This diploma thesis is dealing with design of explorative robot named Gloin, which is designed especially for the exploration and mapping of the underwater part of Hranická propast, which is the second deepest fresh-water abbys in the world. This thesis is concentrating on design of algorithms needed for control and navigation of robot in the abyss. The designed algorithms are verified by simulation.

Current trends on video technologies and services are demanding higher bit rates, highervideo resolutions and better video qualities. This issue results in the need of a new generationof video coding techniques to increase the quality and compression rates of previous standards.Since the release of HEVC, ITU-T VCEG and ISO/IEC MPEG have been studying the potentialneed for standardization of future video coding technologies with a compression capability thatsignificantly exceeds the ones from current standards. These new e↵orts of standardization andcompression enhancements are being implemented and evaluated over a software test modelknown under the name of Joint Exploration Model (JEM). One of the blocks being explored inJEM is an Adaptive Loop Filter (ALF) at the end of each frame’s processing flow. ALF aimsto minimize the error between original pixels and decoded pixels using Wiener-based adaptivefilter coefficients, reporting, in its JEM’s implementation, improvements of around a 1% in theBD MS-SSIM rate. A lot of e↵orts have been devoted on improving this block over the pastyears. However, current ALF implementations do not consider the potential use of adaptive QPalgorithms at the encoder. Adaptive QP algorithms enable the use of di↵erent quality levels forthe coding of di↵erent parts of a frame to enhance its subjective quality.In this thesis, we explore potential improvements over di↵erent dimensions of JEM’s AdaptiveLoop Filter block considering the potential use of adaptive QP algorithms. In the document, weexplore a great gamut of modification over ALF processing stages, being the ones with betterresults (i) a QP-aware implementation of ALF were the filter coefficients estimation, the internalRD-optimization and the CU-level flag decision process are optimized for the use of adaptiveQP, (ii) the optimization of ALF’s standard block activity classification stage through the useof CU-level information given by the di↵erent QPs used in a frame, and (iii) the optimizationof ALF’s standard block activity classification stage in B-frames through the application of acorrection weight on coded, i.e. not predicted, blocks of B-frames. These ALF modificationscombined obtained improvements of a 0.419% on average for the BD MS-SSIM rate in the lumachannel, showing each modification individual improvements of a 0.252%, 0.085% and 0.082%,respectively. Thus, we concluded the importance of optimizing ALF for the potential use ofadaptive-QP algorithms in the encoder, and the benefits of considering CU-level and frame-levelmetrics in ALF’s block classification stage. / Utvecklingen inom video-teknologi och service kräver högre bithastighet, högre videoupplösningoch bättre kvalitet. Problemet kräver en ny generation av kodning och tekniker för att ökakvaliteten och komprimeringsgraden utöver vad tidigare teknik kunnat prestera. Sedan lanseringenav HEVC har ITU-T VCEG och ISO/IEC MPEG studerat ett eventuellt behov av standardiseringav framtida video-kodings tekniker med kompressions kapacitet som vida överstigerdagens system. Dessa försök till standardisering och kompressionsframsteg har implementeratsoch utvärderats inom ramen för en mjukvara testmodell som kallas Joint Exploration Model(JEM). Ett av områdena som undersöks inom ramen för JEM är adaptiva loopfilter (ALF) somläggs till i slutet av varje bilds processflöde. ALF har som mål att minimera felet mellan originalpixel och avkodad pixel genom Wiener-baserade adaptiva filter-koefficienter. Mycket kraft harlagts på att förbättra detta område under de senaste åren. Men, nuvarande ALF-appliceringbeaktar inte potentialen av att använda adaptiva QP algoritmer i videokodaren. Adaptiva QPalgoritmer tillåter användningen av olika kvalitet på kodning av olika delar av bilden för attförbättra den subjektiva kvaliteten.I föreliggande uppsats kommer vi undersöka den potentiella förbättringen av JEM:s adaptivaloopfilter som kan uppnås genom att använda adaptiva QP algoritmer. I uppsatsen kommervi undersöka ett stort antal modifikationer i ALF:s process-stadier, för att ta reda på vilkenmodifikationer som har bäst resultat: (i) en QP-medveten implementering av ALF där filterkoefficientensuppskattning av den interna RD-optimeringen och CU-nivåns flaggbeslutsprocessär optimerade för användnngen av adaptiv QP, (ii) optimeringen av ALF:s standard blockaktivitets klassificerings stadie genom användning av CU-nivå-information producerad av deolika QP:n som används i en bild, och (iii) optimeringen av ALF:s standard block aktivitetsklassificerings stadier i B-bilders genom applicering av en korrektursvikt i tidigare kod, d.v.sej förutsedda, block av B-bilder. När dessa ALF modifikationer kombinerades förbättradesi genomsnitt BD MS-SSIM hastigheten i luma kanalen med 0.419%, där varje modifikationförbättrade med 0.252%, 0.085% och 0.082% var. Därigenom drog vi slutstatsen att det är viktigtatt optimera ALF för det potentiella användandet av adaptiva QP-algoritmer i kodaren, ochfördelarna av att beakta CU-nivåmätningar och bild-nivåmätningar i ALF:s block klassificeringsstadie.

O design de interação é uma disciplina de design relativamente nova que pode ser compreendida como o design dos aspectos subjetivos e qualitativos de tudo o que é digital e também interativo. Já o esboço é uma prática muito comum nas disciplinas de design e consiste em um tipo de desenho feito à mão no papel para testar alternativas e comunicá-las para outros profissionais. O design de interação traz novos desafios para a prática de esboços, pois além das telas é necessário representar as ações do usuário e as modificações do sistema ao longo do tempo. Um levantamento da situação atual mostra que as técnicas que existem apresentam limitações importantes e que o assunto ainda é pouco explorado. Portanto o objetivo deste trabalho foi procurar aprimorar os esboços no design de interação, com quatro linhas de ação: analisar as especificidades da prática de esboços no design de interação para compreender as oportunidades de melhoria; desenvolver uma técnica, a ActionSketch, para buscar aproveitar estas oportunidades; verificar se a ActionSketch auxilia no processo de fazer esboços no design de interação; analisar o uso da técnica para procurar compreender como auxilia ou não o processo. Para atingir estes objetivos, adotamos o plano de ação descrito a seguir. Realizamos uma extensa revisão da literatura. Desenvolvemos propostas de técnicas e as refinamos através de iterações de exercícios e de entrevistas com profissionais. Apresentamos a ActionSketch em oficinas para grupos de profissionais da área, onde coletamos resultados do uso da técnica para em seguida analisá-los. A versão da técnica utilizada neste trabalho (v0.8) é composta por quatro partes: quadros, cores, símbolos e regras. Os quadros são uma forma para lidar com a questão temporal, as cores buscam separar as ações do usuário e do sistema, os símbolos são notações para deixar o desenho mais ágil e as regras são boas práticas para orientar o uso da técnica. Esta versão foi apresentada para 24 profissionais em quatro oficinas, seguidas de um período de uso continuado de 18 dias em média e fechado com entrevistas individuais para coletar comentários. Para atingir nosso objetivos a análise dos dados foi feita em dois níveis: um nível mais pragmático, para avaliar a adequação da técnica na sua aplicação prática, e um outro nível mais conceitual, onde pudemos investigar os aspectos mais gerais da prática de esboços, com foco no design de interação. De maneira sucinta os resultados obtidos indicam que a ActionSketch: auxilia o processo cognitivo; facilita a comunicação quando ao menos um designer conhece a técnica; pode ser modificada ou aplicada parcialmente; tem um aprendizado inicial rápido, que pode evoluir de maneira modular; é particularmente adequada para detalhes da interação. Em termos práticos a técnica se mostrou suficientemente adequada para uso e apontou possíveis melhorias. Já no aspecto teórico pudemos verificar a importância da representação da interação nos esboços, que trouxe diversos benefícios para o processo. O trabalho também aponta algumas direções futuras, como uma nova versão da ActionSketch e sua divulgação online de maneira modular e colaborativa. / Interaction design is a relatively new discipline which can be understood as the design of the subjective and qualitative aspects of everything that is both digital and interactive. Sketching is a common practice in design and consists of freehand drawings made on paper to test alternatives and communicate them to other professionals. Interaction design brings new challenges to the practice of sketches, because of the need to represent the interaction as well as the visual layout of the interface. A survey of current practices shows significant limitations and that the subject is still little explored. Therefore the aim of this work was to improve sketching in interaction design, with four lines of action: to analyze the specifics of practice in interaction design sketches to understand the opportunities for improvement; to develop a technique, called ActionSketch, to try to take advantage of these opportunities; to verify if ActionSketch improves the process of sketching in interaction design; to analyze the use of the technique to try to identify how it helps or hinders the process. To achieve these objectives, we adopted the following plan of action. We conducted an extensive literature review. We developed proposals of the technique and refined them through iterations of exercises and interviews with professionals. We then presented ActionSketch in workshops for groups of professionals, from where we collected the results. The version of the technique used in this work (v0.8) consists of four parts: frames, colors, symbols and rules. Frames are a way to deal with the question of representing time, the colors try to evidence the user and system actions, symbols are notations to improve the speed of drawing and rules are good practices that guide the use of the technique. This version was presented to 24 professionals in four workshops, followed by a period of continuous use of 18 days on average and closed with individual interviews to gather feedback. To achieve our objective data analysis was done on two levels: a more pragmatic level, to assess the adequacy of the technique in practical application, and another more conceptual level, where we investigate the more general aspects of the practice of sketches, with focus on interaction design. Briefly the results obtained indicate that ActionSketch: assists the cognitive process; facilitates communication when at least one designer knows the technique; may be modified or partially applied; has a smooth learning curve, which can evolve in a modular way; is particularly adequate for details of the interaction. In practical terms the technique seemed adequate enough for use and indicated some points for improvement. In the theoretical aspect we could verify the importance of representing the interaction in sketches, which brought many benefits to the process. The study also points to some interesting future directions, such as a new version of ActionSketch and the creation of a collaborative site for it\'s publication.

O design de interação é uma disciplina de design relativamente nova que pode ser compreendida como o design dos aspectos subjetivos e qualitativos de tudo o que é digital e também interativo. Já o esboço é uma prática muito comum nas disciplinas de design e consiste em um tipo de desenho feito à mão no papel para testar alternativas e comunicá-las para outros profissionais. O design de interação traz novos desafios para a prática de esboços, pois além das telas é necessário representar as ações do usuário e as modificações do sistema ao longo do tempo. Um levantamento da situação atual mostra que as técnicas que existem apresentam limitações importantes e que o assunto ainda é pouco explorado. Portanto o objetivo deste trabalho foi procurar aprimorar os esboços no design de interação, com quatro linhas de ação: analisar as especificidades da prática de esboços no design de interação para compreender as oportunidades de melhoria; desenvolver uma técnica, a ActionSketch, para buscar aproveitar estas oportunidades; verificar se a ActionSketch auxilia no processo de fazer esboços no design de interação; analisar o uso da técnica para procurar compreender como auxilia ou não o processo. Para atingir estes objetivos, adotamos o plano de ação descrito a seguir. Realizamos uma extensa revisão da literatura. Desenvolvemos propostas de técnicas e as refinamos através de iterações de exercícios e de entrevistas com profissionais. Apresentamos a ActionSketch em oficinas para grupos de profissionais da área, onde coletamos resultados do uso da técnica para em seguida analisá-los. A versão da técnica utilizada neste trabalho (v0.8) é composta por quatro partes: quadros, cores, símbolos e regras. Os quadros são uma forma para lidar com a questão temporal, as cores buscam separar as ações do usuário e do sistema, os símbolos são notações para deixar o desenho mais ágil e as regras são boas práticas para orientar o uso da técnica. Esta versão foi apresentada para 24 profissionais em quatro oficinas, seguidas de um período de uso continuado de 18 dias em média e fechado com entrevistas individuais para coletar comentários. Para atingir nosso objetivos a análise dos dados foi feita em dois níveis: um nível mais pragmático, para avaliar a adequação da técnica na sua aplicação prática, e um outro nível mais conceitual, onde pudemos investigar os aspectos mais gerais da prática de esboços, com foco no design de interação. De maneira sucinta os resultados obtidos indicam que a ActionSketch: auxilia o processo cognitivo; facilita a comunicação quando ao menos um designer conhece a técnica; pode ser modificada ou aplicada parcialmente; tem um aprendizado inicial rápido, que pode evoluir de maneira modular; é particularmente adequada para detalhes da interação. Em termos práticos a técnica se mostrou suficientemente adequada para uso e apontou possíveis melhorias. Já no aspecto teórico pudemos verificar a importância da representação da interação nos esboços, que trouxe diversos benefícios para o processo. O trabalho também aponta algumas direções futuras, como uma nova versão da ActionSketch e sua divulgação online de maneira modular e colaborativa. / Interaction design is a relatively new discipline which can be understood as the design of the subjective and qualitative aspects of everything that is both digital and interactive. Sketching is a common practice in design and consists of freehand drawings made on paper to test alternatives and communicate them to other professionals. Interaction design brings new challenges to the practice of sketches, because of the need to represent the interaction as well as the visual layout of the interface. A survey of current practices shows significant limitations and that the subject is still little explored. Therefore the aim of this work was to improve sketching in interaction design, with four lines of action: to analyze the specifics of practice in interaction design sketches to understand the opportunities for improvement; to develop a technique, called ActionSketch, to try to take advantage of these opportunities; to verify if ActionSketch improves the process of sketching in interaction design; to analyze the use of the technique to try to identify how it helps or hinders the process. To achieve these objectives, we adopted the following plan of action. We conducted an extensive literature review. We developed proposals of the technique and refined them through iterations of exercises and interviews with professionals. We then presented ActionSketch in workshops for groups of professionals, from where we collected the results. The version of the technique used in this work (v0.8) consists of four parts: frames, colors, symbols and rules. Frames are a way to deal with the question of representing time, the colors try to evidence the user and system actions, symbols are notations to improve the speed of drawing and rules are good practices that guide the use of the technique. This version was presented to 24 professionals in four workshops, followed by a period of continuous use of 18 days on average and closed with individual interviews to gather feedback. To achieve our objective data analysis was done on two levels: a more pragmatic level, to assess the adequacy of the technique in practical application, and another more conceptual level, where we investigate the more general aspects of the practice of sketches, with focus on interaction design. Briefly the results obtained indicate that ActionSketch: assists the cognitive process; facilitates communication when at least one designer knows the technique; may be modified or partially applied; has a smooth learning curve, which can evolve in a modular way; is particularly adequate for details of the interaction. In practical terms the technique seemed adequate enough for use and indicated some points for improvement. In the theoretical aspect we could verify the importance of representing the interaction in sketches, which brought many benefits to the process. The study also points to some interesting future directions, such as a new version of ActionSketch and the creation of a collaborative site for it\'s publication.