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MPEG 系統中錯誤隱藏之 VLSI 晶片設計 NSC90-2213-E-327-010

MPEG 系統中錯誤隱藏之 VLSI 晶片設計 NSC90-2213-E-327-010. 國立高雄第一科技大學 電腦與通訊工程系／所 Speaker ： 夏世昌 博士 中華民國 94 年 10 月 28 日. IC Type RF IC Memory IC Power IC Mixing Mode IC Micro Processor & Interface chip Analog IC DSP IC. DSP Chip=Algorithm +VLSI architecture +Chip Implementation. 內容大綱.

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MPEG 系統中錯誤隱藏之 VLSI 晶片設計 NSC90-2213-E-327-010

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Presentation Transcript

  1. MPEG系統中錯誤隱藏之VLSI晶片設計NSC90-2213-E-327-010MPEG系統中錯誤隱藏之VLSI晶片設計NSC90-2213-E-327-010 • 國立高雄第一科技大學 • 電腦與通訊工程系／所 • Speaker： 夏世昌 博士 • 中華民國 94年10月28日

  2. IC Type • RF IC • Memory IC • Power IC • Mixing Mode IC • Micro Processor & Interface chip • Analog IC • DSP IC DSP Chip=Algorithm +VLSI architecture +Chip Implementation

  3. 內容大綱 • 視訊壓縮系統及標準簡介 • 錯誤隱藏演算法簡介 • 調適性錯誤隱藏演算法 • 調適性錯誤隱藏演算法模擬結果 • 調適性錯誤隱藏演算法之硬體架構 • 調適性錯誤隱藏演算法之晶片設計 • 結論

  4. 內容大綱 • 視訊壓縮系統及標準簡介 • 錯誤隱藏演算法簡介 • 調適性錯誤隱藏演算法 • 調適性錯誤隱藏演算法模擬結果 • 調適性錯誤隱藏演算法之硬體架構 • 調適性錯誤隱藏演算法之晶片設計 • 結論

  5. 視訊壓縮系統及標準簡介 • 視訊壓縮原理 • 視訊壓縮標準

  6. 視訊壓縮原理 • Inter-coding/Predictive-coding ：利用時間相關性 • Intra-coding ：利用空間相關性

  7. 視訊編碼標準

  8. 內容大綱 • 視訊壓縮系統及標準簡介 • 錯誤隱藏演算法簡介 • 調適性錯誤隱藏演算法 • 調適性錯誤隱藏演算法模擬結果 • 調適性錯誤隱藏演算法之硬體架構 • 調適性錯誤隱藏演算法之晶片設計 • 結論

  9. 錯誤隱藏演算法簡介 • 起源 • 錯誤隱藏方式分類 • 研究動機 • 基本錯誤隱藏方式

  10. 起源 • 因視訊標準採用階層式及VLC編碼，在傳輸過程中，若位元流受到破壞，且此錯誤無法以傳輸通道編碼更正時，將造成VLC解碼錯誤，而錯誤將蔓延到其他區塊。 • 又因視訊標準採IBBPBBPBBPBBI預測編碼方式，錯誤將蔓延至其它影像。 • 錯誤隱藏方式分類 • 在資料編碼端加入防護碼(Forward error correction)，或結合傳輸通道編碼以加強抗干擾性。 • 在編解碼端建立起額外的傳輸通道，若解碼端遇到有影像資料毀損時，將自動要求重新傳送 (ARQ)。 • 在資料解碼端中運用時間域或空間域上的相關性來回復被破壞的資料 。

  11. 研究動機 • 以硬體實作做為考量的演算法相當少。 • 第一類錯誤隱藏演算法來說，必須修改系統架構及增加資料傳送的位元數。 • 第二類錯誤隱藏演算法，因為在編解碼端均需建立額外的傳送通道，所以編解碼端必須為一對一通訊方式 。 • 所以選擇第三類，根據時間及空間域資訊，用調適性的方式加以結合，重建出受損的影像資料， 此方法具有與現有系統相容的優點。

  12. 基本錯誤隱藏方式 • 可分成空間域及時間域兩種。 • 空間域錯誤隱藏演算法>Bilinear線性內插

  13. 時間域錯誤隱藏>zero motion vector

  14. 時間域錯誤隱藏>above motion vector

  15. 時間域錯誤隱藏>average motion vector for I-frame

  16. 時間域錯誤隱藏>average motion vector for P-frame

  17. 時間域錯誤隱藏>median motion vector of P-frame

  18. 時間域錯誤隱藏>median motion vector of I-frame

  19. 時間域錯誤隱藏>Boundary Matching Algorithm(BMA) • 出處:Lam W.M., Reibman A.R., Liu B. , “Recovery of lost or erroneously received motion vectors” , 1993 IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, 1993. ICASSP-93., Vol. 5, p.p. 417-420, 1993.

  20. 時間域錯誤隱藏>Decoder Motion-Vector Estimation (DMVE) Algorithm • 出處:Jian Zhang , John F. Arnold and Michale R. Frater , “A Cell-Loss Concealment Technique for MPEG-2 Coded Video” IEEE Trans. on Circuits and Systems for Video Technology, Vol. 10, No. 4, p.p. 659-665, June 2000.

  21. 內容大綱 • 視訊壓縮系統及標準簡介 • 錯誤隱藏演算法簡介 • 調適性錯誤隱藏演算法 • 調適性錯誤隱藏演算法模擬結果 • 調適性錯誤隱藏演算法之硬體架構 • 調適性錯誤隱藏演算法之晶片設計 • 結論

  22. 調適性錯誤隱藏演算法 Shih-Chang Hsia , Shyi-Chyi Cheng andShih Wen Chou,”Efficient adaptive error concealment technique for video decoding system”, IEEE Trans.Multimedia. IEEE Trans. Multimedia, pp.860-868, Oct. 2005. • 時間域錯誤隱藏演算法 • Median Vector for P or I frame • 線性移動估測 for P frame • 空間域錯誤隱藏演算法 • 邊緣偵測內插 • 調適性錯誤隱藏演算法 • P-frame調適性參數決定 • I-frame調適性參數決定

  23. 時間域錯誤隱藏演算法>線性移動估測

  24. LTDl LTDtl LTDtr LTDr LTDbr LTDbl

  25. To decide where is the object?

  26. VDl VDtl VDtr VDr VDbr VDbl

  27. BTR BTL BT BMB Searching Range +N~-N Boundary Pixel Lost Pixel BB BBR BBL • 空間域錯誤隱藏演算法>邊緣偵測內插 • 下方列固定,上方列移動 • 找出線條走向 BMB=Min. (MAD(Mxt)), Mxt：from –N to N

  28. BTL BT BTR 6 10 Best Match Boundary d1 Non- Concealment Weight Interpolation d2 Pixel to be interpolated BBR BBL BB • 內插

  29. BTL BT BTR Searching Range +N~-N Boundary Pixel Lost Pixel BMB BBL BB BBR • 上方列固定,下方列移動 • 找出線條走向 BMB=Min. (MAD(Mxb)), Mxb： from –N to N

  30. BTR BTL BT Non- Concealment Best Match Boundary BBL BB BBR • 內插

  31. 結合

  32. 調適性錯誤隱藏演算法>P-frame • ft-1(Mv)以時間域錯誤隱藏得之,IDCT(Fuv)以空間域錯誤隱藏得之。 • 調適性參數決定>定義Block Deviation(區塊差異性)

  33. 定義調適性參數coeff_P • 受損像素重建公式

  34. 調適性錯誤隱藏演算法>I-frame • 畫面轉換偵測 • 邊緣偵測可將D45,D135,V1重建出 • 定義AH

  35. 定義區塊變異數BV(Block Variance) • 定義SIlost

  36. 定義MDlost(Motion Distance) • 定義MF(Moving Feature) • 定義調適性參數coeff_I

  37. 受損像素重建公式

  38. 內容大綱 • 視訊壓縮系統及標準簡介 • 錯誤隱藏演算法簡介 • 調適性錯誤隱藏演算法 • 調適性錯誤隱藏演算法模擬結果 • 調適性錯誤隱藏演算法之硬體架構 • 調適性錯誤隱藏演算法之晶片設計 • 結論

  39. 調適性錯誤隱藏演算法模擬結果 • 邊緣偵測內插結果 • P-frame錯誤隱藏結果 • I-frame錯誤隱藏結果 • Complex Video錯誤隱藏結果

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