Titel: Untersuchung der Bildqualität übertragener Videos in Abhängigkeit von Übertragungsverlusten und der Qualitätsverbesserung mit Hilfe von Fehlertoleranzverfahren im Empfängerendsystem
Kurzeinleitung: Bildtelefonie und Videokonferenzen sind Beispiele für Anwendungen, die verlustfreie und realzeitnahe Übertragung von Bildströmen (Videos) fordern. Während die verlustfreie Übertragung digitaler Daten ohne zeitliches Limit heute als technisch gelöst betrachtet wird, so ist die realzeitnahe (rechtzeitige) Lieferung der Daten über diensteintegrierte, digitale Netze eine technologische Herausforderung. Messungen im Internet legen die Annahme nahe, daß der Empfänger damit rechnen muß, daß abhängig vom Lastprofil bis zu 30% der darzustellenden Daten nicht rechtzeitig ausgeliefert werden. Applikationen zur Unterstützung von Bildtelefonie und Videokonferenzen werden darum mit Techniken zur Verbesserung der Bildqualität zur Laufzeit ausgestattet. Ein Ansatz dabei ist die Fehlerbehandlung im Endsystem des Empfängers.

In dieser Arbeit werden verschiedene Techniken zur Generierung von Fülleinheiten für Verluste im Endsystem des Empfängers in einen H.263-Dekoder implementiert. Verlustbehaftete Videos werden mit diesen Techniken behandelt. Die so entstandenen Videos werden durch Betrachter bewertet. Statistische Meßgrößen über die behandelten Videos werden gebildet. Zum einen soll dadurch eine Vorstellung gewonnen werden über den Anwendungsbereich einzelner Techniken bezüglich Verlustsituation und Bewegungsintensität. Zum anderen soll untersucht werden, inwieweit sich mit Hilfe der statistischen Meßgrößen Vorhersagen machen lassen über die Bewertung durch Betrachter.

Literatur: Literaturverzeichnis, Stand 21. Februar 2001
PSNR: peak-signal-to-noise-ratio, Signalrauschabstand:

Zentrale statistische Meßgröße zur Bewertung von Bildpunkten, Bildern und Bildströmen. Setzt Kenntnis der originalen Farbwerte o(i) und der (codierten, corrumpierten, corrigierten) Farbwerte c(i) voraus. Errechnet sich dann als logarithmiertes Verhältnis des quadrierten Maximalwertes zur (mittleren) quadrierten Abweichung des originalen zum verfälschten Farbwert:

Bildbeispiele: a) Ersetzung einer verlorengegangenen group of blocks, (GOB) in einem absolut kodierten Bild (Intra-Kodierung) durch "hellgrau". Originalbild, Bild mit Ersetzung, Verfälschung durch Differenzenkodierung mit Bewegungskompensation im einhundertsten Folgebild aus der wenig bewegten Sequenz grandma, QCIF-kodiert mit Q=1 und 15fps.
b) Ersetzung in derselben Situation durch "Mittel-aus-Zwei". Bei dieser Interpolations-Technik wird der "neue" Farbwert von jedem verlorenen Bildpunkt als Mittelwert des entsprechenden Punktes aus der GOB direkt darüber und darunter gebildet. Im einhundersten Folgebild sind kaum Artefakte sichtbar.
c) Akkumulation von Artefakten bei Differenzenkodierung. Hier ist links das 105. Bild der bewegten Sequenz carphone ohne Verluste dargestellt. (QCIF, Q=1, 15fps), rechts dasselbe Bild mit Artefakten, die entstehen, wenn in dieser Sequenz 5% aller GOBs verloren gehen und diese Verluste durch Wiederholung der entsprechenden GOB aus dem vorigen Bild verschleiert werden.


21-feb-2001
Tim Suchanek