Encoding high dynamic range and wide color gamut imagery

In dieser Dissertation wird ein szenischer Bewegtbilddatensatz mit erweitertem Dynamikumfang (High Dynamic Range, HDR) und großem Farbumfang (Wide Color Gamut, WCG) eingeführt und es werden Modelle zur Kodierung von HDR und WCG Bildern vorgestellt. Die objektive und visuelle Evaluation neuer HDR und WCG Bildverarbeitungsalgorithmen, Kompressionsverfahren und Bildwiedergabegeräte erfordert einen Referenzdatensatz hoher Qualität. Daher wird ein neuer HDR- und WCG-Video-Datensatz mit einem Dynamikumfang von bis zu 18 fotografischen Blenden eingeführt. Er enthält inszenierte und dokumentarische Szenen. Die einzelnen Szenen sind konzipiert um eine Herausforderung für Tone Mapping Operatoren, Gamut Mapping Algorithmen, Kompressionscodecs und HDR und WCG Bildanzeigegeräte darzustellen. Die Szenen sind mit professionellem Licht, Maske und Filmausstattung aufgenommen. Um einen cinematischen Bildeindruck zu erhalten, werden digitale Filmkameras mit ‘Super-35 mm’ Sensorgröße verwendet. Der zusätzliche Informationsgehalt von HDR- und WCG-Videosignalen erfordert im Vergleich zu Signalen mit herkömmlichem Dynamikumfang eine neue und effizientere Signalkodierung. Ein Farbraum für HDR und WCG Video sollte nicht nur effizient quantisieren, sondern wegen der unterschiedlichen Monitoreigenschaften auf der Empfängerseite auch für die Dynamik- und Farbumfangsanpassung geeignet sein. Bisher wurden Methoden für die Quantisierung von HDR Luminanzsignalen vorgeschlagen. Es fehlt jedoch noch ein entsprechendes Modell für Farbdifferenzsignale. Es werden daher zwei neue Farbräume eingeführt, die sich sowohl für die effiziente Kodierung von HDR und WCG Signalen als auch für die Dynamik- und Farbumfangsanpassung eignen. Diese Farbräume werden mit existierenden HDR und WCG Farbsignalkodierungen des aktuellen Stands der Technik verglichen. Die vorgestellten Kodierungsschemata erlauben es, HDR- und WCG-Video mittels drei Farbkanälen mit 12 Bits tonaler Auflösung zu quantisieren, ohne dass Quantisierungsartefakte sichtbar werden. Während die Speicherung und Übertragung von HDR und WCG Video mit 12-Bit Farbtiefe pro Kanal angestrebt wird, unterstützen aktuell verbreitete Dateiformate, Videoschnittstellen und Kompressionscodecs oft nur niedrigere Bittiefen. Um diese existierende Infrastruktur für die HDR Videoübertragung und -speicherung nutzen zu können, wird ein neues bildinhaltsabhängiges Quantisierungsschema eingeführt. Diese Quantisierungsmethode nutzt Bildeigenschaften wie Rauschen und Textur um die benötigte tonale Auflösung für die visuell verlustlose Quantisierung zu schätzen. Die vorgestellte Methode erlaubt es HDR Video mit einer Bittiefe von 10 Bits ohne sichtbare Unterschiede zum Original zu quantisieren und kommt mit weniger Rechenkraft im Vergleich zu aktuellen HDR Bilddifferenzmetriken aus

Quality of Experience in Immersive Video Technologies

Over the last decades, several technological revolutions have impacted the television industry, such as the shifts from black & white to color and from standard to high-definition. Nevertheless, further considerable improvements can still be achieved to provide a better multimedia experience, for example with ultra-high-definition, high dynamic range & wide color gamut, or 3D. These so-called immersive technologies aim at providing better, more realistic, and emotionally stronger experiences. To measure quality of experience (QoE), subjective evaluation is the ultimate means since it relies on a pool of human subjects. However, reliable and meaningful results can only be obtained if experiments are properly designed and conducted following a strict methodology. In this thesis, we build a rigorous framework for subjective evaluation of new types of image and video content. We propose different procedures and analysis tools for measuring QoE in immersive technologies. As immersive technologies capture more information than conventional technologies, they have the ability to provide more details, enhanced depth perception, as well as better color, contrast, and brightness. To measure the impact of immersive technologies on the viewersâ QoE, we apply the proposed framework for designing experiments and analyzing collected subjectsâ ratings. We also analyze eye movements to study human visual attention during immersive content playback. Since immersive content carries more information than conventional content, efficient compression algorithms are needed for storage and transmission using existing infrastructures. To determine the required bandwidth for high-quality transmission of immersive content, we use the proposed framework to conduct meticulous evaluations of recent image and video codecs in the context of immersive technologies. Subjective evaluation is time consuming, expensive, and is not always feasible. Consequently, researchers have developed objective metrics to automatically predict quality. To measure the performance of objective metrics in assessing immersive content quality, we perform several in-depth benchmarks of state-of-the-art and commonly used objective metrics. For this aim, we use ground truth quality scores, which are collected under our subjective evaluation framework. To improve QoE, we propose different systems for stereoscopic and autostereoscopic 3D displays in particular. The proposed systems can help reducing the artifacts generated at the visualization stage, which impact picture quality, depth quality, and visual comfort. To demonstrate the effectiveness of these systems, we use the proposed framework to measure viewersâ preference between these systems and standard 2D & 3D modes. In summary, this thesis tackles the problems of measuring, predicting, and improving QoE in immersive technologies. To address these problems, we build a rigorous framework and we apply it through several in-depth investigations. We put essential concepts of multimedia QoE under this framework. These concepts not only are of fundamental nature, but also have shown their impact in very practical applications. In particular, the JPEG, MPEG, and VCEG standardization bodies have adopted these concepts to select technologies that were proposed for standardization and to validate the resulting standards in terms of compression efficiency