Master's thesis deals with the assessment of quality of Ultra HDTV video sequences applying objective metrics. Thesis theoretically describes coding of selected codecs H.265/HEVC and VP9, objective video quality metrics and also subjective methods for assessment of the video sequences quality. Next chapter deals with the implementation of the H.265/HEVC and the VP9 codecs at selected video sequences in the raw format from which arises the test sequences database. Quality of these videos is measured afterwards by objective metrics and selected subjective method. These results are compared for the purpose of finding the most consistent correlations among objective metrics and subjective assessment.

The JPEG codec is currently the most widely used image format. This work deals with the design and implementation of an alternative JPEG codec using proximal algorithms in combination with the fixation of points from the original image to suppression of artifacts created in common JPEG coding. To solve the problem, the prox_TV and then the Douglas-Rachford algorithm were used, for which special functions using l_1-norm for image reconstruction were derived. The results of the proposed solution are very good because they can effectively suppress the artefacts created and the result corresponds to the image with a higher set qualitative factor. The proposed method achieves very good results for both simple images and photos, but in the case of large images (1024 × 1024 px) and larger, a large amount of computing time is required, so the method is more suitable for smaller images.

Disertační práce se zabývá metodami a prostředky pro hodnocení kvality obrazu ve videosekvencích, což je velmi aktuální téma, zažívající velký rozmach zejména v souvislosti s digitálním zpracováním videosignálů. Přestože již existuje relativně velké množství metod a metrik pro objektivní, tedy automatizované měření kvality videosekvencí, jsou tyto metody zpravidla založeny na porovnání zpracované (poškozené, například komprimací) a originální videosekvence. Metod pro hodnocení kvality videosekvení bez reference, tedy pouze na základě analýzy zpracovaného materiálu, je velmi málo. Navíc se takové metody převážně zaměřují na analýzu hodnot signálu (typicky jasu) v jednotlivých obrazových bodech dekódovaného signálu, což je jen těžko aplikovatelné pro moderní komprimační algoritmy jako je H.264/AVC, který používá sofistikovené techniky pro odstranění komprimačních artefaktů. V práci je nejprve podán stučný přehled dostupných metod pro objektivní hodnocení komprimovaných videosekvencí se zdůrazněním rozdílného principu metod využívajících referenční materiál a metod pracujících bez reference. Na základě analýzy možných přístupů pro hodnocení video sekvencí komprimovaných moderními komprimačními algoritmy je v dalším textu práce popsán návrh nové metody určené pro hodnocení kvality obrazu ve videosekvencích komprimovaných s využitím algoritmu H.264/AVC. Nová metoda je založena na sledování hodnot parametrů, které jsou obsaženy v transportním toku komprimovaného videa, a přímo souvisí s procesem kódování. Nejprve je provedena úvaha nad vlivem některých takových parametrů na kvalitu výsledného videa. Následně je navržen algoritmus, který s využitím umělé neuronové sítě určuje špičkový poměr signálu a šumu (peak signal-to-noise ratio -- PSNR) v komprimované videosekvenci -- plně referenční metrika je tedy nahrazována metrikou bez reference. Je ověřeno několik konfigurací umělých neuronových sítí od těch nejjednodušších až po třívrstvé dopředné sítě. Pro učení sítí a následnou analýzu jejich výkonnosti a věrnosti určení PSNR jsou vytvořeny dva soubory nekomprimovaných videosekvencí, které jsou následně komprimovány algoritmem H.264/AVC s proměnným nastavením kodéru. V závěrečné části práce je proveden rozbor chování nově navrženého algoritmu v případě, že se změní vlastnosti zpracovávaného videa (rozlišení, střih), případně kodéru (formát skupiny současně kódovaných snímků). Chování algoritmu je analyzováno až do plného vysokého rozlišení zdrojového signálu (full HD -1920 x 1080 obrazových bodů).

This thesis is focused on subject of image compression using wavelet transform. The first part of this document provides reader with information about image compression, presents well known contemporary algorithms and looks into details of wavelet compression and following encoding schemes. Both JPEG and JPEG 2000 standards are introduced. Second part of this document analyzes and describes implementation of image compression tool including inovations and optimalizations. The third part is dedicated to comparison and evaluation of achievements.

Image Super-Resolution (ISR) is a technology that aims to increase image resolution while preserving as much content and detail as possible. In this study, we evaluate four different Deep Learning models (EDSR, LapSRN, ESPCN, and FSRCNN) to determine their effectiveness in increasing the resolution of lowresolution images. The study builds on previous research in the field as well as the results of the comparison between the different deep learning models. The problem statement for this study is: “Which of the four Deep Learning-based models, EDSR, LapSRN, ESPCN, and FSRCNN, generates an upscaled image with the best quality from a low-resolution image on a dataset of Abyssinian cats, with a factor of four, based on quantitative results?” The study utilizes a dataset consisting of pictures of Abyssinian cats to evaluate the performance and results of these different models. Based on the quantitative results obtained from RMSE, PSNR, and Structural Similarity (SSIM) measurements, our study concludes that EDSR is the most effective Deep Learning-based model. / Bildsuperupplösning (ISR) är en teknik som syftar till att öka bildupplösningen samtidigt som så mycket innehåll och detaljer som möjligt bevaras. I denna studie utvärderar vi fyra olika Deep Learning modeller (EDSR, LapSRN, ESPCN och FSRCNN) för att bestämma deras effektivitet när det gäller att öka upplösningen på lågupplösta bilder. Studien bygger på tidigare forskning inom området samt resultatjämförelser mellan olika djupinlärningsmodeller. Problemet som studien tar upp är: “Vilken av de fyra Deep Learning-baserade modellerna, EDSR, LapSRN, ESPCN och FSRCNN generarar en uppskalad bild med bäst kvalité, från en lågupplöst bild på ett dataset med abessinierkatter, med skalningsfaktor fyra, baserat på kvantitativa resultat?” Studien använder en dataset av bilder på abyssinierkatter för att utvärdera prestandan och resultaten för dessa olika modeller. Baserat på de kvantitativa resultaten som erhölls från RMSE, PSNR och Structural Similarity (SSIM) mätningar, drar vår studie slutsatsen att EDSR är den mest effektiva djupinlärningsmodellen.

Submitted by Kelren Mota (kelrenlima@ufpa.br) on 2018-06-14T18:39:25Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_MetodologiaPredicaoPerda.pdf: 3699343 bytes, checksum: 3b43522af593666187f8aef07927421f (MD5) / Approved for entry into archive by Kelren Mota (kelrenlima@ufpa.br) on 2018-06-14T18:39:41Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_MetodologiaPredicaoPerda.pdf: 3699343 bytes, checksum: 3b43522af593666187f8aef07927421f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-14T18:39:41Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_MetodologiaPredicaoPerda.pdf: 3699343 bytes, checksum: 3b43522af593666187f8aef07927421f (MD5) Previous issue date: 2018-02-27 / Esta dissertação apresenta uma metodologia que visa auxiliar o planejamento de sistemas de redes sem fio indoor, que requerem o conhecimento prévio dos ambientes nos quais serão implantados. Assim, é necessário precisão na análise do sinal por meio de uma abordagem empírica estatística, que leva em consideração alguns fatores que influenciam na propagação do sinal indoor: arquitetura dos prédios; disposição de móveis no interior dos compartimentos; números de paredes e pisos de diversos materiais, além do espalhamento das ondas de rádio. A metodologia adotada é baseada em medições com uma abordagem cross-layer, que demonstra o impacto da camada física em relação à camada de aplicação, com o objetivo de prever o comportamento da métrica de Qualidade de Experiência (QoE), chamada de Peak signal-to-noise ratio (PSNR), em transmissões de vídeo em 4k em redes sem fio 802.11ac, no ambiente indoor. Para tanto, foram realizadas medições, que demonstram como o sinal/vídeo se degrada no ambiente estudado, sendo possível modelar esta degradação por meio de uma técnica de inteligência computacional, chamada Redes Neurais Artificiais (RNA), na qual são inseridos parâmetros de entrada como, por exemplo, a distância do transmissor ao receptor e o número de paredes atravessadas a fim de predizer perda de propagação e perda de PSNR. Para avaliar a capacidade de predição dos métodos propostos, foram obtidos os valores dos erros Root Mean Sqare (RMS) entre os dados medidos e os preditos, pelo os métodos de predição perda de propagação e perda de PSNR, sendo os valores respectivos 2,17 dB e 2,81 dB. / This dissertation presents a methodology that aims to assist the planning of indoor wireless network systems, which require prior knowledge of the environments in which they will be deployed. Thus, accurate signal analysis is necessary by means of a statistical empirical approach, which takes into account some factors that influence the propagation of the indoor signal: architecture of the buildings; arrangement of furniture inside the compartments; numbers of walls and floors of various materials, and the spread of radio waves. The methodology adopted is based on measurements with a cross-layer approach, which demonstrates the impact of the physical layer in relation to the application layer, in order to predict the behavior of the Quality of Experience (QoE) metric, called Peak signal- to-noise ratio (PSNR), in 4K video streams on 802.11ac wireless networks in the indoor environment. In order to do so, measurements were performed, which demonstrate how the signal / video degrades in the studied environment. It is possible to model this degradation by means of a computational intelligence technique, called Artificial Neural Networks (RNA), in which input parameters are inserted as, for example, the distance from the transmitter to the receiver and the number of walls crossed in order to predict loss of propagation and loss of PSNR. In order to evaluate the predictive capacity of the proposed methods, the values of the Root Mean Sqare (RMS) errors between the measured and predicted data were obtained by the prediction methods loss of propagation and loss of PSNR, with respective values of 2.17 dB and 2.81 dB.

This master's thesis deals with methods of increasing the image resolution. It contens as a description of theoretical principles and description of calculations which are wellknown nowdays and are usually used for increasing image resolution both description of new methods which are used in this area of image procesing. It also contens a method which I suggested myself. There is also a description of methods for an evaluation of image similarity and a comparation of results from methods which are described in this thesis. This thesis includes implementations of selected methods in programming language MATLAB. It was created an application, which realizes some methods of increasing image and evaluate their results relation to the original image using PSNR and SSIM index.

Cílem téhle práce je navrhnutí nových technik pro robustní neviditelné značení digitálních signálů. Nejdříve je prezentován současný stav tohoto odvětví a dostupné softwarové řešení. Poté následuje návrh několika algoritmů pro neviditelné značení, přičemž každý z nich je založen na jiném principu. Dále je připravena sada digitálních testovacích signálů společně s testovacím softwarem pro otestování navržených řešení a jejích porovnání s vybraným dostupným softwarem. Poté následuje srovnání naměřených výsledků, výkonu a jejích diskuze.

Diploma thesis deals with the analysis of quality in digital television systems and contains theoretical description of subjective and objective assessment of quality picture methods. The thesis contains short-term and long-term analysis of quality picture of terrestrial television DVB-T. Measurements and experimentations were carried out with the help of Rohde&Schwarz DVQ analyzer of picture quality and software MPEG-2 Quality Monitor and MPEG-2 Elementary stream analyzer.

[ES] Esta tesis presenta diversas propuestas encaminadas a mejorar la transmisión de vídeo a través del estándar DASH (Dynamic Adaptive Streaming over HTTP). Este trabajo de investigación estudia el protocolo de transmisión DASH y sus características. A la vez, plantea la codificación con calidad constante y bitrate variable como modo de codificación del contenido de vídeo más indicado para la transmisión de contenido bajo demanda mediante el estándar DASH. Derivado de la propuesta de utilización del modo de codificación de calidad constante, cobra mayor importancia el papel que juegan los algoritmos de adaptación en la experiencia de los usuarios al consumir el contenido multimedia. En este sentido, esta tesis presenta un algoritmo de adaptación denominado Look Ahead el cual, sin modificar el estándar, permite utilizar la información de los tamaños de los segmentos de vídeo incluida en los contenedores multimedia para evitar tomar decisiones de adaptación que desemboquen en paradas no deseadas en la reproducción de contenido multimedia. Con el objetivo de evaluar las posibles mejoras del algoritmo de adaptación presentado, se proponen tres modelos de evaluación objetiva de la QoE. Los modelos propuestos permiten predecir de forma sencilla la QoE que tendrían los usuarios de forma objetiva, utilizando parámetros conocidos como el bitrate medio, el PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio) y el valor de VMAF (Video Multimethod Assessment Fusion). Todos ellos aplicados a cada segmento. Finalmente, se estudia el comportamiento de DASH en entornos Wi-Fi con alta densidad de usuarios. En este contexto, se producen un número elevado de paradas en la reproducción por una mala estimación de la tasa de transferencia disponible debida al patrón ON/OFF de descarga de DASH y a la variabilidad del acceso al medio de Wi-Fi. Para paliar esta situación, se propone un servicio de coordinación basado en la tecnología SAND (MPEG's Server and Network Assisted DASH) que proporciona una estimación de la tasa de transferencia basada en la información del estado de los players de los clientes. / [CA] Aquesta tesi presenta diverses propostes encaminades a millorar la transmissió de vídeo a través de l'estàndard DASH (Dynamic Adaptive Streaming over HTTP). Aquest treball de recerca estudia el protocol de transmissió DASH i les seves característiques. Alhora, planteja la codificació amb qualitat constant i bitrate variable com a manera de codificació del contingut de vídeo més indicada per a la transmissió de contingut sota demanda mitjançant l'estàndard DASH. Derivat de la proposta d'utilització de la manera de codificació de qualitat constant, cobra major importància el paper que juguen els algorismes d'adaptació en l'experiència dels usuaris en consumir el contingut. En aquest sentit, aquesta tesi presenta un algoritme d'adaptació denominat Look Ahead el qual, sense modificar l'estàndard, permet utilitzar la informació de les grandàries dels segments de vídeo inclosa en els contenidors multimèdia per a evitar prendre decisions d'adaptació que desemboquin en una parada indesitjada en la reproducció de contingut multimèdia. Amb l'objectiu d'avaluar les possibles millores de l'algoritme d'adaptació presentat, es proposen tres models d'avaluació objectiva de la QoE. Els models proposats permeten predir de manera senzilla la QoE que tindrien els usuaris de manera objectiva, utilitzant paràmetres coneguts com el bitrate mitjà, el PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio) i el valor de VMAF (Video Multimethod Assessment Fusion). Tots ells aplicats a cada segment. Finalment, s'estudia el comportament de DASH en entorns Wi-Fi amb alta densitat d'usuaris. En aquest context es produeixen un nombre elevat de parades en la reproducció per una mala estimació de la taxa de transferència disponible deguda al patró ON/OFF de descàrrega de DASH i a la variabilitat de l'accés al mitjà de Wi-Fi. Per a pal·liar aquesta situació, es proposa un servei de coordinació basat en la tecnologia SAND (MPEG's Server and Network Assisted DASH) que proporciona una estimació de la taxa de transferència basada en la informació de l'estat dels players dels clients. / [EN] This thesis presents several proposals aimed at improving video transmission through the DASH (Dynamic Adaptive Streaming over HTTP) standard. This research work studies the DASH transmission protocol and its characteristics. At the same time, this work proposes the use of encoding with constant quality and variable bitrate as the most suitable video content encoding mode for on-demand content transmission through the DASH standard. Based on the proposal to use the constant quality encoding mode, the role played by adaptation algorithms in the user experience when consuming multimedia content becomes more important. In this sense, this thesis presents an adaptation algorithm called Look Ahead which, without modifying the standard, allows the use of the information on the sizes of the video segments included in the multimedia containers to avoid making adaptation decisions that lead to undesirable stalls during the playback of multimedia content. In order to evaluate the improvements of the presented adaptation algorithm, three models of objective QoE evaluation are proposed. These models allow to predict in a simple way the QoE that users would have in an objective way, using well-known parameters such as the average bitrate, the PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio) and the VMAF (Video Multimethod Assessment Fusion). All of them applied to each segment. Finally, the DASH behavior in Wi-Fi environments with high user density is analyzed. In this context, there could be a high number of stalls in the playback because of a bad estimation of the available transfer rate due to the ON/OFF pattern of DASH download and to the variability of the access to the Wi-Fi environment. To relieve this situation, a coordination service based on SAND (MPEG's Server and Network Assisted DASH) is proposed, which provides an estimation of the transfer rate based on the information of the state of the clients' players. / Belda Ortega, R. (2021). Mejora del streaming de vídeo en DASH con codificación de bitrate variable mediante el algoritmo Look Ahead y mecanismos de coordinación para la reproducción, y propuesta de nuevas métricas para la evaluación de la QoE [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/169467