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Transmisión de secuencias de imágenes JPEG2000 usando actualización condicional controlada por el cliente

Transmisión de secuencias de imágenes JPEG2000 usando actualización condicional controlada por el cliente

Trabajo fin de Máster. Máster en Técnicas Informáticas Avanzadas, Universidad de Almería, 2011.

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José Juan Sánchez Hernández

September 11, 2011
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Transcript

  1. Transmisi´ on de secuencias de im´ agenes JPEG 2000 usando

    actualizaci´ on condicional controlada por el cliente Alumno: Jos´ e Juan S´ anchez Hern´ andez Director: Vicente Gonz´ alez Ruiz 1/26
  2. ´ Indice 1. Introducci´ on. 2. Motivaci´ on. 3. Propuesta.

    4. Ejemplos. 5. Conclusiones. 6. Referencias. 2/26
  3. Introducci´ on • Proyecto Helioviewer ESA/NASA. JHelioviewer y Helioviewer. •

    SDO/AIA recoge im´ agenes del sol cada 12 segundos, en 10 bandas espectrales ultravioletas diferentes, con una res- oluci´ on de 4096 × 4096 p´ ıxeles. • JPIP y JPEG2000 parecen ser la mejor soluci´ on. Este trabajo se centra en aplicaciones JPIP, como JHelioviewer. 3/26
  4. Demostraci´ on de JHelioviewer 4/26

  5. Arquitectura de JHelioviewer Servidor JHelioviewer JPEG 2000 Parser Modelo de

    cach´ e JPEG 2000 del cliente Manejador de metadatos Interfaz de usuario JHelioviewer Browser Gestor de eventos solares Gestor de capas Renderizador de im´ agenes Cach´ e local Repositorio de im´ agenes Petici´ on WOI data-bins Cat´ alogo de Metadatos Petici´ on Metadatos eventos solares Cat´ alogo de Web Service Petici´ on Datos Servidor de eventos solares 5/26
  6. El est´ andar JPEG 2000 • Altos ratios de compresi´

    on. • Muy robusto ante la presencia de errores. • Permite compresi´ on sin p´ erdidas y con p´ erdidas. • Permite acceder de forma aleatoria al code-stream. • Ofrece escalabilidad por resoluci´ on y calidad. • Permite codificaci´ on de regiones de inter´ es. • Permite al usuario seleccionar el tama˜ no del archivo com- primido. • Dispone de un formato de archivo muy sencillo y flexible. 6/26
  7. Particiones de los datos en JPEG 2000 • Hacen posible

    las diferentes formas de escalabilidad (es- pacial, en calidad y por regiones de inter´ es) ya que el code-stream puede recorrerse en diferentes ´ ordenes (pro- gresiones). components canvas image tile precinct tile-component resolutions code-block 7/26
  8. El protocolo JPIP (JPEG 2000 Interactive Protocol) • Estandariza la

    forma en que un servidor env´ ıa el code-stream de las im´ agenes a los clientes. • Una arquitectura t´ ıpica: WOI data-bins WOI data-bins Cliente status Cache imagen Browser Cliente JPIP Petici´ on WOI Descompresor cache del cliente Modelo de la Servidor JPIP Im´ agenes JPEG 2000 Servidor 8/26
  9. Motivaci´ on Las im´ agenes del sol tienen un alto

    grado de correlaci´ on tem- poral entre im´ agenes consecutivas. Podemos usar actualizaci´ on condicional (CR). • Todas las soluciones actuales necesitan conocer la secuencia previamente y procesarla en el lado del servidor. • Ninguna de las soluciones existentes es compatible con el est´ andar JPIP. • Es complicado utilizar alguna de las soluciones existentes en JHelioviewer. 9/26
  10. Propuesta I0 I1 I2 I3 IN−1 . . . Tiempo

    In es la n-´ esima imagen de la secuencia, donde 0 ≤ n < N. Par´ ametros de codificaci´ on para la secuencia de im´ agenes: • P = dimensi´ on de los precincts. • Q = n´ umero de capas de calidad. • R = n´ umero de niveles de descomposici´ on wavelet. 10/26
  11. Propuesta x/8 y/8 y/4 x/4 x/2 y/2 x y In

    = I0 n Ir n Las im´ agenes se pueden descomprimir desde el mismo code-stream con diferentes niveles de resoluci´ on espacial. In = I0 n es la imagen con el mayor nivel de resoluci´ on.. Ir n tiene una resoluci´ on de S/2r y 0 ≤ r < R + 1. 11/26
  12. Esquema de transmisi´ on controlado por el cliente 1. Sea

    q ← 1 el n´ umero de capas de calidad utilizadas en las reconstrucciones actuales. 2. Sea n ← 1 el ´ ındice de im´ agenes reconstruidas. 3. Obtenemos la siguiente capa de calidad de la imagen In−1 e inicializamos I n−1 con este valor. 4. Obtenemos solamente la siguiente capa de calidad de la imagen n a la menor resoluci´ on espacial IR n (la imagen en miniatura). 5. Calculamos el Error Cuadr´ atico Medio (MSE) entre los precincts de las im´ agenes IR n−1 y IR n , y los almacenamos en una lista L en orden descendente. 12/26
  13. Esquema de transmisi´ on controlado por el cliente 6. I

    n ← In (L) ∪ (In−1 ∩ In (L)). Copiamos de la imagen I n−1 a I n aquellos precincts que permanecen “constantes” y ac- tualizamos desde la imagen In aquellos precincts que est´ an en la lista L con una calidad q. 7. n ← n + 1. 8. Si n < N − 1, ir al paso 4. 9. q ← q + 1. 10. Si q ≤ Q, ir al paso 2. 13/26
  14. Esquema de transmisi´ on controlado por el cliente Obtenemos la

    siguiente capa de calidad de In−1 . In−1 . Imagen a la mayor resoluci´ on IR n−1 . Imagen a la menor resoluci´ on 14/26
  15. Esquema de transmisi´ on controlado por el cliente Obtenemos la

    siguiente capa de calidad de IR n . IR n−1 IR n Precincts IR n−1 Precincts IR n Precincts que permanecen constatnes Precincts que han cambiado 15/26
  16. Esquema de transmisi´ on controlado por el cliente In In−1

    I′ n Precincts que permanecen constantes Imagen reconstruida con CR Precincts que han cambiado 16/26
  17. Ejemplo 1. Secuencia SDO/AIA Without CR With CR Formada por

    140 im´ agenes (512 × 512). Par´ ametros de codificaci´ on: P = 32, Q = 8 y R = 7. Bit-rate: 580 Kilo (103) bits/segundo. Refreshing-rate: 25 frames/segundo. Video. Precincts vs sin CR Video. con CR vs sin CR 17/26
  18. Evaluaci´ on With CR Without CR 29.5 30 30.5 31

    31.5 32 0 20 40 60 80 100 120 140 PSNR [dB] Frames 18/26
  19. Ejemplo 2. Secuencia SDO/AIA Without CR With CR Formada por

    140 im´ agenes (512 × 512). Par´ ametros de codificaci´ on: P = 32, Q = 8 y R = 7. Bit-rate: 22.4 Mega (106) bits/segundo. Refreshing-rate: 25 frames/segundo. Video. Precincts vs sin CR Video. con CR vs sin CR 19/26
  20. Evaluaci´ on With CR Without CR 54 56 58 60

    62 64 66 68 0 20 40 60 80 100 120 140 PSNR [dB] Frames 20/26
  21. Ejemplo 3. Secuencia Akiyo Without CR With CR Formada por

    300 im´ agenes (352 × 288). Par´ ametros de codificaci´ on: P = 32, Q = 8 y R = 3. Bit-rate: 380 Kilo bits/segundo. Refreshing-rate: 25 frames/segundo. Video. Precincts vs sin CR Video. con CR vs sin CR 21/26
  22. Evaluaci´ on With CR Without CR 27.5 28 28.5 29

    29.5 30 30.5 31 31.5 0 50 100 150 200 250 300 PSNR [dB] Frames 22/26
  23. Ejemplo 4. Secuencia Akiyo Without CR With CR Formada por

    300 im´ agenes (352 × 288). Par´ ametros de codificaci´ on: P = 32, Q = 8 y R = 3. Bit-rate: 11 Mega bits/segundo. Refreshing-rate: 25 frames/segundo. Video. Precincts vs sin CR Video. con CR vs sin CR 23/26
  24. Evaluaci´ on With CR Without CR 55 60 65 70

    75 80 85 90 95 100 0 50 100 150 200 250 300 PSNR [dB] Frames 24/26
  25. Conclusiones • Este trabajo muestra c´ omo mejorar la visualizaci´

    on de im´ agenes JPEG 2000 haciendo uso de la t´ ecnica de CR controlada por el cliente. • El sistema propuesto es completamente compatible con el est´ andar JPIP. • Como trabajo futuro, se podr´ ıan realizar predicciones de compensaci´ on de movimiento en el lado del cliente, con la idea de mejorar las reconstrucciones con un alto grado de movimiento. 25/26
  26. Referencias • Cheung, N.-M. and Ortega, A., (2007). Flexible Video

    Decoding: A Distributed Source Coding Approach. In IEEE Workshop on Multimedia Signal Processing, pages 103 - 106. • Devaux, F.-O., Meessen, J., Parisot, C., Delaigle, J.-F., Macq, B. and Vleeschouwer C.D., (2009). Remote Interactive Browsing of Video Surveillance Content Based on JPEG 2000. IEEE Transactionf on Circuits and Systems for Video Technology, 19(8):1143 - 1157. • International Organization for Standardization, (2004). Information Technology - JPEG 2000 Image Coding System - Core Coding System. ISO/IEC 15444-1:2004. • International Organization for Standardization, (2005). Information Technology - JPEG 2000 Image Coding System - Interactivity Tools, APIs and Protocols. ISO/IEC 15444-9:2005. • Garc´ ıa Ortiz J.P., Gonz´ alez Ruiz V., Garc´ ıa I., M¨ uller D. and G. Dimitoglou, (2010). Interactive Browsing of Remote JPEG 2000 Image Sequences. In IEEE International Conference on Pattern Recognition, pages 3179 - 3182, Istambul, Turkey. IEEE press. 26/26