Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι να παρουσιαστούν μερικές από τις πιο αξιοσημείωτες τεχνικές για τρισδιάστατη αναπαράσταση χώρου από βιντεοσκοπήσεις κινούμενου αυτοκινήτου. Αρχικά, το πρώτο κομμάτι είναι προσανατολισμένο στην περιγραφή των εφαρμογών που ακολουθεί η τρισδιάστατη αναπαράσταση χώρου από βιντεοσκοπήσεις και επίσης γίνεται εισαγωγή στις αρχικές έννοιες και στα βασικά μαθηματικά που χρησιμοποιούνται. Έπειτα περιγράφεται μια μέθοδος τρισδιάστατης αναπαράστασης από βιντεοσκόπηση με την χρήση απλών καμερών. Ο αλγόριθμος που περιγράφεται εδώ χρησιμοποιεί τις εικόνες από την απλή κάμερα και απαιτεί επιπλέον ότι κάθε δείκτης στο αντικείμενο συνδέεται με τουλάχιστον έναν άλλο δείκτη από σωστή απόσταση. Στο τρίτο κομμάτι της εργασίας περιγράφεται μια ακόμη μέθοδος η οποία στηρίζεται σε γραμμικά κινούμενα αντικείμενα. / The goal of this bachelor thesis is to present some of the most remarkable techniques of the three-dimensional reconstruction site from video animation moving car. At first, the first piece is oriented at the description of the application used by the three-dimensional reconstruction site of video and it is also an introduction to the initial concept and to the basic mathematics that are used. After that, a method of 3D video reconstruction using simple cameras is being described. The algorithm being described here, uses the images from the simple camera and requires that in addition that every object indication links with at least one other indicator from a known distance. At the third part one more method is described that is founded in linear moving objects.

Τα τελευταία χρόνια είδαν την άνθιση διαδικτυακών εφαρμογών και υπηρεσιών διαμοιρασμού αντικειμένων πολυμέσων. Την τιμητική τους είχαν τα αντικείμενα οπτικοακουστικού περιεχομένου (video), δίνοντας πρωταγωνιστικό ρόλο στην ανάπτυξη συστημάτων διαμοιρασμού βίντεο. Μάλιστα, ανταποκρινόμενα στην δυνατότητα των χρηστών για επιλογή περιεχομένου, που παρείχαν η ραγδαία αύξηση της χρήσης του διαδικτύου και η βελτίωση των υποδομών αυτού, έγιναν ιδιαίτερα δημοφιλή τα συστήματα και οι υπηρεσίες διαμοιρασμού βίντεο κατόπιν ζήτησης Ωστόσο οι αυξημένες απαιτήσεις τους σε κλιμάκωση, προσαρμοστικότητα, απόδοση και ανεκτικότητα σε σφάλματα, κατέστησαν απαραίτητη την υποστήριξή τους από κατανεμημένες ή και παράλληλες αρχιτεκτονικές. Μία αρκετά υποσχόμενη προσέγγιση προς αυτή την κατεύθυνση είναι τα διομότιμα συστήματα καθώς οι ίδιοι οι χρήστες των εφαρμογών διαθέτουν ένα τεράστιο σύνολο από δικτυακούς και υπολογιστικούς πόρους. Στα συστήματα αυτά το περιεχόμενο που κατεβάζουν οι χρήστες διασπάται σε κομμάτια τα οποία ανταλλάσσονται από αυτούς ,με σκοπό την τελική επανασύνδεση και ανάκτηση του συνολικού μεγέθους των δεδομένων. Σκοπός αυτής της διπλωματικής είναι η μελέτη της αξιοποίησης του εύρους ζώνης στα πλαίσια ενός διομότιμου συστήματος διαμοιρασμού βίντεο κατόπιν ζήτησης με πολλαπλά κανάλια. Η παρατήρηση του τρόπου συμπεριφοράς των χρηστών και του συνολικού συστήματος ως προς τον πολύτιμο αυτό δικτυακό πόρο, μπορεί να αποτελέσει την βάση για την ανάπτυξη εφαρμογών με μεγαλύτερη αποδοτικότητα, πιο οικονομικών στην λειτουργία τους, και με βελτιωμένη ευελιξία. / The last year saw the flourishing of Internet applications and services sharing media objects. Their honor were the objects of audiovisual content (video), giving a leading role in the development of video sharing. Indeed, in response to users' ability to select content, provided by the rapid growth of internet usage and to improve the infrastructure of this, became very popular in the systems and services for sharing video on demand However, the increased demands on scalability, flexibility, performance and fault tolerance, made it necessary to support them or from distributed and parallel architectures. A very promising approach in this direction is the diomotima systems and the users themselves applications have a huge amount of network and computing resources. In these systems the content download users cleaved into pieces which are exchanged by them, with the final reconnection and recovery of the total size of data. The aim of this thesis is to study the utilization of bandwidth within a peer sharing system video on demand with multiple channels. The observation of how user behavior and the overall system to this valuable web resource, can provide the basis for developing applications with greater efficiency, more economical to operate, and with improved flexibility.

Η εργασία αυτή πραγματοποιήθηκε σε αποκλειστική συνεργασία του φοιτητή Αθανάσιου Μιχαήλ και του επίκουρου καθηγητή Ευάγγελου Δερματά του πανεπιστημίου Πατρών. Το θέμα αποφασίστηκε από κοινού των προαναφερόμενων προσώπων, στα πλαίσια των προπτυχιακών σπουδών του φοιτητή. Οι λόγοι που οδήγησαν σε αυτό είναι πολλοί. Όχι μόνο η ραγδαία αύξηση των ψυχαγωγικών εφαρμογών που χρησιμοποιούν τρισδιάστατες τεχνικές αλλά και η απόκτηση όλο και μεγαλύτερης σημασίας σε επιστημονικούς τομείς όπως της ιατρικής κίνησαν το ενδιαφέρον του φοιτητή. Επίσης, πρόσφατες χρήσεις σε υποβοηθητικά συστήματα οδηγών όπως στερεοσκοπικές ή κάμερες κοντινού εύρους αλλά και σε βιομηχανικές εφαρμογές με ρομπότ, καθιστούν γενικότερα τον τομέα υπολογιστικής όρασης ιδιαίτερα σπουδαίο. Πολλά προβλήματα απεικόνισης και προσανατολισμού στο χώρο μπορούν να λυθούν με μια χωρική αντίληψη από τον άνθρωπο. Για την αναπαράσταση στις τρεις διαστάσεις θα βασιστούμε στην παθητική στερεοσκόπιση και τη βαθμωτή δομή από κίνηση με Multi-View-Stereo. Στην υπολογιστική όραση η 3D ανακατασκευή είναι η διαδικασία της σύλληψης του σχήματος και της εμφάνισης πραγματικών αντικειμένων. Θα παρουσιαστούν οι διάφορες μέθοδοι εκτίμησης βάθους (ανάκτησης τρίτης διάστασης από δισδιάστατη ψηφιακή εικόνα). Θα δοθεί έμφαση στο γεωμετρικό υπόβαθρο και η παραπομπή σε αρκετές σημαντικές εργασίες όπου αυτό κρίνεται αναγκαίο. Θα αναφερθούμε τόσο στην μοντελοποίηση της κάμερας όσο και στην βαθμονόμησή της, βήμα απαραίτητο για μια ρεαλιστική αναπαράσταση. Στη συνέχεια περνάμε στην ψηφιακή επεξεργασία των εικόνων και την ανάδειξη σημείων ενδιαφέροντος επί αυτών. Ύστερα εξηγούνται οι βασικές αρχές τις επιπολικής γεωμετρίας κι έπειτα δίνεται βαρύτητα στη σθεναρότητα μεθόδων εκτίμησης. Παρουσιάζεται η διόρθωση των εικόνων με αντιπροσωπευτικά πειραματικά αποτελέσματα και τελικά φτάνουμε στην αραιή και πυκνή ανακατασκευή στις τρεις διαστάσεις. Κατά τη διάρκεια διεκπεραίωσης της εργασίας αφιερώθηκε αρκετός χρόνος για το θεωρητικό της μέρος, ώστε ο αναγνώστης να μπορέσει να κατανοήσει εύκολα τις βασικές αρχές και τα βασικά στάδια αναπαράστασης ενός τρισδιάστατου χώρου. Ταυτόχρονα απεικονίζονται γραφικά αποτελέσματα που τεκμηριώνουν τη θεωρία ή οδηγούν σε χρήσιμα συμπεράσματα. / The current thesis has been written in an exclusive collaboration of the student Athanasios Michail and Assistant Professor Evangelos Dermatas of the University of Patras. The subject was decided jointly by the above persons in the context of the undergraduate study. There are many reasons for this decision. Not only the rapidly growth of entertainment applications using three-dimensional techniques but also the acquisition of more and more importance in the science sector, such as medicine, caught the student´s attention. Also, recent usages in Driver Assistance Systems like Stereoscopic or Near Range Cameras and industrial applications with robots, make the general sector of Computer Vision particularly important. Many specific depiction and spatial orientation problems can be solved by the spatial perception by humans. For the representation in three dimensions we will rely on stereoscopic vision and structure from motion in combination with Multi-View-Stereo. In Computer Vision the 3D reconstruction means a process of capturing the shape and appearance of real objects. We will present the various depth estimation methods (third dimension recovery from two-dimensional digital image). Emphasis will be placed at the geometric background and it will be referred to several important works where necessary. Both modeling of a camera and its calibration are mentioned. This is a necessary step for a realistic representation. Then we introduct digital image processing, highlighting the points of interest at captured frames. As a next step, we explain the basic principles of epipolar geometry and emphasize on the robust estimation methods. After we present the chapter of image rectification, we finally reach the dense reconstruction in three dimensions. A lot of time was spent to the theoretical part during this work, so that the reader can easily understand the basic principles and key stages of the representation of three-dimensional space. Simultaneously to this, graphed results are illustrated. They can substantiate the theory or lead to useful conclusions.

Στη διατριβή εξετάζουμε προβλήματα που σχετίζονται με τη μετάδοση δεδομένων με υψηλές απαιτήσεις σε εύρος ζώνης και προτείνουμε λύσεις, αλγόριθμους, τεχνικές βελτίωσης της απόδοσης, και εφαρμογές που τις υλοποιούν. Για την περίπτωση του προβλήματος της μετάδοσης βίντεο κατ' απαίτηση (Video on Demand - VoD), εξετάζουμε το πρόβλημα της αποδοχής ή της απόρριψης αιτήσεων για μετάδοση ταινιών χωρίς να υπάρχει γνώση των μελλοντικών αιτήσεων. Παρουσιάζουμε έναν, άμεσης απόκρισης (online), πιθανοτικό αλγόριθμο χρονοπρογραμματισμού ταινιών που εκμεταλλεύεται την γνώση για την κατανομή των προτιμήσεων των αιτήσεων για ταινίες, και αποδεικνύουμε πως έχει ανταγωνιστικό λόγο (competitive ratio) που φράσσεται άνω από σταθερά. Επίσης, δείχνουμε πως η μέθοδος μας μπορεί να επεκταθεί σε ένα προσαρμοζόμενο αλγόριθμο που δεν γνωρίζει την κατανομή των προτιμήσεων. Επίσης, προτείνουμε έναν τρόπο να εφαρμόσουμε μια υπηρεσία βίντεο κατ' απαίτηση για ένα, βασισμένο στο πρωτόκολλο IP, δίκτυο, με περιορισμένο εύρος ζώνης. Στη συνέχεια, εξετάζουμε ένα σχήμα ελέγχου και διαχείρισης του εύρους ζώνης και παρουσιάζουμε ορισμένες μεθόδους προκειμένου να αυξήσουμε την αποδοτικότητα του συστήματος και την εκμετάλλευση του διαθέσιμου εύρους ζώνης (bandwidth). Εξετάζουμε διάφορες τεχνικές και παρουσιάζουμε πειραματικά αποτελέσματα για την βελτίωση της απόδοσης. Επίσης, σχεδιάζουμε και υλοποιούμε μια υπηρεσία διαχείρισης εύρους ζώνης (Managed Bandwidth Service -- MBS). Τέλος παρουσιάζουμε μια ενοποιημένη προσέγγιση για την μετάδοση υπερμεσικών/πολυμεσικών αντικειμένων, τα οποία παρουσιάζονται με βάση προκαθορισμένα σενάρια παρουσίασης (με χωροχρονικές αλληλοεξαρτήσεις μεταξύ των διάφορων μέσων). Τα υπερμεσικά αντικείμενα δομούνται σύμφωνα με μία γλώσσα σηματοδότησης, μέσω της οποίας διατηρούνται πληροφορίες για τις χωρικές και χρονικές συσχετίσεις. Επίσης, υλοποιούμε ένα τέτοιο σύστημα μετάδοσης, που εφαρμόζουμε για εκπαίδευση από απόσταση. / In this thesis we investigate problems related to the transmission of data with high demands in terms of bandwidth, and we propose solutions, algorithms, techniques to increase performance, and applications that use them. For the case of the online video on demand problem, we investigate the problem of having to accept or reject a request for a movie without knowing the future requests. We present an online movie-scheduling scheme that exploits the knowledge of the distribution of the preference of requests for movies, and is shown to have a competitive ratio bounded above by a constant. We extend our approach by presenting an adaptive randomized scheduler which is not aware of the movie popularities. In the sequel we propose a way to implement a video on demand service over a limited bandwidth/best effort Internet based network. Ιn the sequel, we consider a bandwidth control scheme, and we present some methods to increase the efficiency of the system and the utilisation of the available bandwidth. We consider different techniques and we present experimental results for the increased performance. We, also, design and implement a Managed Bandwidth Service (MBS) . Finally, we present a unified approach for delivering hypermedia/multimedia objects, that are to be presented according to predefined scenarios (with spatial and temporal relationships between the various media). The hypermedia documents are structured using a hypermedia markup language that keeps information of the spatiotemporal relationships among document's media components. We, also, implement such a multimedia transmission system, and apply it to distance learning.

Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά την ανίχνευση και παρακολούθηση ανθρώπινων μορφών σε ακολουθίες βίντεο με μεθόδους μηχανικής όρασης. Οι ακολουθίες αυτές θεωρούμε πως έχουν ληφθεί από στατική κάμερα σε εσωτερικό ή εξωτερικό χώρο. Πιο συγκεκριμένα, το εν λόγω πρόβλημα υποδιαιρείται σε τρία κυρίως μέρη τα οποία μελετώνται, αναλύονται και υλοποιούνται σε ξεχωριστά κεφάλαια. Ξεκινάμε με το κομμάτι κατάτμησης κίνησης, συνεχίζουμε με την ταξινόμηση αντικειμένων ώστε να αναγνωριστούν οι άνθρωποι ανάμεσα στις κινούμενες οντότητες και τελειώνουμε με την παρακολούθηση των ανθρώπινων σιλουετών για καταγραφή της πορείας τους όση ώρα βρίσκονται στο πλάνο. Οι αλγόριθμοι που αναπτύχθηκαν λειτούργησαν ικανοποιητικά κάτω από διάφορες συνθήκες και τα αποτελέσματά τους μπορούν να περάσουν ως είσοδοι σε μια πληθώρα εφαρμογών υψηλότερου επιπέδου με σκοπό την αναγνώριση ανθρώπινης δραστηριότητας και την κατανόηση συμπεριφοράς. / The purpose of this thesis is to deal with the problem of human tracking in video sequences. We have divided the problem in three parts: motion segmentation, human tracking and object classification. Finally we have dedicate a whole chapter to optical flow techniques and the relevant methods that can be employed to solve the same problem.

Αντικείμενο αυτής της διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη και η υλοποίηση ενός ολοκληρωμένου κατανεμημένου συστήματος διανομής δεδομένων σε πραγματικό χρόνο. Η ταχεία ανάπτυξη του Διαδικτύου και η πολυπλοκότητα των υπηρεσιών που προσφέρονται μέσα από αυτό έχει εξαντλήσει τα περιθώρια- όρια της κλασικής αρχιτεκτονικής του εξυπηρετητή και του πελάτη , καθώς, ο συνεχώς αυξανόμενος αριθμός χρηστών που ζητούν διάφορες υπηρεσίες δημιουργούν ένα τεράστιο φορτίο στους εξυπηρετητές, το οποίο δεν είναι σε θέση πια να ικανοποιήσουν. Η αρχιτεκτονική των διομότιμων συστημάτων αποτελεί σήμερα τον πιο υποσχόμενο αντικαταστάτη της αρχιτεκτονικής του εξυπηρετητή-πελάτη για την παροχή υπηρεσιών μέσω του Διαδικτύου. Η υπόθεση αυτή δικαιολογείται, αφού αξιοποιώντας τους πόρους των ίδιων των χρηστών, που αποτελούν πλέον ενεργό κομμάτι του συστήματος, η συγκεκριμένη αρχιτεκτονική μπορεί να εξασφαλίσει κλιμάκωση των συστημάτων αυτών σε αριθμό χρηστών αλλά και σε πόρους, του οποίους και αυτό-διαχειρίζονται για την παροχή οποιασδήποτε υπηρεσίας. Η ανάπτυξη, όμως, διομότιμων συστημάτων προϋποθέτει την επίλυση ενός συνόλου προβλημάτων που προκύπτουν από την κατανεμημένη φύση τους και την πολυπλοκότητα τους. Τα τελευταία χρόνια, η επιστημονική κοινότητα έχει ασχοληθεί εκτενώς με τα συστήματα αυτά και έχει προτείνει τρόπους επίλυσης των προβλημάτων που εμφανίζουν, οι οποίες όμως επικεντρώνονται σε συγκεκριμένες πτυχές τους, με αποτέλεσμα να μην προσφέρουν ακόμα δυνατότητες επαρκούς αξιοποίησης των πλεονεκτημάτων τους. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετήθηκαν η ανάπτυξη και η υλοποίηση ενός ολοκληρωμένου κατανεμημένου συστήματος διαμοιρασμού δεδομένων σε πραγματικό χρόνο. Το σύστημα αυτό αποτελείται από τρία διακριτά υποσυστήματα: 1. Ένα διομότιμο σύστημα για το διαμοιρασμό δεδομένων σε πραγματικό χρόνο. Το υποσύστημα αυτό αποτελείται από το γράφο διασύνδεσης των κόμβων που το συγκροτούν και το χρονοπρογραμματιστή που εκτελείται σε κάθε κόμβο. 2. Ένα σύστημα υποστήριξης, το οποίο είναι υπεύθυνο για την παρακολούθηση της λειτουργίας του υποσυστήματος διαμοιρασμού και την παροχή επιπλέον εύρους ζώνης, στην περίπτωση που δεν επαρκούν οι πόροι του πρώτου. 3. Ένα διομότιμο σύστημα για την αποθήκευση και την εύρεση των αντικειμένων που είναι διαθέσιμα προς διανομή μέσω του πρώτου υποσυστήματος. Για την ανάπτυξη του πρώτου υποσυστήματος, αρχικά διερευνήθηκε η φύση της εφαρμογής και ορίστηκαν τα επιθυμητά χαρακτηριστικά. Αυτά είναι ο μικρός χρόνος στησίματος, η ανοχή του σε δυναμικά φαινόμενα, όπως είναι η δυναμική συμπεριφορά των χρηστών και του φυσικού δικτύου, η ικανότητα κλιμάκωσης ως προς τον αριθμό των κόμβων και η ικανότητα για διαμοιρασμό δεδομένων με το μεγαλύτερο δυνατό ρυθμό υπό τον περιορισμό του μέσου εύρους ζώνης των κόμβων που αποτελούν το σύστημα. Στη συνέχεια ακολούθησε η μοντελοποίηση της λειτουργίας των συστημάτων κατανεμημένου διαμοιρασμού μέσα από την οποία προέκυψε η κατάλληλη αρχιτεκτονική ενός τέτοιου συστήματος που εγγυάται τη βέλτιστη εκπλήρωση των παραπάνω χαρακτηριστικών. Η προσφορά της παρούσας διατριβής στην έρευνα του επιστημονικού πεδίου των διομότιμων συστημάτων διαμοιρασμού δεδομένων σε πραγματικό χρόνο συνοψίζεται στα παρακάτω σημεία/συμπεράσματα : • Αντίθετα με τη μέχρι τώρα πρακτική που εφαρμόζεται στα συστήματα κατανεμημένου διαμοιρασμού, είναι αναγκαία η παράλληλη ανάπτυξη του γράφου διασύνδεσης και του χρονοπρογραμματιστή έτσι ώστε να μπορεί το κάθε υποσύστημα να χρησιμοποιήσει με βέλτιστο τρόπο τα χαρακτηριστικά του άλλου. • Ο γράφος διασύνδεσης πρέπει να αντικατοπτρίζει τη θέση των κόμβων στο φυσικό υποδίκτυο και να μπορεί να αυτό-οργανώνεται στις δυναμικές αλλαγές του δικτύου ή του πληθυσμού των κόμβων. • Η λειτουργία του χρονοπρογραμματιστή γίνεται πιο αποτελεσματική όταν διαχωρίζεται σε τρεις διαφορετικούς μηχανισμούς. Στο μηχανισμό δημιουργίας κουπονιών, στο μηχανισμό προ-ενεργής αίτησης πακέτου και στο μηχανισμό απόφασης επόμενου κόμβου προς αποστολή πακέτου. Τέλος, υλοποιήθηκαν κατανεμημένοι αλγόριθμοι για τη δημιουργία και την αυτό-οργάνωση του γράφου διασύνδεσης καθώς και οι απαραίτητοι αλγόριθμοι για την υλοποίηση του χρονοπρογραμματιστή. Οι αλγόριθμοι αυτοί σχεδιάστηκαν με τέτοιο τρόπο έτσι ώστε να χρησιμοποιούν ένα ελάχιστο ποσοστό του εύρους ζώνης των κόμβων χωρίς να συμβιβάζουν την αποτελεσματικότητα και την ταχύτητα σύγκλισής τους. Το δεύτερο ζήτημα που μελετήθηκε είναι η βοηθητική χρήση εξυπηρετητών με στόχο την αδιάλειπτη διάθεση απαραίτητων δικτυακών πόρων (εύρος ζώνης) που απαιτούνται από το σύστημα για τον πλήρη και συνεχή διαμοιρασμό του αντικειμένου. Αναλυτικότερα, ο σύγχρονος διαμοιρασμός βίντεο μέσω διομότιμων συστημάτων απαιτεί τη συνεχή ύπαρξη μέσου εύρους ζώνης συμμετεχόντων κόμβων μεγαλύτερο από το ρυθμό αναπαραγωγής του αντικειμένου που διαμοιράζεται. Αντιθέτως, λόγω της δυναμικής συμπεριφοράς των χρηστών και του απρόβλεπτου μέσου όρου εύρους ζώνης που διατίθεται από τους κόμβους οδηγούμαστε συχνά στη μη ομαλή λειτουργία του συστήματος ή/και στο διαμοιρασμό ενός αντικειμένου με μικρό ρυθμό αναπαραγωγής. Η επίλυση αυτού του προβλήματος απαιτεί την εξασφάλιση του ακριβούς και σε πραγματικό χρόνο υπολογισμού των διαθέσιμων πόρων του συστήματος. Επιπλέον, προϋποθέτει το σχεδιασμό μιας αρχιτεκτονικής που είναι κλιμακούμενη, δηλαδή επιτρέπει την παρακολούθηση συστημάτων στα οποία συμμετέχει πολύ μεγάλος αριθμός χρηστών. Παράλληλα, το προτεινόμενο σύστημα παρακολούθησης και ελέγχου του εύρους ζώνης πρέπει να εισάγει στο σύστημα όσο το δυνατόν μικρότερη κατανάλωση πόρων. Ομοίως, το εύρος ζώνης που συνεισφέρουν οι εξυπηρετητές πρέπει να ελαχιστοποιείται με στόχο την ελαχιστοποίηση του κόστους λειτουργίας. Τέλος, οι συνδέσεις που δημιουργούνται μεταξύ εξυπηρετητών και κόμβων πρέπει να εισάγουν με τη σειρά τους ελάχιστο φορτίο στο δίκτυο του προτεινόμενου συστήματος. Εκμεταλλευόμενοι, λοιπόν, τις ιδιότητες του χρονοπρογραμματιστή που αναπτύχθηκε είμαστε σε θέση μετρώντας ένα μικρό μόνο υποσύνολο κόμβων να εκτιμήσουμε γρήγορα και με ακρίβεια το συνολικό διαθέσιμο εύρος ζώνης του συστήματος. Επιπλέον, μετρώντας κάποιες παραμέτρους του χρονοπρογραμματιστή ανταλλαγής μπλοκ εκτιμούμε δυναμικά το φορτίο που αυτός εισάγει για διαμοιρασμό ανάλογα με τις επικρατούσες συνθήκες. Ο αριθμός των κόμβων αυτών είναι αρκετά μικρός και ανεξάρτητος από τον αριθμό των συμμετεχόντων κόμβων καθιστώντας το προτεινόμενο σύστημα ικανό για εξαιρετική κλιμάκωση. Με τις μετρήσεις αυτές γίνεται εφικτός ο υπολογισμός του εύρους ζώνης που απαιτείται από τους εξυπηρετητές για την ομαλή λειτουργία του συστήματος διαμοιρασμού. Τέλος, με τη βοήθεια ενός δυναμικά προσαρμόσιμου στο δίκτυο γράφου διασύνδεσης επιτυγχάνεται η μέγιστη εκμετάλλευση του εύρους ζώνης που συνεισφέρουν οι εξυπηρετητές και ο διαμοιρασμός του σε κόμβους με τη μικρότερη δυνατή δικτυακή καθυστέρηση. Το προτεινόμενο σύστημα αξιολογήθηκε σε κάθε είδους κατάσταση όπως: αυξομειούμενο μέσο εύρος ζώνης, γρήγορες μεταβολές στο μέσο εύρος ζώνης, μέσο εύρος ζώνης μεγαλύτερο και μικρότερο από το ρυθμό αναπαραγωγής. Η αξιολόγηση απέδειξε ότι ο πλήρης διαμοιρασμός του αντικειμένου, η ελαχιστοποίηση του εύρους ζώνης που συνεισφέρουν οι εξυπηρετητές μέσω της ακριβούς εκτίμησης των διαθέσιμων πόρων και η δυνατότητα εκτίμησης μέσω ενός μικρού υποσυνόλου συμμετεχόντων κόμβων είναι εφικτά κάτω από οποιεσδήποτε συνθήκες. Ο τρίτος στόχος που επιδιώξαμε να εκπληρώσουμε είναι η δημιουργία ενός κατανεμημένου συστήματος αποθήκευσης δεδομένων. Αυτό το σύστημα βασίστηκε στους Κατανεμημένους Πίνακες Κατακερματισμού (ΚΠΚ). Σκοπός αυτού του συστήματος είναι η δημιουργία ενός κατανεμημένου αποθηκευτικού χώρου, αποτελούμενου από πόρους των συμμετεχόντων κόμβων, για την αποθήκευση και ανάκτηση δεδομένων που πρόκειται να διαμοιραστούν. Οι απαιτήσεις ενός τέτοιου συστήματος περιλαμβάνουν την γρήγορη αναζήτηση δεδομένων, τη χρησιμοποίηση του μικρότερου δυνατού ποσοστού εύρος ζώνης για τη δρομολόγηση των αναζητήσεων, τη δυνατότητα εκτέλεσης σύνθετων αναζητήσεων και τη συμμέτοχη των κόμβων στο σύστημα ανάλογα με τους διαθέσιμους πόρους τους. Οι παραπάνω απαιτήσεις είναι αδύνατον να ικανοποιηθούν από έναν μόνο γράφο διασύνδεσης, καθώς προϋποθέτουν ετερόκλητα χαρακτηριστικά από το γράφο. Προκειμένου να είναι εφικτή η γρήγορη δρομολόγηση ο γράφος πρέπει να αντανακλά τη θέση των κόμβων στο φυσικό δίκτυο συνεπώς η εισαγωγή των κόμβων στον γράφο πρέπει επίσης να βασίζεται σε αυτό το χαρακτηριστικό. Η δυνατότητα για σύνθετες αναζητήσεις και η συμμετοχή των κόμβων ανάλογα με τους διαθέσιμους πόρους τους προϋποθέτει την μη ομοιόμορφη κατανομή των δεδομένων στο γράφο καθώς και επίσης και την εισαγωγή των κόμβων σε αυτόν ανάλογα με τους πόρους τους και τα δεδομένα που επιθυμούν να αποθηκεύσουν στο δίκτυο. Στα πλαίσια αυτής της διδακτορικής διατριβής προτείνεται ένα σύστημα κατανεμημένης αποθήκευσης το οποίο αποτελείται από δύο συνδεόμενους γράφους διασύνδεσης και μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις που έχουν τεθεί. Αυτοί οι δύο γράφοι είναι: • Ο γράφος διασύνδεσης και δρομολόγησης ο οποίος είναι υπεύθυνος για τη δρομολόγηση των αιτήσεων αναζήτησης. Οι κόμβοι εισέρχονται σε αυτόν ανάλογα με τη θέση τους στο φυσικό δίκτυο. Η παραπάνω συνθήκη συντελεί στην ταχύτατη δρομολόγηση των αιτήσεων αναζήτησης και τη χρησιμοποίηση ελάχιστου εύρους ζώνης για την εκτέλεσή τους. Για τη δημιουργία αυτού του γράφου αναπτύχτηκαν/σχεδιάστηκαν δύο κατανεμημένοι αλγόριθμοι. Ο πρώτος είναι υπεύθυνος για την εισαγωγή ενός κόμβου στο γράφο ανάλογα με τη θέση του στο φυσικό δίκτυο. Ο δεύτερος είναι υπεύθυνος για τη βελτιστοποίηση και προσαρμοστικότητα του γράφου στις δυναμικές αλλαγές των ιδιοτήτων του φυσικού δικτύου ή του πληθυσμού των συμμετεχόντων κόμβων. • Ο γράφος αποθήκευσης δεδομένων. Αυτός ο γράφος είναι υπεύθυνος για την αποθήκευση των δεδομένων στους κόμβους του συστήματος με τέτοιο τρόπο ώστε να είναι δυνατή η σύνθετη αναζήτησή τους καθώς επίσης και η αποθήκευσή τους ανάλογα με τους διαθέσιμους πόρους κάθε κόμβου. Η αξιολόγηση του συστήματος αυτού απέδειξε ότι ο διαχωρισμός της διαδικασίας δρομολόγησης από τη διαδικασία αποθήκευσης δεδομένων με την δημιουργία δύο ξεχωριστών γράφων διασύνδεσης εξασφαλίζει την εκπλήρωση όλων των απαιτήσεων ενός τέτοιου συστήματος. / The subject of this phd thesis is the study and development of a complete distributed system for real time data distribution. The rapid growth of the Internet and the complexity of the provided services, renders the investigation for a new architectural paradigm necessary, since classic server-client architecture has reached its full potential. The main reason for the above is that the continuously increasing number of users demanding a diversity of services generates an enormous overhead on the servers, that can’t be dealt with efficiently. Today, Peer-to-Peer architecture is considered to be the most promising replacement for client-server architecture for providing such services via the Internet. This assumption can be easily justified since, taking advantage of users resources, who now become active members of the system, peer-to-peer architecture can guarantee the scalability of these systems in respect to the number of participating users as well as the amount of data that they can manage. The development, however, of peer-to-peer systems requires the clarification of a set of problems which stem from their distributed nature and their complexity. In recent years, scientific community has been focusing on these systems suggesting a number of solutions, which, however, deal with certain only aspects of them, thus are unable to provide a holistic approach that could benefit from their numerous advantages. The complete distributed system for the real time distribution of data developed in the current dissertation thesis consists of three discrete subsystems: • a peer-to-peer live streaming system. This subsystem consists of an overlay, for the interconnection of peers, and a scheduler, which runs in every peer. • a supporting system, responsible for the monitoring of live streaming system and the supply of extra bandwidth in cases when peers’ aggregated resources are insufficient to sustain the streaming process • a peer-to-peer system for the storage and query of objects available for streaming, aided by the first subsystem described above. For the development of the first subsystem initially we investigated the nature of the application and defined the required characteristics. Those are the small setup time values, the tolerance of the system in dynamic conditions, like the dynamic behavior of the participating users and the dynamic conditions of the underlying network, the increased scalability concerning the number of supported users, and the ability to support streaming rates as high as possible having as constrain the aggregated upload bandwidth of the participating peers. The contribution of the present dissertation in the research of the scientific field of P2P real time data distribution systems is summarized below: 1. in contrast to contemporary practices regarding distributed live streaming systems the parallel development of the overlay and scheduler are necessary in order for the systems to be able to benefit from each other characteristics 2. the overlay should reflect the locations of the peers in the underlying network and be able to self-organize in response to dynamic changes of the peer population and the network conditions 3. the performance of the scheduler is enhanced when it comprises of three different mechanisms: the token generation algorithm, the mechanism of pro-active block request and the mechanism for selecting the next peer for packet transmitting. At last, distributed algorithms for the realization and self-organization of the overlay along with the necessary algorithms for the actualization of the scheduler were developed. These algorithms were designed in a way that allows for the usage of a small percentage of the nodes’ upload capacities without compromising the efficiency and the speed of their convergence A second subject that was studied was the use of supporting servers for the continuous provision of the required resources (upload bandwidth) for the complete and uninterrupted delivery of a stream. In more detail, peer-to-peer live streaming requires the constant presence of aggregated upload bandwidth greater than the rate of the stream being delivered. In contrast, the dynamic behavior of peers and the unpredictable upload bandwidth of nodes and of the conditions of the underlying network, often result in the disturbance of the streaming process and/or the delivery of a stream with low rate. Solving the above problems requires precise and real time monitoring of participating peers’ resources. Moreover, it assumes the development of an architecture which is scalable, allowing for the monitoring of systems with large peers number. Additionally, the proposed monitoring and bandwidth control system should introduce as little overhead as possible to the system, meaning that the amount of bandwidth used by the servers should be the minimum required to support peer-to-peer streaming system. Finally, connections established between servers and nodes should introduce, in their turn, the least possible overhead. Benefitting from the properties of our proposed peer-to-peer live streaming system’s scheduler we manage, by monitoring a small subset of participating peers, to measure with accuracy and in real time the aggregated upload bandwidth of the total participating peers. In addition, by measuring some parameters of the scheduler of bloc exchange we can dynamically estimate the overhead introduced for the distribution depending on the present conditions. The number of nodes is quite small and independent of the number of participant nodes allowing for the exceptional scalability of the proposed system. Because of these measurements the approximation of the bandwidth necessary for the successful performance of the distribution system becomes feasible. The evaluation process proved that the complete distribution of data, the minimization of the available servers bandwidth through the precise estimation of the available resources as well as the potential for estimation of a small subset of participating nodes are possible under any given circumstances. The third goal we tried to achieve is the development of a distributed data storage system. This system is based on DHTs. It aims to create a distributed storage space that consists of resources belonging to participating nodes, for the storage and retrieval of data about to be distributed. The prerequisites of such a system include: - fast routing process - usage of the smallest possible percentage of bandwidth for the querying process - the potential for execution of complex queries and - the participation of nodes in the system depending on their available recourses The above prerequisites can not be met by one only overlay, since they require diverse characteristics/ from the overlay. In order to achieve fast queries the overlay should reflect the location of all nodes in the physical network, therefore the introduction of nodes in the overlay should also rely on the above feature. The potential for complex queries and the participation of nodes depending on their available resources assumes a non-uniform node distribution in the overlay as well as the introduction of nodes in the system depending on their resources and the data needed to be stored in the network. In this work we propose a system for distributed storage that comprises of two interconnected overlays and can achieve all the demands set. The two overlays are described below: - LCAN is responsible for the routing process. Nodes enter this overlay in terms of their location on the physical network. The condition above leads to the fast routing of queries and the usage of the least possible bandwidth for their execution. In order to design this overlay the development of two distributed algorithms was necessary. The first one performs the introduction of nodes in the overlay according to their location in the network. The second distributed algorithm is responsible for the optimization and the adjustability of the overlay to the dynamic changes of the physical network properties or the participating nodes population. - VCAN. This is responsible for the storage of data in the nodes of the system in a way their storage according to each node’s available resources becomes feasible, while complex queries can be performed. The evaluation of the system has proved that the separation of the routing process from the data storage process with the creation of two separate overlays can result in the successful achievement of all prerequisites set by a distributed data storage system.

Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη μιας δικτυακής πύλης της Θεατρικής Ερασιτεχνικής Ομάδας του Πανεπιστημίου Πατρών. Επόμενος στόχος είναι η σχεδίαση και η υλοποίηση ενός πρωτοτύπου περιβάλλοντος που περιλαμβάνει εργαλεία για την αποθήκευση, διαχείριση και επεξεργασία των δεδομένων από προηγούμενες θεατρικές παραστάσεις. Συγκεκριμένα, το περιβάλλον αυτό θα πρέπει να παρέχει τις παρακάτω λειτουργίες: • ιστορικό παραστάσεων • διαχείριση πληροφορίας • αναζήτηση Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε το εργαλείο ανάπτυξης εφαρμογών διαδικτύου (PHP), βάση δεδομένων (MySQL) και το εργαλείο διαχείρισης περιεχομένου (Content Management) Mod-X Revolution. / --

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η παρουσίαση και η μελέτη ενος εναλλακτικού σχεδιασμού του deblocking φίλτρου του προτύπου κωδικοποίησης βίντεο Η.264. Αρχικά επεξηγείται αναλυτικά ο τρόπος λειτουργίας του φίλτρου και στη συνέχεια προτείνεται ένας πρωτοποριακός σχεδιασμός με χρήση pipeline πέντε σταδίων. Ο σχεδιασμός παρουσιάζει σημαντικά πλεονεκτήματα στον τομέα της ταχύτητας (ενδεικτικά εμφανίζεται βελτιωμένη απόδοση στην συχνότητα λειτουργίας και στο throughput). Αυτό πιστοποιήθηκε από μετρήσεις που έγιναν σε συγκεκριμένα fpga και επαλήθευσαν τα θεωρητικά συμπεράσματα που είχαν εξαχθεί. / The standard H.264 (or else MPEG-4 part 10) is nowadays the most widely used standard in the area of video coding as it is supported by the largest enterprises in the internet (including Google, Apple and Youtube). Its most important advantage over the previous standards is that it achieves better bitrate without falling in terms of quality. A crucial part of the standard is the deblocking filter which is applied in each macroblock of a frame so that it reduces the blocking distortion. The filter accounts for about one third of the computational requirements of the standard, something which makes it a really important part of the filtering process. The current diploma thesis presents an alternative design of the filter which achieves better performance than the existing ones. The design is based in the use of two filters (instead of one used in current technology) and moreover, in the application of a pipelined design in each filter. By using a double filter, exploitation of the independence which exists in many parts of the macroblock is achieved. That is to say, it is feasible that different parts of it can be filtered at the same time without facing any problems. Furthermore, the use of the pipeline technique importantly increases the throughput. Needless to say, in order for the desired result to be achieved, the design has to be made really carefully so that the restrictions imposed by the standard will not be failed. The use of this alternative filter design will result in an important raise in the performance. Amongst all, the operating frequency, the throughput and the quality of the produced video will all appear to be considerably risen. It also needs to be mentioned that the inevitable increase of the area used (because of the fact that two filters are used instead of one) is not really important in terms of cost. The structure of the thesis is described in this paragraph. In chapter 1 there is a rather synoptic description of the H.264 standard and the exact position of the deblocking filter in the whole design is clarified. After that, the algorithmic description of the filter follows (Chapter 2). In this chapter, all the parameters participating in the filter are presented in full detail as well as the equations used during the process. In the next chapter (chapter 3), the architecture chosen for the design is presented. That is to say, the block diagram is presented and explained, as well as the table of timings which explains completely how the filter works. The pipelining technique applied in the filter is also analyzed and justified in this chapter. In the next chapter (chapter 4), every structural unit used in the current architecture is analyzed completely and its role in the whole structure is presented. Finally, in chapter 5, the results of the measurements made in typical fpgas of Altera and Xilinx are presented. The results are shown in table format whereas for specific parameters diagrams were used so that the improved performance of the current design compared to the older ones that are widely used, becomes evident.

Η ραγδαία ανάπτυξη που παρουσιάστηκε τα τελευταία χρόνια σε διάφορους τομείς της πληροφορικής με την αύξηση της ισχύος επεξεργασίας και της δυνατότητας αποθήκευσης ενός τεράστιου όγκου δεδομένων έδωσε νέα ώθηση στον τομέα διαχείρισης, αναζήτησης, σύνοψης και εξαγωγής της πληροφορίας από ένα βίντεο. Για την διαχείριση αυτής της πληροφορίας αναπτύχθηκαν τεχνικές περίληψης βίντεο. Η περίληψη ενός βίντεο υπό μορφή μιας στατικής ακολουθίας χαρακτηριστικών καρέ, μειώνει τον απαραίτητο όγκο της πληροφορίας που απαιτείται σε συστήματα αναζήτησης, ενώ διαμορφώνει την βάση για την αντιμετώπιση του σημασιολογικού περιεχομένου του σε εφαρμογές ανάκτησης. Το ερευνητικό αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής αναφέρεται σε τεχνικές αυτόματης περίληψης βίντεο με χρήση της θεωρίας γράφων, για την ανάπτυξη μη επιβλεπόμενων αλγόριθμων ομαδοποίησης. Κάθε καρέ της ακολουθίας του βίντεο δεν αντιμετωπίζεται ως ένα διακριτό στοιχείο, αλλά λαμβάνεται υπόψη ο βαθμός συσχέτισης μεταξύ τους. Με αυτόν τον τρόπο το πρόβλημα της ομαδοποίησης ανάγεται από μια τυπική διαδικασία αναγνώρισης ομάδων σε ένα σύστημα ανάλυσης της δομής που περιέχεται στο σύνολο των δεδομένων. Ακόμη παρουσιάζεται μια νέα τεχνική βελτίωσης του βαθμού ομοιότητας των καρέ, η οποία βασίζεται στο θεωρητικό φορμαλισμό τεχνικών ημί-επιβλεπόμενης εκμάθησης, με χρήση όμως αλγόριθμων δυναμικής συμπίεσης, για την αναπαράσταση του οπτικού περιεχομένου τους. Τα αναλυτικά πειραματικά αποτελέσματα που παρατίθενται, αποδεικνύουν την βελτίωση της απόδοσης των προτεινόμενων μεθόδων σε σχέση με γνωστές τεχνικές περίληψης. Τέλος, προτείνονται κάποιες μελλοντικές κατευθύνσεις έρευνας στο αντικείμενο που πραγματεύεται η παρούσα διατριβή, με άμεσες επεκτάσεις στο πεδίο ανάκτησης εικόνας και βίντεο. / The rapid development witnessed in the recent years enabling the storage and processing of a huge amount of data, in various fields of computer technology and image/video understanding, has given new impetus to the field of video manipulation, browsing, indexing, and retrieval. Video summarization, as a static sequence of key frames, reduces the amount of information required for video searching, while provides the basis for understanding the semantic content in video retrieval applications. The research subject of this doctoral thesis is the incorporation of graph theory and unsupervised clustering algorithms in Automatic Video Summarization applications of large video sequences. In this context, every frame from a video sequence is not processed as a discrete element, but the relations between the frames are considered. Thus, the clustering problem is transformed from a typical computation procedure, to the problem of data structure analysis. Detailed experimental results demonstrate the performance improvement provided by the proposed methods in comparison with well-known video summarization techniques from the literature. Finally, future research directions are proposed, directly applicable to the fields of image and video retrieval.

Στην παρούσα εργασία υλοποιούμε ένα σύστημα δημιουργίας περιλήψεων από ακολουθίες βίντεο. Υλοποιούνται όλα τα βήματα που θα πρέπει να ακολουθηθούν (εξαγωγή χαρακτηριστικών-ανίχνευση πλάνων-εξαγωγή χαρακτηριστικών καρέ) έτσι ώστε να εξαχθεί ένα σύνολο καρέ (χαρακτηριστικά καρέ) τα οποία να συνοψίζουν νοηματικά το περιεχόμενο μιας ακολουθίας βίντεο. Η επεξεργασία του βίντεο γίνεται απευθείας στο συμπιεσμένο πεδίο και συγκεκριμένα σε συμπιεσμένα αρχεία MPEG-1-2, έτσι ώστε τα αποτελέσματα να εξάγονται σε σχετικά μικρό χρόνο και με σχετικά χαμηλές απαιτήσεις σε αποθηκευτικό χώρο και επεξεργαστική ισχύ. / In this paper a video summarization system is being constructed. We acomplish all the needed steps (feature extraction -shot detection-keyframe extraction) in order to extract a set of frames (keyframes) that capture the semantic content of the video sequence. The processing of the video takes place directly at the compressed domain (at MPEG-1-2 video files). Thus we obtain results at relatively little time and with relatively low storage and computer power demands.