[pt] Essa dissertação propõe um codificador de imagens adaptativo baseado em sub-bandas para baixas taxas de bits. O espectro de freqüência bi-dimensional é decomposto em 10 sub-bandas de maneira hierárquica através de um banco de filtros QMF de 9 coeficientes. Uma técnica de redução de irrelevância é usada para descartar vetores nas sub-bandas de número 2 a 10. Os vetores remanescentes nessas sub-bandas são classificadas em bordas ou texturas e codificados por ECVQ (Entropy Constrained Vector Quantization) multi-estágios. Já a primeira sub-banda é codificada por ADPCM com preservação de bordas. Um algoritmo ótimo de alocação de bits determina a distribuição adequada de bits entre as sub-bandas. Os resultados mostram excelentes desempenho para baixas taxas, sendo melhores que os obtidos pelo padrão JPEG e vários outros trabalhos apresentados na literatura recente. / [en] This dissertation proposes an adaptative subband coder for low bit rate coding os still images. The bi-dimension frequency spectrum is decomposed in 10 subbands by means of a 9-coefficient QMF filter bank. Vector in subbands 2 to 10 are discarded by a new technique for irrelevancy reduction. The remanining vectors are classified in one of two classes, edges and textures, and coded by multistage ECVQ (Entropy Constrained Vector Quantization). The first subband is coded by an edge preserving ADPCM. An optimal bit allocation procedure is used to distribute bits along the subbands. The results obtained show excellent performance for low bit rate coding, outperforming JPEG and many other coders recently presented in literature.

[pt] Neste trabalho são examinadas estruturas CELP com baixo retardo (da ordem de 2 ms) para codificação digital de voz a taxas de bits de 8 k, 9,6 k e 16 kbit/s. São avaliados sete algoritmos de predição adaptativa a partir do sinal sintetizado. Esses algoritmos são usados para adaptação do filtro de predição com retardo curto e do filtro de ponderação de codificadores CELP com baixo retardo. Dos algoritmos analisados, um emprega adaptação em bloco e os outros são recursivos utilizando estruturas transversais e em treliça. As comparações são baseadas em termos das medidas objetivas de razão sinal ruído (RSR), razão sinal ruído segmentar (RSRSEG) e razão sinal ruído ponderada em freqüência (RSRW) e em termos de medidas subjetivas obtidas através de testes de escuta informais. / [en] Low delay (about 2 ms) CELP structures are studied for digital coding of speech at 8, 9,6 and 16 kbit/s. Seven backward adaptative prediction algorithms are investigated. These algorithms are used for adapting the short-term prediction filter and the weighting filter in low delay CELP coders. One algorithm uses block adaptation and the others are recursive with transversal and lattice structures. Comparisons are based on the objective measures of signal to noise ratio, segmental signal to noise ratio and a frequency weighted signal to noise and on subjective results obtained from informal listening tests.

[pt] Este trabalho aborda o problema da compressão de imagens explorando a técnica de codificação por sub-bandas(SBB). Como estrutura básica, usada na primeira parte do trabalho, tem-se a divisão da imagem em 16 sub-bandas buscando replicar os resultados de woods [1]. As componentes das 16 SBB são quantizadas e codificadas, e bits são alocados às SBB usando como critério a minimização do erro médio quadrático. Os quantizadores são projetados segundo uma distribuição Gaussiana Generalizada. Neste processo de codificação, a sub-banda de mais baixa freqüência é codificada com DPCM, enquanto as demais SBB são codificadas por PCM. Como inovação, é proposto o uso do algoritmo de Lempel-Ziv na codificação sem perdas (compactação) das sub-bandas quantizadas. Na compactação são empregados os algoritmos de Huffman e LZW (modificação do LZA). Os resultados das simulações são apresentados em termos da taxa (bits/pixel) versus relação sinal ruído de pico e em termos de analise subjetiva das imagens reconstruídas. Os resultados obtidos indicam um desempenho de compressão superior quanto o algoritmo de Huffman é usado, comparado com o algoritmo LZW. A melhoria de desempenho, na técnica de decomposição em sub-bandas, observada com o algoritmo de Huffman foi superior (2dB acima). Todavia, tendo em vista as vantagens da universalidade do algoritmo de Lempel-Ziv, deve-se continuar a investigar o seu desempenho implementado de forma diferente do explorado neste trabalho. / [en] This work focus on the problem of image compression, with exploring the techniques of subband coding. The basic structure, used in the sirst part of this tesis, encompass the uniform decomposition of the image into 16 subbands. This procedure aims at reproducing the reults of Woods [1]. The component of the 16 subbands are quatized and coded and bits are optimally allocated among the subbands to minimize the mean-squared error. The quantizers desingned match the Generelized Gaussian Distribuition, which model the subband components. In the coding process, the lowest subband is DPCM coded while the higher subbands are coded with PCM. As an innovation, it is proposed the use of the algorithm LZW for coding without error (compaction) the quantized subbands. In the compactation process, the Huffamn and LZW algorithms are used. The simulation results are presented in terms of rate (bits/pel) versus peak signal-to-noise and subjective quality. The performance of the subband decomposition tecnique obtained with the Huffamn´s algorithm is about 2dB better than that obtained with the LZW. The universality of the Lempel-Ziv algorithm is, however, an advantage that leads us to think that further investigation should still be pursued.

[pt] A codificação distribuída de vídeo é um novo paradigma de codificação de vídeo que permite explorar a estatística da fonte apenas no decodificador. Nesse cenário, duas fontes correlatadas são independentemente codificadas usando codificadores distintos e os fluxos binários associados a cada uma são conjuntamente decodificados, explorando a correlação entre eles. A resiliência a erros é uma importante funcionalidade deste novo paradigma uma vez que a tradicional malha de predição no codificador e a propagação de erros associada a esta malha não existe ao não se explorar a correlação do sinal no codificador. Desta forma, esta tese tem como objetivo apresentar uma nova arquitetura de codificação distribuída de vídeo, desenvolvendo e analisando algoritmos mais eficientes para a mesma, reduzindo, desta forma, o gap de desempenho quando comparado aos sistemas tradicionais de codificação de vídeo [68]. Assim, o codec proposto nesta tese proporcionou: a otimização da arquitetura DVC (Distributed Vídeo Coding), o desenvolvimento de novas ferramentas para a geração da informação lateral, a inclusão de um módulo de medida de correlação entre quadros para auxiliar na decodificação, a utilização de um processo de quantização Wyner-Ziv variável, a opção de uma codificação parcial de bitplanes, uma modelagem do canal de correlação baseada na estimação de parâmetros em nível de banda e de coeficientes da transformada DCT (Discrete Cosine Transform), a inclusão de um módulo de normalização da informação lateral e o desenvolvimento de um código de canal mais adequado à arquitetura proposta. / [en] Distributed video coding is a new video coding paradigm that allows exploiting the source statistics at the decoder only. In this scenario, two correlated sources are independently encoded using separated encoders and the bit streams associated to each one are jointly decoded exploiting the correlation between them. Improved error resilience is another major functionality of this new video coding paradigm since the usual encoder prediction loop and the associated error propagation do not exist anymore, because the signal correlation is not explored in the encoder. Therefore, this thesis aims to present a new architecture for distributed video coding, analyzing and developing more efficient algorithms for it, thus reducing the gap in performance when it is compared to traditional video coding [68]. Therefore, the codec proposed in this thesis provided: a DVC architecture optimization; the development of new tools for side information generation process; inclusion of a module for measuring correlation between frames in order to assist in the Wyner-Ziv frame reconstruction; the use of a Wyner-Ziv variable quantization process; the option of partial coding of bitplanes; a correlation channel model based on the estimation of parameters in band and DCT coefficient levels; an inclusion of a normalization stage to the side information; and the development of a channel code more appropriate to the proposed architecture.

[pt] Esta tese propõe novas melhorias para a codificação CELP a baixas taxas de bits. Primeiro, é proposto um algoritmo CELP em que a complexidade do procedimento de busca no dicionário adaptativo é grandemente reduzida, graças a uma modificação introduzida no modelo de síntese CELP. Resultados de simulação mostram que a qualidade da voz codificada com o algoritmo CELP proposto tem qualidade comparável àquela obtida com o algoritmo CELP convencional. As demais contribuições têm o propósito de melhorar a qualidade da voz codificada com o algoritmo CELP a baixas taxas de bits. Uma delas propicia uma codificação mais eficiente da envoltória espectral LPC da voz: é, especificamente, um esquema que combina quantização vetorial e interpolação interbloco dos parâmetros LSF. Com este esquema a envoltória espectral LPC codificada tem boa qualidade a uma taxa de bits tão baixa quanto 1 kb/s. A voz codificada com os algoritmos CELP apresenta freqüentemente distorções em sua envoltória espectral que são causadas por deficiências do sinal de excitação. Esta tese propõe um novo pós-filtro que reduz estas distorções e, com isso, melhora significativamente a qualidade subjetiva da voz codificada. A baixas taxas de bits a estrutura CELP convencional é incapaz de reproduzir com boa qualidade os ataques dos sons sonoros, que são cruciais para uma boa percepção da voz. Nesta tese é descrito um algoritmo CELP que dá prioridade a estes segmentos críticos. Cada bloco da voz é classificado em um dentre dezesseis padrões de sonoridade e cada padrão tem uma configuração de codificação e alocação de bits distintas. Resultados de simulação mostram que a qualidade da voz codificada a 4 kb/s com o algoritmo CELP proposto é significativamente melhor do que aquela conseguida com um codificador CELP convencional, também operando a 4 kb/s. / [en] This work presents new improvements to CELP speech coding at low bit rates. First, a CELP algorithm is proposed in wich the complexity of the adaptive codebook search is gratly decreased. This is achieved by means of a modified model of the CELP synthesizer. Simulation results show that the proposed algorithm can provide speech quality comparable to one obtained with the conventional CELP codec. The rest of contributions aim to improve the quality of speech codec at low bit rates with CELP algorithm. One of them is an efficient scheme for coding the LPC spectral envelope of speech for coding the LPC spectral envelope of speech. The proposed scheme combines vector quantization and interpolation of LSF parameters, and it provides a coded spectral envelope with very good quality at 1 kb/s. Speech coded with CELP codecs frequently displays distortions in its spectral envelope that are produced by deficient excitation. This thesis proposes a new postfilter that enhances the perceptual quality of codec speech by decreasin these distortions. This work presents new improvements to CELP speech coding at low bit rates. First, a CELP algorithm is proposed in wich the complexity of the adaptive codebook search is gratly decreased. This is achieved by means of a modified model of the CELP synthesizer. Simulation results show that the proposed algorithm can provide speech quality comparable to one obtained with the conventional CELP codec. The rest of contributions aim to improve the quality of speech codec at low bit rates with CELP algorithm. One of them is an efficient scheme for coding the LPC spectral envelope of speech for coding the LPC spectral envelope of speech. The proposed scheme combines vector quantization and interpolation of LSF parameters, and it provides a coded spectral envelope with very good quality at 1 kb/s. Speech coded with CELP codecs frequently displays distortions in its spectral envelope that are produced by deficient excitation. This thesis proposes a new postfilter that enhances the perceptual quality of codec speech by decreasin these distortions. Voiced onsets are crucial for a good perception of speech but, at low bit rates, the conventional CELP is unable to reproduce them with good quality. This work presents a CELP algorithm into one of a set of sixteen voicing patterns. A distinct coding configuration and bit allocation are applied to each pattern. Simulation results show that the quality of speech codec with the proposed 4 kb/s CELP codec is significantly bette than the one obtained with conventional 4 kb/s CELP codec.

[pt] Neste trabalho são examinadas técnicas de compressão de imagens por sub-bandas. O algoritmo de análise/síntese utilizado emprega filtros recursivos passa-tudo de 1º ordem, o que reduz a complexidade computacional sem introduzir aliasing ou distorção de fase. Técnicas de processamento específicas para o caso destes filtros foram discutidas. As limitações da codificação direta das sub-bandas mostraram a conveniência de, inicialmente, separar componentes de baixa e alta freqüências. A imagem de baixa freqüência representa o brilho e a textura e é codificada por blocos no domínio da Transformada Cossenoidal Discreta. A imagem de erro, com aspecto essencialmente passa-alta, destacando as transições, é dividida em sub-bandas que são quantizadas vetorialmente. A exploração das características e correlação das sub-bandas permite aperfeiçoar esta técnica. A qualidade objetiva de cada técnica é medida pela razão sinal/ruído de pico e a subjetiva resulta da análise visual das imagens. Ambas são comparáveis ou superiores às de codificadores existentes com complexidade semelhante, para taxas entre 0.6 e 0.7 bits/pixel. / [en] Image compression techniques based on subband coding are studied in this work. The analysis/synthesis algorithm is implemented using first-order all-pass recursive filters, which significantly reduces the computational complexity and reconstructs the input with neither aliasing nor phase distortion. Specific processing techniques for these filters were discussed. Limitations in direct subband coding show the convenience of initially splitting the image to be compressed into its low-pass and high-pass components, representing sharp edges, is divided into subbands which are vector quantized. Further improvement of this technique results from the study of subband characteristics and correlacion. Objective quality of each technique is measured by the peak signal-to-noise ratio and subjective quality results from visual inspection of reconstructed images. Both are superior or comparable to existing coders of similar complexity, for rates between 0.6 and 0.7 bits/pixel.

[pt] Neste trabalho é proposta uma técnica para transmissão progressiva de imagens. Esta técnica está baseada no modelo piramidal de Burt e Adelson [2], fazendo uso da codificação por quantização vetorial nas imagens representadas por uma estrutura piramidal, denominada pirâmide de imagens diferença. Esta estrutura é obtida da subtração de uma pirâmide de imagens médias de uma pirâmide de imagens embaralhadas. A pirâmide de imagens de médias é construída formando uma seqüência de imagens, cada vez com menor dimensão, pelo cálculo da média em blocos de 2x2 pixels vizinhos. A pirâmide de imagens embaralhadas é formada por uma decimação, por quatro em cada nível da pirâmide de imagens de médias. A transmissão progressiva da imagem é efetuada pela transmissão da pirâmide de imagens diferença do nível mais alto para o nível mais baixo. A técnica é comparada a outros métodos conhecidos na literatura em termos de relação sinal-ruído de pico, por sua qualidade subjetiva e pelo esforço computacional associado. / [en] This work concerns with a technique for progressive image transmission. The method bases on the Burt and Adelson Pyramid Model. The method applies vector quantization to a pyramid of difference images. These, result from the subtraction of parts of the shuffled image. The decimated image pixel represents the mean value of four neighboring pixels ot the original image, partitioned in 2x2 blocs of pixels. This decimated image is a mean image and their set also constitutes itself a pyramid. At each new pyramided level, the considered original image is the mean image of the previous level. The progressive image transmission is by sending first the highest level difference image (with the minimum number of pixels) up to the lowest difference image level. The work also includes results comparison to other literature know methods in terms of peak signal to noise ratio, subjective quality and computational effort.

[pt] Codificação Distribuída de Vídeo (Distributed Video Coding – DVC) é um paradigma de codificação baseado nos conceitos da Codificação Distribuída de Fontes correlatadas (Distributed Source Coding – DSC), que tem como arcabouço a Teoria da Informação desenvolvida por Shannon, para um cenário onde temos uma codificação distribuída dos elementos e uma decodificação conjunta. Implementações com arquiteturas diferentes foram apresentadas ao longo dos últimos anos, mas devido a diversos motivos como a indisponibilidade de documentação detalhada, falta de preocupação dos projetos em relação à engenharia de software, não uniformização e heterogeneidade das tecnologias de implementação, entre outros, o desenvolvimento desta área acabou sendo dificultado pela falta de ferramentas e documentação mais aplicada, impedindo que o pesquisador focasse seus estudos e pesquisas apenas na parte que pretende otimizar ou complementar do projeto. Esse trabalho aplica conceitos e teorias de engenharia de software, orientação a objetos, componentização, frameworks e outros, com o objetivo de projetar, implementar, documentar e testar um framework aberto, incremental e reutilizável para implementação de uma ferramenta para simulação e avaliação de Codificação Distribuída de Vídeo, a qual chamamos de Open DVC, apresentada num ambiente colaborativo de forma que possa ser utilizada para estudos e que as contribuições desenvolvidas futuramente possam ser agregadas ao framework com pouco esforço de codificação. / [en] Distributed Video Coding (DVC) is a coding paradigm based on the concepts of Distributed Source Coding (DSC), which is based on Information Theory developed by Shannon, for a scenario where we have a distributed encoding of information and a joint decoding. Implementations with different architectures have been presented over the past years, but due to various reasons such as unavailability of detailed documentation, lack of concern of the projects in relation to software engineering, non uniform and heterogeneous implementation technologies, amog others, the development of this area ended up being hampered by a lack of tools and documentation more applied, preventing the researcher from focusing his studies and research only on the party to be enhanced or to be extended in the project. This work applies concepts and theories of software engineering, object orientation, components, frameworks and other, in order to design, implement, document and test an open framework, incremental and reusable to implement tools for simulation and evaluation of Distributed Video Coding, which we call Open DVC, submitted in a collaborative environment so that it can be used for studies and the contributions developed in the future can be aggregated to the framework with little coding effort.