimuunnosta tarpeettoman aika- ja paikkatason informaation poistamiseen. Lisäksi käytetään entropiakoodausta, jossa koodin pituus riippuu lähdeinformaation esiintymistodennäköisyydestä. Käytetyt koodausmenetelmät mahdollistavat kohtuulaatuisen videokuvan lähettämisen melko matalilla siirtonopeuksilla. -Erittäin matalilla siirtonopeuksilla kuvassa esiintyy koodausvirheitä, jotka heikentävät kuvan laatua huomattavasti. Tyypillinen virhe on kuvan lohkoutuminen, joka johtuu kuva-alueiden toisistaan riippumattomasta koodauksesta. Lohkoutuminen näkyy terävinä reunoina ja on häiritsevää erityisesti tasaisilla kuva-alueilla, joilla ihmisen näköjärjestelmä on herkkä häiriöille. -Koska kuvan laatu on subjektiivinen käsite, koodausvirheiden arvioinnissa yleisesti käytetyt kvantitatiiviset mitat eivät kerro häiriöiden merkittävyyttä katsojan kannalta. Tämän vuoksi arvioinnissa on otettava huomioon muitakin tekijöitä, kuten näköjärjestelmän herkkyys ja kuva-alueiden keskinäinen tärkeys. -Tässä diplomityössä on kehitetty järjestelmä, joka arvioi lohkoutumishäiriön merkittävyyttä edellämainittujen subjektiivisten kriteerien perusteella. Arvio muodostetaan sumean päättelyn avulla kvantitatiivisista piirteistä, jotka saadaan yksinkertaisilla laskentamenetelmillä. Työn tarkoituksena onkin ollut kehittää laskennallisesti kevyt järjestelmä, joka voidaan toteuttaa reaaliaikaisena. -Työn luonteesta johtuen kvantitatiivisten tulosten esittäminen on hankalaa. Siksi järjestelmän toimintaa on arvioitu subjektiivisesti ja kvalitatiivisesti. Tulokset sisältävät esimerkkejä järjestelmän toiminnasta, sekä työn aikana syntyneitä havaintoja ja päätelmiä.

The video coding method defined by the present H.263 and MPEG standards utilizes motion compensated predictive coding and Discrete Cosine Transform to reduce the redundant spatial and temporal information in digital video sequences. The actual compressed video signal is produced with entropy coding, which takes into account the probability distribution of the source information. The used methods facilitate transferring of video sequences with feasible image quality at moderately low bit-rates. -At very low bit-rates video coding artifacts become-visible, and image quality decreases considerably. A typical impairment is blocking artifact, which is produced by independent coding of adjacent image blocks. As a result, the adjacent image blocks have unlike luminance levels. The artifact is particularly visible in smooth image areas, where the human visual system is sensitive to impairments. -Since the notion of image quality is subjective, the usually used quantitative distortion measures do not well express the impairments significance for human observer. Therefore, other factors like sensitivity of the human visual system and importance of image areas have to be taken into account. -In this thesis, a system for subjective assessment of blocking artifacts using above mentioned criteria is developed. The assessment is obtained by using fuzzy reasoning, and it is based on quantitative features, which are computed from the image with simple algorithms. The aim of this thesis has been to develop a system which is computationally feasible for real-time implementation. -Due the nature of this work, quantitative results are difficult to obtain. Therefore, operation of the system is evaluated subjectively, and the presentation is qualitative. The results contain illustrative examples of system's performance, and observations and conclusions which came out during the work.