A Review on Block Matching Motion Estimation and Automata Theory based Approaches for Fractal Coding

Fractal compression is the lossy compression technique in the field of gray/color image and video compression. It gives high compression ratio, better image quality with fast decoding time but improvement in encoding time is a challenge. This review paper/article presents the analysis of most significant existing approaches in the field of fractal based gray/color images and video compression, different block matching motion estimation approaches for finding out the motion vectors in a frame based on inter-frame coding and intra-frame coding i.e. individual frame coding and automata theory based coding approaches to represent an image/sequence of images. Though different review papers exist related to fractal coding, this paper is different in many sense. One can develop the new shape pattern for motion estimation and modify the existing block matching motion estimation with automata coding to explore the fractal compression technique with specific focus on reducing the encoding time and achieving better image/video reconstruction quality. This paper is useful for the beginners in the domain of video compression

A novel fast fractal image compression method based on distance clustering in high dimensional sphere surface

Fractal encoding method becomes an effective image compression method because of its high compression ratio and short decompressing time. But one problem of known fractal compression method is its high computational complexity and consequent long compressing time. To address this issue, in this paper, distance clustering in high dimensional sphere surface is applied to speed up the fractal compression method. Firstly, as a preprocessing strategy, an image is divided into blocks, which are mapped on high dimensional sphere surface. Secondly, a novel image matching method is presented based on distance clustering on high dimensional sphere surface. Then, the correctness and effectiveness properties of the mentioned method are analyzed. Finally, experimental results validate the positive performance gain of the method

Video coding based on fractals and sparse representations

Orientador: Hélio PedriniDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: Vídeos são sequências de imagens estáticas representando cenas em movimento. Transmitir e armazenar essas imagens sem nenhum tipo de pré-processamento necessitaria de enormes larguras de banda nos canais de comunicação e uma quantidade massiva de espaço de armazenamento. A fim de reduzir o número de bits necessários para tais dados, foram criados métodos de compressão com perda. Esses métodos geralmente consistem em um codificador e um decodificador, tal que o codificador gera uma sequência de bits que representa uma aproximação razoável do vídeo através de um formato pré-especificado e o decodificador lê essa sequência, convertendo-a novamente em uma série de imagens. A transmissão de vídeos sob restrições extremas de largura de banda tem aplicações importantes como videoconferências e circuitos fechados de televisão. Neste trabalho são abordados dois métodos destinados a essa aplicação, decomposição usando representações esparsas e compressão fractal. A ampla maioria dos codificadores tem como mecanismo principal o uso de transformações inversíveis capazes de representar imagens espacialmente suaves com poucos coeficientes não-nulos. Representações esparsas são uma generalização dessa ideia, em que a transformação tem como base um conjunto cujo número de elementos excede a dimensão do espaço vetorial onde ela opera. A projeção dos dados pode ser feita a partir de uma heurística rápida chamada Matching Pursuit. Uma abordagem combinando essa heurística com um algoritmo para gerar a base sobrecompleta por aprendizado de máquina é apresentada. Codificadores fractais representam uma aproximação da imagem como um sistema de funções iterativas. Para isso, criam e transmitem uma sequência de comandos, chamada colagem, capazes de obter uma representação da imagem na escala original dada a mesma imagem em uma escala reduzida. A colagem é criada de tal forma que, se aplicada a uma imagem inicial qualquer repetidas vezes, reduzindo sua escala antes de toda iteração, converge em uma aproximação da imagem codificada. Métodos simplificados e rápidos para a criação da colagem e uma generalização desses métodos para a compressão de vídeos são apresentados. Ao invés de construir a colagem tentando mapear qualquer bloco da escala reduzida na escala original, apenas um conjunto pequeno de blocos é considerado. O método de compressão proposto para vídeos agrupa um conjunto de quadros consecutivos do vídeo em um fractal volumétrico. A colagem mapeia blocos tridimensionais entre as escalas, considerando uma escala menor tanto no tempo quanto no espaço. Uma adaptação desse método para canais de comunicação cuja largura de banda é instável também é propostaAbstract: A video is a sequence of still images representing scenes in motion. A video is a sequence of extremely similar images separated by abrupt changes in their content. If these images were transmitted and stored without any kind of preprocessing, this would require a massive amount of storage space and communication channels with very high bandwidths. Lossy compression methods were created in order to reduce the number of bits used to represent this kind of data. These methods generally consist in an encoder and a decoder, where the encoder generates a sequence of bits that represents an acceptable approximation of the video using a certain predefined format and the decoder reads this sequence, converting it back into a series of images. Transmitting videos under extremely limited bandwidth has important applications in video conferences or closed-circuit television systems. Two different approaches are explored in this work, decomposition based on sparse representations and fractal coding. Most video coders are based on invertible transforms capable of representing spatially smooth images with few non-zero coeficients. Sparse representations are a generalization of this idea using a transform that has an overcomplete dictionary as a basis. Overcomplete dictionaries are sets with more elements in it than the dimension of the vector space in which the transform operates. The data can be projected into this basis using a fast heuristic called Matching Pursuits. A video encoder combining this fast heuristic with a machine learning algorithm capable of constructing the overcomplete dictionary is proposed. Fractal encoders represent an approximation of the image through an iterated function system. In order to do that, a sequence of instructions, called a collage, is created and transmitted. The collage can construct an approximation of the original image given a smaller scale version of it. It is created in such a way that, when applied to any initial image several times, contracting it before each iteration, it converges into an approximation of the encoded image. Simplier and faster methods for creating a collage and a generalization of these methods to video compression are presented. Instead of constructing a collage by matching any block from the smaller scale to the original one, a small subset of possible matches is considered. The proposed video encoding method creates groups of consecutive frames which are used to construct a volumetric fractal. The collage maps tridimensional blocks between the different scales, using a smaller scale in both space and time. An improved version of this algorithm designed for communication channels with variable bandwidth is presentedMestradoCiência da ComputaçãoMestre em Ciência da Computaçã

Codage fractal basé-région de séquences vidéo segmentées

Dans les industries de la télédiffusion et du multimédia, beaucoup de recherche se fait au niveau de la compression des données afin de réduire la largeur de bande nécessaire pour leur transmission en temps réel. Dans le domaine du codage de la vidéo, nous entendons souvent parler de MPEG (Motion Picture Expert Group), un standard international de la compression vidéo. Aujourd'hui, la norme MPEG-4 est de plus en plus utilisée sur l'Intemet grâce au taux de compression significatif qu'elle offre. Ce standard IEEE est continuellement en développement, renfermant des nouveaux outils qui rendent le codage de plus en plus rapide et efficace. Les standards récents de codage vidéo incorporent des méthodes d'estimation de mouvement et de quantification vectorielle permettant de compresser les séquences vidéo. Dans ce travail, nous étudions une méthode de quantification vectorielle de plus en plus utilisée dans le domaine du codage de la vidéo. Il s'agit du codage par fractales aussi connu sous le terme"Self-VQ". La recherche consiste en l'implémentation d'un algorithme de compression de séquences vidéo par la méthode des fractales. Nous présentons les algorithmes du CPM (Circular Prediction Mapping) et NCIM (Non Contractive Interframe Mapping) qui utilisent les fractales pour effectuer la tâche. De plus, une nouvelle méthode de codage par objet sera présentée. Le codage basé-région permet de coder séparément les régions ou objets dans une séquence afin d'offrir plus de flexibilité sur le contrôle de la largeur de bande de transmission. La qualité de codage est nettement améliorée près des frontières, c'est-à-dire les contours d'objets. Nous démontrons que le codage fractal basé-région est une méthode efficace qui pourra éventuellement faire partie des boîtes à outils du standard MPEG-4

Study on High Efficiency Image Coding Using Fractal

長崎大学学位論文　学位記番号:博(海)甲第169号 学位授与年月日:平成12年3月31