Πανεπιστημιο Κυπρου, Τμημα Πληροφορικης

ΕΠΛ 658 ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΒΙΝΤΕΟ

(DIGITAL VIDEO PROCESSING)

7.5 ECTS

Ακαδημαϊκό Έτος 2005 – 2006, Εαρινό Εξάμηνο

Επικοινωνία – Γενικές Πληροφορίες

Εισαγωγή

Ο όρος Ψηφιακή Επεξεργασία Βίντεο (όπως πολλές φορές και ο όρος Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας) έχει συχνά παρερμηνευτεί.

Ακόμη και στους απόφοιτους ή φοιτητές καθαρά τεχνολογικών σχολών του Πανεπιστημίου Κύπρου (Πληροφορική, Μηχανικοί κλπ.)

Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας στις περισσότερες περιπτώσεις συνδέεται με το Adobe Photoshop και Ψηφιακή Επεξεργασία Βίντεο με το Adobe Premiere.

Ο στόχος του μαθήματος Ψηφιακή Επεξεργασία Βίντεο είναι να εισάγει τους φοιτητές στο αντίστοιχο επιστημονικό πεδίο και να το συνδέσει με πραγματικές εφαρμογές της καθημερινής μας ζωής (Βίντεο κατ’ απαίτηση, τεχνολογίες μετάδοσης ψηφιακού βίντεο μέσω δορυφορικών καναλιών, Video over Internet κλπ.).

Στόχοι

Με την ολοκλήρωση του μαθήματος οι φοιτητές θα είναι σε θέση εφαρμόζουν σύγχρονες τεχνικές επεξεργασίας και κωδικοποίησης βίντεο. Για τον σκοπό αυτό θα αποκτηθούν γνώσεις και δεξιότητες για τα παρακάτω θέματα:

• Κατανόηση, μορφοποίηση και αναπαράσταση βίντεο.
• Δειγματοληψία, 2Δ και 3Δ μετασχηματισμοί Fourier, Wavelets.
• Τεχνικές εκτίμησης κίνησης σε ακολουθίες βίντεο
• Τεχνικές κωδικοποίησης βίντεο
• 3Δ-Ανακατασκευή Βίντεο από 2Δ-ακολουθίες (3D reconstruction for 2D video sequences).
• Σύγχρονα πρότυπα ψηφιακού βίντεο (Η261, Η263, MPEG-2, MPEG-4, MPEG-7, MPEG-21 κλπ.) και τις εφαρμογές τους.
• Τα ερευνητικά ζητήματα που απασχολούν την ψηφιακή επεξεργασία βίντεο

Περιγραφή Μαθήματος - Διδασκόμενα  Θέματα

Το μάθημα περιλαμβάνει τα ακόλουθα θέματα:

• Basics of analog and digital video:
• Color video formation and specification,
• Analog TV system,
• Digital video formats
• Frequency domain analysis of video signals, spatial and temporal frequency response of the human visual system.
• Scene, camera, and motion modeling, 3D motion and projected 2D motion, models for typical camera/object motions.
• 2D motion estimation:
• Optical flow equation,
• Motion estimation methods (pixel-based, block-based, mesh-based, global motion estimation, multi-resolution approach)
• Basic compression techniques:
• Information bounds for lossless and lossy source coding,
• Binary encoding
• Scalar/vector quantization
• Waveform-based coding:
• Transform coding,
• Predictive coding including motion compensated prediction and interpolation,
• Block-based hybrid video coding,
• Scalable video coding
• Video compression standards (H.261 and H.263, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, MPEG-7, MPEG-21).
• Error control in video communications
• Presentation of Students Projects

Αξιολόγηση και Βαθμολόγηση

Οι φοιτητές/τριες θα πρέπει να κάνουν μια σειρά από ατομικές εργαστηριακές ασκήσεις και μια ομαδική εργασία (εργασία εξαμήνου) σε κάποιο θέμα της ψηφιακής επεξεργασίας βίντεο. Οι εργαστηριακές ασκήσεις αποσκοπούν στην κατανόηση των θεμάτων που πραγματεύεται το μάθημα και θα είναι προσανατολισμένες σε υλοποιήσεις απλών αλγορίθμων. Η ομαδική εργασία (δύο ατόμων) περιλαμβάνει την ανάγνωση μιας σειράς ερευνητικών άρθρων, τη σύγκριση επίδοσης διαφόρων τεχνικών και (ενδεχομένως) την ανάπτυξη τροποποιήσεων / βελτιώσεων από τους φοιτητές. Η ομαδική εργασία μπορεί επίσης να αφορά την εις βάθος μελέτη ενός προτύπου κωδικοποίησης ή μιας τεχνικής 3Δ ανακατασκευής βίντεο από 2Δ ακολουθίες.

Η αξιολόγηση των φοιτητών γίνεται με βάση την απόδοσή τους στις ασκήσεις, την ομαδική εργασία και καθώς και τη γραπτή τελική εξέταση, σύμφωνα με τους συντελεστές βαρύτητας του ακόλουθου πίνακα:

Εργαστηριακές Ασκήσεις 25% Εξέταση Ημιεξαμήνου 25% Τελική Εξέταση 50% ΣΥΝΟΛΟ

Απαραίτητη προϋπόθεση επιτυχίας στο μάθημα είναι η εξασφάλιση βαθμού τουλάχιστον 45% σε κάθε είδος αξιολόγησης.

• Παρέλευση της διορίας παράδοσης των εργασιών συνεπάγεται μείωση κατά 20% της συνολικής βαθμολογίας της συγκεκριμένης εργασίας ανά εβδομάδα καθυστέρησης
• Η εργασία εξαμήνου η οποία θα ανακηρυχθεί καλύτερη (μετά από αξιολόγηση από τον διδάσκοντα αλλά και τους φοιτητές/τριες) θα πριμοδοτηθεί στην βαθμολόγηση.

ΔΙΔΑΚΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ

Η θεωρία του μαθήματος θα καλυφθεί από το εγχειρίδιο:

• Yao Wang, Jφrn Ostermann, and Ya-Qin Zhang (2002). Video Processing and Communications. Prentice Hall, Inc, ISBN 0-13-017547-1.
• Επιπλέον θα δοθούν επιλεγμένα άρθρα βιβλιογραφίας αλλά και online μαθησιακό υλικό.

ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΑ ΕΡΓΑΛΕΙΑ

Για την διεκπεραίωση των εργαστηριακών ασκήσεων αλλά και την υλοποίηση των ατομικών εργασιών  και εργασιών εξαμήνου θα χρειαστεί εξοικείωση με τα παρακάτω εργαλεία αλλά και τα αντίστοιχα εγχειρίδια:

 MathWorks. Matlab R13, Image Processing Toolbox. http://www.mathworks.com.

 Intel Corporation. Open Source Computer Vision Library. http://developer.intel.com

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

Στο εργαστήριο θα πραγματοποιούνται φροντιστηριακές ασκήσεις, οι οποίες θα αφορούν επιδείξεις τεχνικών και μεθοδολογιών της ψηφιακής επεξεργασίας βίντεο με στόχο την βαθύτερη κατανόηση της θεωρίας.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

Τα κατωτέρω βιβλία είναι ιδιαίτερα χρήσιμα για την εις βάθος κατανόηση των θεμάτων που πραγματεύεται το μάθημα:

 Barry G. Haskell, Atul Puri and Arun N. Netravali (1997). Digital Video: An Introduction to MPEG-2, Chapman & Hall, ISBN 0-412-08411-2. (Industrial and algorithmic oriented – Easy to understand for novice digital video learners)

 Murat Tekalp (1995). Digital Video Processing, Prentice Hall, ISBN: 0-13-190075-7. (This is the classic textbook for Digital Video Processing)

 Fernando Pereira and Touradj Ebrahimi (eds) (2002). The MPEG-4 book. Prentice Hall, ISBN: 0-13-061621-4. (Covers one of the most successful Standards of Digital Video. It is recommended for research orientation).

ΠΙΘΑΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΓΙΑ ΟΜΑΔΙΚΕΣ ΕΡΓΑΣΙΕΣ

• Video sampling and sampling rate conversion
• Analysis of interlaced video, deinterlacing, etc.
• Conversion between chosen formats (with computer implementation) . For example, 10 f/s to 20 f/s, 24 f/s to 30f/s (film to TV), and 50 f/s to 60 f/s (PAL to NTSC).
• Motion estimation
• Survey and comparison of block based techniques, fast algorithms
• Advanced algorithms (global motion estimation, mesh-based, object-based, dense motion estimation, etc.)
• 3D motion estimation
• Video compression
• Compare different coding standards (MPEG1,2,4,H.261/H.263), their performances and intended applications, availability and applicability of commercial products
• Embedded/scalable video coding
• Rate control in video
• Video transcoding in compressed domain
• Error control in video transport
• Error resilient video coding
• Error concealment techniques
• Internet Protocols enabling real-time applications (RTP/RSVP/RTSP, etc.)
• Video over wireless
• Video over Internet
• Commercial products for interactive and streaming applications
• Scene segmentation
• Region segmentation
• Object segmentation (ex. separate the people in a scene or in a room, segment the moving foreground from stationary background).
• Object tracking
• Video analysis and summarization
• Video shot/scene segmentation
• Key frame selection
• Video retrieval based on motion/color similarity
• Visual/multimedia communication systems
• Digital TV / HDTV deployment in US/Europe
• MPEG-4 terminals
• Video-on-demand
• Video watermarking
• Video processing
• Deblurring and denoising with motion compensationed filtering
• Video stabilization (stabilize video taken from a shaky camera!)
• Video Content Searching
• Video Content Search Systems
• Video Content Search Algorithms
• 3D Video Reconstruction from 2D sequences
• Video mosaicing (putting multiple videos taken from different views into a panoramic of the scene.)

[Αρχική σελίδα] [Συμβόλαιο] [Ανακοινώσεις] [Διαλέξεις / Σημειώσεις] [Βαθμολογία]

Ιανουάριος 2006