بخشی از مقاله
خلاصه:
امروزه فشرده سازی و بازسازی تصاویر متحرک در پردازش سیگنال دیجیتال در مخابرات و ارتباطات، اهمیت بسیاری دارد. در هنگام انتقال تصویر، نویز کانال باعث از دست رفتن مقداری از اطلاعات تصویر و کاهش کیفیت تصاویر بازسازی شده می شود. روشهای گوناگونی جهت بهبود کیفیت فشرده ساز MPEG-2 وجود دارد که از میان آنها می توان به کدینگ چند توصیفی به عنوان روشی قدرتمند اشاره کرد. در این مقاله دو روش مکانی کدینگ چند توصیفی ارائه می گردد. عملکرد این روش ها با بکارگیری افزونگی در حوزه فرکانس بهبود می یابد. در روشهای پیشنهادی ابتدا به ویدئو در حوزه فرکانس افزونگی اضافه می گردد. سپس اطلاعات ویدئو به دو قسمت تقسیم می شود و هر قسمت توسط فشرده ساز MPEG-2 کدگذاری می شود. پس از عبور هر قسمت از کانال نویزی، این دو قسمت به گونه ای مناسب تلفیق می گردد. روشهای پیشنهادی به همراه سایر روشهای مورد مقایسه بر روی چند ویدئوی مشهور شبیه سازی می شود و کیفیت ویدئوهای بازسازی شده، به صورت کمی - توسط - PSNR و کیفی - دیداری - ارزیابی می گردد. نتایج شبیه سازی و سنجش کیفیت فریم های مختلف فشرده شده نشان می دهد که درکلیه فایلهای ویدئویی، استفاده از روش پیشنهادی دوم در درصدهای نویز زیاد 6% - تا - 20% نتایج بهتری را جهت بازسازی فریم ها به دنبال خواهد داشت.
کلمات کلیدی: افزونگی، تصاویر متحرک، فشرده ساز MPEG-2، کدینگ چند توصیفی
- 1 مقدمه
در این روش که به منظور کنترل خطا در انتقال ویدئو بکار می رود، خطای قسمت رمزگشا پنهان گردیده و از این رو احتیاجی به تغییرات در رمزگذار نیست .[4] شکل 1 بلوک دیاگرام فشرده کننده چند توصیفی منبع را با استفاده از دو کانال نشان می دهد. وقتی که اطلاعات روی یک کانال دچار تخریب شده است، کدبردار جانبی اطلاعات کدبرداری شده کانال دیگر را دریافت می کند و اطلاعات تخریب شده را با استفاده از اطلاعات کانال دیگر تقریب می زند و سپس اطلاعات دو کانال برای رسیدن به کیفیت مناسب ترکیب می شود. اما اگر اطلاعات هر دو کانال به صورت صحیح و بدون آسیب دریافت شود، اطلاعات دو کانال با هم ترکیب شده و سپس وارد کدبردار مرکزی می شود5]، .[6 مقایسه روشهای مورد بحث انجام می شود. در بخش 5، مقاله با نتیجه گیری پایان می پذیرد.
- 2 پیشینه علمی
در این بخش روشهای موجود در فشرده کننده ی چند توصیفی و یک روش ایجاد افزونگی در حوزه فرکانس جهت بهبود کیفیت ویدئو مطرح می شود. الف - مروری بر روشهای موجود در کدینگ چند توصیفی روش مطرح شده در [12] به این صورت است که سطر بلوکهای زوج تصویر اصلی در یک کانال و سطر بلوکهای فرد در کانال دیگر قرار داده می شود. نحوه جداسازی سطر بلوکهای زوج و فرد در شکل 2 آمده روش پیشنهاد ی در [7] شامل آنالیزهای تئوری کاملی است ولی عملکرد آن روی تصاویر حقیقی نسبتاً محدود استاحتمالاً. دلیل اصلی آن، مدل سیگنال است که برای تصاویر حقیقی دقت ندارد.
در [8] برای جبران فریم های از دست رفته، از افزونگی استفاده می شود. برای پوشش بهتر خطا، وزنهای بهینه برای درون یابی زمانی- مکانی از تصویر اصلی تعیین و کوانتیزه شده و در افزونگی ها به حساب می آید. تعیین وزنهای بهینه به محاسبات زیادی نیاز دارد. در [9 ]-[11] روشهایی در چهارچوب کدگذاری تبدیل ٍ پیشنهاد شده است. بر خلاف رمزگذارهای تبدیل معمول که سعی می کنند تا ضرایب را ناهمبسته کنند، این مراجع از یک تبدیل استفاده می کنند تا همبستگی بین ضرایب را افزایش دهند و با طراحی یک تبدیل برای 1 2 متغیر، تبدیل دو متغیر در یک زمان را پیشنهاد می دهند. آنها مشخص می کنند که چگونه با مجموعه ای از متغیرها زوج هایی را تشکیل دهند و چگونه افزونگی را بین زوج های مختلف جاسازی کنند تا بازسازی تصاویر با بیشترین کیفیت انجام شود.
در ادامه ی مقاله در بخش 2، دو روش کدینگ چند توصیفی به همراه روش ایجاد افزونگی عنوان می گردد. در بخش 3 روشهای پیشنهادی، مورد بحث قرار گرفته و در بخش 4 نتایج شبیه سازی موجود است و تصاویر پس از جداسازی در دو کانال به صورت جداگانه کدگذاری و منتقل می گردد . پس از کدبرداری دو کانال در گیرنده اطلاعات دو کانال به گونه ای مناسب با هم تلفیق می شود. بلوک دیاگرام این روش در شکل 3 آمده است. در [13] بلوکهایی که در موقعیت سطر فرد - ستون فرد و سطر زوج - ستون زوج هستند داخل یک توصیف و بلوکهایی که در موقعیت سطر فرد - ستون زوج و سطر زوج- ستون فرد می باشند در توصیفی دیگر قرار می گیرند. نحوه قرار گرفتن تصویر در دو توصیف در شکل 4 آمده
است. هر فریم به دو توصیف تقسیم می شود، سپس هر توصیف به صورت مجزا کدگذاری و منتقل می گردد. پس از کدبرداری دو کانال، در گیرنده اطلاعات دو کانال به گونه ای مناسب تلفیق می گردد. بلوک دیاگرام این روش در شکل 5 آمده است. لازم به ذکر است که با افزودن صفر، تعداد نمونه های فرکانس بالا در DCT افزایش یافته و همبستگی پیکسل ها به هم بیشتر می شود و چون صفر اضافه شده، تصویر بزرگتر و تیره تر می گردد. از ماتریس فوق، تبدیل عکس DCT دو بعدی گرفته می شود. این تصویر نمونه برداری اضافی شده در واقع تصویر اصلی با نرخ نمونهبرداری بالاتر است. بنابراین پیکسل ها به یکدیگر نزدیکترند و مقادیرشان به هم همبستهترند.
-3 روشهای پیشنهادی
در این بخش به روشهای بخش 2 در حوزه فرکانس افزونگی اضافه می گردد.
الف - روش پیشنهادی اول
بلوک دیاگرام این حالت درشکل 7 نشان داده شده است. فریمهای ویدئو افزونگی اضافه می شود. پس از اضافه کردن افزونگی، ابعاد ماتریس به دست آمده 288×352 می شود. سپس با استفاده از روش [12] فریمها به دو قسمت تقسیم می شود این مرحله پیش پردازش است. ویدئوهای بدست آمده توسط MPEG-2 فشرده سازی می شود. هر کدام از این ویدئوها از دو کانال مستقل عبور می کند. اگر دو توصیف دریافت شود، مرحله پس پردازش به سادگی اطلاعات دو کانال را با هم ترکیب و سپس کدبرداری می کند. اگر فقط یک توصیف دریافت شود اطلاعات هر کانال به صورت جداگانه کدبرداری می شود و توصیف از دست رفته توسط توصیف دیگر تقریب زده می شود. در این مقاله از یک سیستم کد کننده کانال قوی استفاده شده است که می تواند کانال با کیفیت بهتر را تشخیص و به ما پیشنهاد دهد. رزولوشن ویدئوی نهایی CIF است. مراحل روش مورد استفاده جهت برگشت به اندازه ویدئوی اولیه - QCIF - در شکل 8 آمده است. در این روش در هر فریم ابتدا پیکسل های سطر فرد - ستون فرد انتخاب می شود. اگر ماتریس تصویر اصلی X باشد مقدار پیکسل Yi,j از رابطه - - 1 محاسبه می شود:
