Evaluation of the color image and video processing chain and visual quality management for consumer systems

With the advent of novel digital display technologies, color processing is increasingly becoming a key aspect in consumer video applications. Today’s state-of-the-art displays require sophisticated color and image reproduction techniques in order to achieve larger screen size, higher luminance and higher resolution than ever before. However, from color science perspective, there are clearly opportunities for improvement in the color reproduction capabilities of various emerging and conventional display technologies. This research seeks to identify potential areas for improvement in color processing in a video processing chain. As part of this research, various processes involved in a typical video processing chain in consumer video applications were reviewed. Several published color and contrast enhancement algorithms were evaluated, and a novel algorithm was developed to enhance color and contrast in images and videos in an effective and coordinated manner. Further, a psychophysical technique was developed and implemented for performing visual evaluation of color image and consumer video quality. Based on the performance analysis and visual experiments involving various algorithms, guidelines were proposed for the development of an effective color and contrast enhancement method for images and video applications. It is hoped that the knowledge gained from this research will help build a better understanding of color processing and color quality management methods in consumer video

Active and passive approaches for image authentication

Ph.DDOCTOR OF PHILOSOPH

Estudio de la medida de la calidad perceptual de video

En el presente trabajo se realiza un estudio del estado del arte, en el ámbito de la medida objetiva de la calidad perceptual de video. El video digital, distribuido a través de redes de comunicaciones, sufre varios tipos de distorsión durante el proceso de adquisición, compresión, procesamiento, transmisión y reproducción. Por ejemplo, las técnicas utilizadas habitualmente en la codificación digital de video introducen pérdida de información, para reducir el ancho de banda necesario para su transmisión, lo que genera distorsiones. Por otro lado, las redes de paquetes sobre las que se transporta el video (por ejemplo Internet, aunque también redes de área local LAN, las redes extendidas WAN y las redes inalámbricas), pueden introducir distorsiones adicionales, debido a las demoras, los errores y las pérdidas de paquetes, entre otros factores. La medida objetiva de la calidad perceptual de video es necesaria para diversos tipos de aplicaciones, algunas de las cuales se describen a continuación. Nota : Es el trabajo final para el Diploma de Estudios Avanzados (DEA) en Ingeniería Telemática, de la Universidad de Vigo, Españ

Estudio de la variación de QoE en Televisión IP cuando varían los parámetros de QoS

Este trabajo presenta diferentes aportaciones. Primero se describe el proceso de codificación de vídeo y cuáles son sus principales degradaciones. Se define la Calidad de Vídeo y los métodos que se emplean para evaluarla, es decir, la Calidad de Servicio (QoS) y la Calidad de Experiencia (QoE), así como los parámetros que les afectan y sirven para estimarlas. Se crea una topología compuesta por equipos y dispositivos de red, que fueron configurados apropiadamente para realizar pruebas en un entorno controlado. Además se instala y configura todo el software necesario para la realización de dichas pruebas. Se genera un vídeo de referencia que ha sido transmitido en cinco casos de estudio, con características diferentes, para observar el resultado en su recepción. Del estudio de los parámetros de red, se deduce que el principal problema que afecta a la correcta recepción es la limitación en el ancho de banda disponible. La calidad de los vídeos recibidos fue evaluada mediante la escala Medium Opinion Score (MOS). Por último, se propone un sistema que incluye un protocolo de comunicación y un algoritmo de funcionamiento, para la mejora de la QoE de los clientes que se conectan a un operador que proporciona servicio de IPTV.This dissertation presents several contributions. First, it is described the video encoding process and what are its main degradations. We have defined the Video Quality and the methods used to evaluate it, that is, the Quality of Service (QoS) and the Quality of Experience (QoE) with the parameters that affect them and are used to estimate them. We have created a topology composed by computer equipment and network devices that have been configured properly to perform tests in a controlled environment. Moreover, we have installed and configured all necessary software for conducting such tests. A reference video has been transmitted in five study cases, with different features, to see the generated result at the reception side. From the study of the network parameters, it is deduced that the main problem affecting the proper receipt is the limitation of the available bandwidth. The received video quality was assessed by using the Medium Opinion Score (MOS) scale. Finally, it is proposed a system including a communication protocol and an operating algorithm for improving the QoE of clients that provides an operator connecting IPTV service.Jiménez Herranz, JM. (2014). Estudio de la variación de QoE en Televisión IP cuando varían los parámetros de QoS. Universitat Politècnica de València. http://hdl.handle.net/10251/45105Archivo delegad

Understanding and advancing PDE-based image compression

This thesis is dedicated to image compression with partial differential equations (PDEs). PDE-based codecs store only a small amount of image points and propagate their information into the unknown image areas during the decompression step. For certain classes of images, PDE-based compression can already outperform the current quasi-standard, JPEG2000. However, the reasons for this success are not yet fully understood, and PDE-based compression is still in a proof-of-concept stage. With a probabilistic justification for anisotropic diffusion, we contribute to a deeper insight into design principles for PDE-based codecs. Moreover, by analysing the interaction between efficient storage methods and image reconstruction with diffusion, we can rank PDEs according to their practical value in compression. Based on these observations, we advance PDE-based compression towards practical viability: First, we present a new hybrid codec that combines PDE- and patch-based interpolation to deal with highly textured images. Furthermore, a new video player demonstrates the real-time capacities of PDE-based image interpolation and a new region of interest coding algorithm represents important image areas with high accuracy. Finally, we propose a new framework for diffusion-based image colourisation that we use to build an efficient codec for colour images. Experiments on real world image databases show that our new method is qualitatively competitive to current state-of-the-art codecs.Diese Dissertation ist der Bildkompression mit partiellen Differentialgleichungen (PDEs, partial differential equations) gewidmet. PDE-Codecs speichern nur einen geringen Anteil aller Bildpunkte und transportieren deren Information in fehlende Bildregionen. In einigen Fällen kann PDE-basierte Kompression den aktuellen Quasi-Standard, JPEG2000, bereits schlagen. Allerdings sind die Gründe für diesen Erfolg noch nicht vollständig erforscht, und PDE-basierte Kompression befindet sich derzeit noch im Anfangsstadium. Wir tragen durch eine probabilistische Rechtfertigung anisotroper Diffusion zu einem tieferen Verständnis PDE-basierten Codec-Designs bei. Eine Analyse der Interaktion zwischen effizienten Speicherverfahren und Bildrekonstruktion erlaubt es uns, PDEs nach ihrem Nutzen für die Kompression zu beurteilen. Anhand dieser Einsichten entwickeln wir PDE-basierte Kompression hinsichtlich ihrer praktischen Nutzbarkeit weiter: Wir stellen einen Hybrid-Codec für hochtexturierte Bilder vor, der umgebungsbasierte Interpolation mit PDEs kombiniert. Ein neuer Video-Dekodierer demonstriert die Echtzeitfähigkeit PDE-basierter Interpolation und eine Region-of-Interest-Methode erlaubt es, wichtige Bildbereiche mit hoher Genauigkeit zu speichern. Schlussendlich stellen wir ein neues diffusionsbasiertes Kolorierungsverfahren vor, welches uns effiziente Kompression von Farbbildern ermöglicht. Experimente auf Realwelt-Bilddatenbanken zeigen die Konkurrenzfähigkeit dieses Verfahrens auf

Understanding and advancing PDE-based image compression

This thesis is dedicated to image compression with partial differential equations (PDEs). PDE-based codecs store only a small amount of image points and propagate their information into the unknown image areas during the decompression step. For certain classes of images, PDE-based compression can already outperform the current quasi-standard, JPEG2000. However, the reasons for this success are not yet fully understood, and PDE-based compression is still in a proof-of-concept stage. With a probabilistic justification for anisotropic diffusion, we contribute to a deeper insight into design principles for PDE-based codecs. Moreover, by analysing the interaction between efficient storage methods and image reconstruction with diffusion, we can rank PDEs according to their practical value in compression. Based on these observations, we advance PDE-based compression towards practical viability: First, we present a new hybrid codec that combines PDE- and patch-based interpolation to deal with highly textured images. Furthermore, a new video player demonstrates the real-time capacities of PDE-based image interpolation and a new region of interest coding algorithm represents important image areas with high accuracy. Finally, we propose a new framework for diffusion-based image colourisation that we use to build an efficient codec for colour images. Experiments on real world image databases show that our new method is qualitatively competitive to current state-of-the-art codecs.Diese Dissertation ist der Bildkompression mit partiellen Differentialgleichungen (PDEs, partial differential equations) gewidmet. PDE-Codecs speichern nur einen geringen Anteil aller Bildpunkte und transportieren deren Information in fehlende Bildregionen. In einigen Fällen kann PDE-basierte Kompression den aktuellen Quasi-Standard, JPEG2000, bereits schlagen. Allerdings sind die Gründe für diesen Erfolg noch nicht vollständig erforscht, und PDE-basierte Kompression befindet sich derzeit noch im Anfangsstadium. Wir tragen durch eine probabilistische Rechtfertigung anisotroper Diffusion zu einem tieferen Verständnis PDE-basierten Codec-Designs bei. Eine Analyse der Interaktion zwischen effizienten Speicherverfahren und Bildrekonstruktion erlaubt es uns, PDEs nach ihrem Nutzen für die Kompression zu beurteilen. Anhand dieser Einsichten entwickeln wir PDE-basierte Kompression hinsichtlich ihrer praktischen Nutzbarkeit weiter: Wir stellen einen Hybrid-Codec für hochtexturierte Bilder vor, der umgebungsbasierte Interpolation mit PDEs kombiniert. Ein neuer Video-Dekodierer demonstriert die Echtzeitfähigkeit PDE-basierter Interpolation und eine Region-of-Interest-Methode erlaubt es, wichtige Bildbereiche mit hoher Genauigkeit zu speichern. Schlussendlich stellen wir ein neues diffusionsbasiertes Kolorierungsverfahren vor, welches uns effiziente Kompression von Farbbildern ermöglicht. Experimente auf Realwelt-Bilddatenbanken zeigen die Konkurrenzfähigkeit dieses Verfahrens auf