Zaawansowane kodowanie entropijne w hybrydowej kompresji wizji

Technika kompresji hybrydowej realizuje szereg różnych narzędzi kodowania
danych, a jednym z nich jest kodowanie entropijne. Jako kodowanie całkowicie
bezstratne redukuje ono nadmiarowość statystyczną danych, które wytwarza
koder obrazu, przyczyniając się tym samym do istotnego zwiększenia efektywności
kompresji obrazu. Kodowaniu entropijnemu danych obrazu poświęcona
jest ta monografia.
Spis treści
Lista symboli i skrótów 7
Streszczenie 11
Rozdział 1
Przedmiot monografii 13
1.1. Wprowadzenie 13
1.2. Szczegółowe założenia badań oraz cele 14
1.3. Metodologia badań 17
1.4. Struktura monografii 18
Rozdział 2
Hybrydowa kompresja obrazu 20
2.1. Wprowadzenie 20
2.2. Wstęp do hybrydowej kompresji obrazu 22
2.3. Narzędzia kompresji hybrydowej 24
2.3.1. Predykcja wewnątrzobrazowa treści obrazu 25
2.3.2. Predykcja międzyobrazowa treści obrazu 28
2.3.3. Kodowanie transformatowe resztkowego sygnału predykcji 32
2.3.4. Elementy składni w koderze hybrydowym 34
2.3.5. Kodowanie entropijne danych 38
2.3.6. Paradygmat kodowania blokowego 39
2.3.7. Podział kodowanej sekwencji na obrazy danego typu 41
2.4. Struktura kodera hybrydowego 43
2.5. Podsumowanie 44
Rozdział 3
Zaawansowana kompresja entropijna – część 1 45
3.1. Wprowadzenie 45
3.2. Entropijne kodowanie danych 45
3.2.1. Technika CABAC 46
3.2.1.1. Binaryzacja danych 46
3.2.1.2. Modelowanie kontekstu 48
3.2.1.2.1. Wprowadzenie 48
3.2.1.2.2. Podstrumienie symboli binarnych 48
3.2.1.2.3. Estymacja prawdopodobieństw symboli 49
3.2.1.3. Binarne kodowanie arytmetyczne 51
3.2.2. Istotne cechy mechanizmów przyjętych w technice CABAC 53
3.2.3. Estymacja prawdopodobieństw symboli w technice CABAC –
przegląd propozycji ulepszeń 55
3.2.3.1. Bardziej złożony wzorzec kontekstu dla techniki CABAC 56
3.2.3.1.1. Wprowadzenie 56
3.2.3.1.2. Algorytm GRASP 57
3.2.3.1.3. Wydajna kompresja próbek DCT 58
3.2.3.2. Dokładniejsze metody obliczania prawdopodobieństw 60
3.3. Podsumowanie 63
Rozdział 4
Zaawansowana kompresja entropijna – część 2 64
4.1. Wprowadzenie 64
4.2. Ulepszona technika CABAC z algorytmem CTW – metoda CTW-CABAC 65
4.2.1. Algorytm CTW 65
4.2.2. Ogólna struktura nowego kodera entropijnego (CTW-CABAC) 70
4.2.3. Aspekty implementacyjne nowego kodera entropijnego 72
4.2.3.1. Implementacja metody CTW 73
4.2.3.2. Włączenie metody CTW do struktury techniki CABAC
w koderze wizyjnym 75
4.2.4. Efektywność ulepszonej techniki CABAC z algorytmem CTW 76
4.2.4.1. Metodologia eksperymentów 76
4.2.4.2. Wyniki eksperymentów 78
4.2.4.2.1. Efektywność kompresji danych w testowanych
koderach 78
4.2.4.2.2. Porównanie rezultatów otrzymanych dla technik
kompresji AVC i HEVC 81
4.2.5. Ulepszona technika CABAC z algorytmem CTW – rozszerzona wersja
metody 88
4.3. Ulepszona technika CABAC z prawdopodobieństwami warunkowymi
i algorytmem optymalizacji Cauchy’ego – metoda Cauchy-CABAC 91
4.3.1. Wprowadzenie 91
4.3.2. Główna idea autorskiego sposobu ulepszenia techniki CABAC 92
4.3.3. Szczegóły realizacji autorskiego ulepszenia 94
4.3.3.1. Estymacja prawdopodobieństw symboli 94
4.3.3.2. Sposób wyznaczenia współczynników wagowych 94
4.3.3.3. Implementacja metody w technice CABAC 98
4.3.3.4. Szczegóły ustawień opracowanej metody 99
4.3.4. Efektywność ulepszonej techniki CABAC z algorytmem optymalizacji
Cauchy’ego 100
4.3.4.1. Metodologia eksperymentów 100
4.3.4.2. Rezultaty badań 102
4.3.4.2.1. Wyniki efektywności metody Cauchy-CABAC 102
4.3.4.2.2. Porównanie efektywności dwóch autorskich metod:
Cauchy-CABAC i CTW-CABAC 111
4.4. Najnowsza wersja techniki CABAC – autorska analiza możliwości dalszych
ulepszeń 121
4.4.1. Wprowadzenie 121
4.4.2. Autorskie propozycje ulepszeń kodowania entropijnego 122
4.4.3. Ocena efektywności nowej techniki CABAC z autorskimi rozszerzeniami.124
4.4.3.1. Metodologia eksperymentów 124
4.4.3.1.1. Główne założenia badań 124
4.4.3.1.2. Szczegóły implementacji oprogramowania 125
4.4.3.1.3. Przygotowanie danych eksperymentalnych 126
4.4.3.2. Wyniki autorskich badań 126
4.4.3.2.1. Rozszerzenia dwuparametrowej estymacji prawdopodobieństw
symboli 126
4.4.3.2.2. Trzy- oraz czteroparametrowa estymacja prawdopodobieństw
symboli 130
4.5. Podsumowanie 133
Rozdział 5
Złożoność zaawansowanych technik kompresji entropijnej 136
5.1. Wprowadzenie 136
5.2. Implementacja oprogramowania techniki CABAC 137
5.3. Złożoność obliczeniowa techniki CABAC 139
5.4. Oprogramowanie ulepszonej techniki CABAC oraz jej obliczeniowa
złożoność 144
5.5. Podsumowanie 146
Rozdział 6
Podsumowanie i wnioski końcowe 148
6.1. Podsumowanie 148
6.2. Najważniejsze konkluzje 150
6.3. Zakończenie 154
Bibliografia 157
Spis tabel 167
Spis rysunków 171