多媒體無線傳輸 http://www.nctutwt.net/KAWen/research_vedio.htm (1)低率無線視訊編解碼系統之發展 在寬頻無線傳輸研究方向，擇定視訊傳輸作為應用目標，視訊編碼方法對於視訊傳輸之速度、品質，以及視訊處理之效能均有深遠影響，由於編碼方法的取決與處理問題，資料性質有密切關係，因此，對於編碼方法的研究成果包括:： n 針對特定應用之頻寬規格，研擬高效能的編碼方式，作系統軟硬體設計。 n 針對特定的編碼方法，研擬高速運算方法，作高速編/解碼電路設計；從處理速度上改進傳輸處理效能。 結合上述兩方面成果，尋求一近似最佳的視訊編碼方法以符合無線傳輸，也同時尋求一最佳之高速編/解碼方法，然後將兩者合併調適，完成一近似最佳之高速編/解碼方法。為求測試，此一編碼方法成為我們建立實驗用視訊傳輸模擬系統中之基本編/解碼方法，藉以測試各類視訊傳輸效能，也同時對編/解碼效能作一測試。 除視訊傳輸之外，亦同時考慮文字、正規化圖形以及低/高灰度影像圖形等資料型式，參考混合編碼的作法，在不同的維度，採用DPCM, LMS及Transform Coding等不同編碼方式，尋求一高效能編碼方式；快速處理的研討上，也就DPCM, LMS及Transform Coding三者作探討，分別對其作VLSI平行陣列設計，根據兩方面的研究結果再作合併考慮，即可開發兼具高效能，高速處理之編/解碼方式的軟硬體設計。 為克服視訊在無線傳輸系統中之頻寬限制，低率視訊傳輸易顯重要,依我們過去在各種壓縮技術上的研究經驗顯示,向量量化與其他壓縮方式的合併使用, 在壓縮率上可有相當之增進,因此,依我們曾提出於Optical Engineering ISSN 0091-3286發 表的"Hybrid Vector Quantization"為基礎作進一步的演算法探究,使符合低率傳輸(9.6K以下)要求,並 針對此演算法作電路設計。 .342bpp 33.05dB .381bpp 29.89dB 具體研究成果在無線傳輸上的應用為3DPAC, 其技術發展始於區塊影像編碼，區塊影像編碼技術，目前廣為應用於各種影像壓縮系統，有些更發展成為影像壓縮標準。所有的區塊影像編碼演算法，都是先將一張影像，分割成許多不重疊的規則區塊，再對這些區塊影像進行個別的編碼程序。當完成了個別區塊影像的編碼，也就完成了整張影像的編碼。相反的，解碼的一端，必須先解碼重建所有的區塊影像，集合並重組區塊影像，才能得到完整解碼影像。 向量量化技術常常應用在區塊影像編碼系統。一般而言，若採用向量量化演算法於還原影像上，僅需簡單的查表程序，所以能簡單而快速的解碼。然而，在壓縮影像品質上，明顯的區塊效應是其缺點。綜合壓縮率和解碼影像品質的考量，結合數種向量量化技術之後，發展出一種新式向量量化演算法，叫作混合式向量量化法。如採用混合式向量量化編碼法，則不僅能提供高壓縮率，更維持了影像的品質。 除了向量量化演算法之外，區塊轉換技術更是廣為區塊影像編碼系統所採用。其中，以區塊離散餘弦轉換為基礎的區塊影像編碼演算法，更是成為數種影像壓縮標準的原型。然而在離散餘弦轉換係數的量化上，如若加上人類視覺模型的考量，更能得到良好的效果。我們發展出一套影像壓縮演算法，加權離散餘弦轉換係數以配合人類視覺模型，再以模糊邏輯控制係數的量化程度，顯著地改善了壓縮影像的品質。除此之外，我們亦設計出一種新式離散餘弦轉換模組，能夠提供快速而低複雜度的架構。 比起向量量化和離散餘弦轉換，二維多項式迴歸技術並不常應用在區塊影像編碼上。然而，區塊影像如若固定大小，將使得二維多項式迴歸僅需少量的計算，所以能快速的編碼和解碼。我們設計出免乘法器的編、解碼器，快速且低成本。此外，我們亦以多項式迴歸近似法，建立出一套漸層影像傳輸系統，能夠以簡單的架構獲得良好的編碼效果。 以向量量化、離散餘弦轉換以及多項式迴歸技術為基礎，在區塊影像編碼的應用上，發展出數種新式演算法及快速運算架構。新式演算法如混合式向量量化、多項式近似編碼法等，能夠提供區塊影像編碼研究的新方向。此外，離散餘弦轉換模組和多項式近似編碼器等的架構設計，更提昇了區塊影像編碼系統的實用價值。 以下列出Progressive 傳輸在三次漸進傳輸在三次漸進式接受之影像: Reconstructed image of size512×512 1st Tranmission 2nd Transmission 3rd Transmission (2) 低率視訊之強化處理 低傳輸率及高壓縮量之傳輸標準往往造成接收影像之高度失真，然而此等失真可藉由發送及接收兩端的前後級處理(Preprocessing/Postprocessing)予以回復，針對低傳輸率及高壓縮量之視訊尋求適切之影像還原法則，(Image restoration)，並以即時處理為設計目標，由於影像還原處理以Adaptive濾波元件為其主要之處理元件，而Adaptive濾波元件又以LMS(Least Mean Square)為其主要運算，此等運算結構與人類視覺系統(Human Vision System)具有高度之共通性，因此，將HVS與Image restoration processing結合作為理論基礎，繼而開發相對應之平行處理法則以及VLSI電路結構。 (3) 配合通道調適之視訊處理 MPEG(Motion Picture Expert Group)制定了動態影像傳輸碼的格式，也同時制定了以餘弦轉換(DCT)配合動態預估(ME)，動態補償(MC)以及量化運算(Q)為核心處理元件的編解碼方法。以此種編解碼方法為藍本，加上可調性(Adaptive)以及可程式化(Programmable)之機構，使得所完成之視訊編解碼器可依不同通道狀況作補償修正。 研究主題以轉換編解碼器為主，針對其前級、後級處理，及ME/MC及Quantizer，作不同的設計，使成可調性、可程式性，換言之，動態預估元件需依輸入影像之變動程度，調整其估算動作向量(Motion Vector)的演算法，而量化元件則依輸入影像的性質(Intra, Predicative, Interpolated)以及其偏差程度(Variance)作不同的量化階以及對映碼(Code book)設計。完成多種ME/DCT/VQ編解碼器的模擬系統，藉以求得壓縮量與執行時間之分析，參酌此，將接著完成調變機構的設計，並在核心元件中加入可程式性之控制。 為進一步提高壓縮率，我們在視訊的編碼與強化系統中，加入Fuzzy based視覺調變機構，使其依應用之不同，展現不同的壓縮比例及強化效果。 Visual model Visual Diagnosing System 在強化處理上，有關視覺模式中參數的調變將藉模糊控制完成，針對不同層次的影像作，不同的參數調變；在編碼系統中，則利用視覺模式與模糊控制對於動態預估/補償的演算法作調變，也同時對於VQ的量化階作調變。 系統設計以軟體建立具備模糊控制功能之視訊強化與壓縮系統，藉以測試處理效果；其後，擇其中之核心系統作電路設計；因模糊控制需藉由訓練系統(Trainning System)，擬將此訓練步驟以離線作業(OFF-LINE)完成，而相對應的調變控制機構則以可程式化設計，接授訓練系統所求得之參數。 (4). 無線網路之聲視訊傳輸系統製作 聲、視訊走向數位化、網路化, 並進而具有互動式功能是資訊工業的未來趨勢。本研究完成製作一個互動式無線聲、視訊系統。分別就聲視訊傳輸與分封網路之關連性以及聲視訊傳輸與射頻通訊環境之關連性作分析探討，並發展出適切之無線網路VOD系統。 整個系統的軟體架構大概如圖。先完成在單機上的 MPEG 2 播放程式與網路連接程式﹐再將其組合成藉由網路即時取得 MPEG 2 資料並即時播出的隨選視訊模型。實際操作時的一個視窗例子亦列於下。完成後的隨選視訊模型可以在Ethernet的架構下正常播放，並且觀察數項影響播放品質的因素，了解各別對系統的差異。 本實驗中有關 MPEG-2 解壓縮卡的操作程式與網路程式均以 C 撰寫,在 Microsoft Visual C 4.0 的 C 編譯程式下編譯所成;而 GUI 部份由 Borland Delphi所完成,將解壓縮卡操作程式與網路程式編譯成動態連結程式庫(DLL, Dynamic Linking Library )載入,完成一隨選視訊的簡易使用端。Server 端的程式採用已有現成的程式即可﹐Client/Server 端皆在 Microsoft Windows NT 4.0 上執行。 無線網路頻寬之偵測與信號源壓縮率調變系統之規劃及實作成果展示於下: 無線網路頻寬之偵測與 實作成果展示 信號源壓縮率調變系統 討論的幾種編碼技術包括：一、向量量化技術，其最大的優點在於其極為簡單的解碼器，主要對照查表(table-look-up)技術。二、離散餘弦轉換(Discrete Cosine Transform)技術，其特點在於它的能量集中(Energy Compaction)特性，能夠提供十分有效率的壓縮。三、由多項式迴歸(Polynomial Regression)所建構的編碼系統，不論在編碼器端或是解碼器端，都能有低複雜度的架構設計。 發表著作包括 A. Journal Papers [1]. K. A. Wen; An-Yi Chen; Yin-Jin Lan; Jun-Lin Lin; Chia-Huang Lin , [2]. ”Three-dimensional PAC video codec for wireless data transmission “, Circuits and Systems for Video Technology, IEEE Transactions on , Volume: 10 Issue: 8 , Dec. 2000 , Page(s): 1455 –1470. [00J1] [3]. K. A. Wen And Chung Yen Lu, “ On The Design Of Selective Coefficient DCT Module, ” IEEE Trans. On Circuits And Systems for Video Technology, Vol.8, No.2, April 1998, pp.143-146. [98J1] [4]. Chung Yen Lu, An Yi Chen and K. A. Wen, “Polynomial Approximation Coding for Progressive Image Transmission,” Journal of Visual Communication and Image Representation , Vol. 8, No.2, June 1997, pp.317-324.[97J1] [5]. K. A. Wen, Fa Shen Leou, An Yi Chen, “ Applications of Fuzzy Technique to Image processing Based on The HVS Model”, Fuzzy Theory Systems: Techniques and Applications, Vol.3, Academic press 1999, Chap.37. [6]. 經濟部中央標準局專利 “ 漸近式影像編碼方法及裝置 “ 專利案第八六一一三一四零號, 1999 [7]. 美國國家標準局專利, No.08/931,476 : “ Progressive Image Transmission”, 聲請獲准，領證作業中， 1999 B. Conference Papers Chia-Huang Lin; K. A. Wen ,“Spatial/temporal decimation on 3DPAC for very low bit rate video transmission” , Circuits and Systems, 2000. Proceedings. ISCAS 2000 Geneva. The 2000 IEEE International Symposium on , Volume: 4 , 2000 ,Page(s): 725 -728 vol.4. [00C1-pdf] [2]. K. A. Wen; Chin-Hung Chiou; An-Yi Chen; Chia-Huang Lin; Jun-Lin Lin ,”3DPAC video codec transmission over internet with QOS provision ,” Circuits and Systems, 2000. Proceedings of the 43rd IEEE Midwest Symposium on , Volume: 1 , 2000 ,Page(s): 276 –279. [00C2-pdf] [3]. Jun-Lin Lin, Xin-Hong Chen and K. A. Wen, “ PAC Coding for Real-timeVideo Transmission over Mobile Radio Environment,” in Proceedings IEEE Wireless Communications and Networking Conference 1999, NewOrleand, Sep. 22-24, 1999, pp 359-362. [99C3-pdf] [4]. An-Yi Chen, Jun-Lin Lin and K. A. Wen, “Three-Dimensional Polynomial Approximation Coding for a Low Bit Rate Video Codec,” in Proceeding of ISCE’98, Oct. 1998, TPB101-05. [98C1-doc] [5]. Ying-Jing Lan, An-Yi Chen, Jun-Lin Lin and K. A. Wen, “Three-Dimensional Regression Polynomial Coding for Video Transmission,” Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 1998. The Ninth IEEE International Symposium on , Volume: 3 , 1998 ,Page(s): 1071 -1075 vol.3. [98C2-pdf] [6]. Yin-Jing Lan and K. A. Wen, “A Very Low Bit Rate Video Coder Based on Regression Polynomial Coefficients,” in Proceedings of -TJCOM’98, Vol.2, Jan. 1998, pp31-33. [98C3-rpt] [7]. Han-Sheng Tan, An-Yi Chen and K. A. Wen, “Quality of Service Control for Video Communication,” in Proceeding of ISCE’98, Oct. 1998, TPB201-06. [98C4-doc] [8]. Chung-Yen Lu and K. A. Wen, “Architecture design of Polynomial Approximation Coding for Image Compression,” in Proceedings of IWSIP 96‘. [96c2-doc]

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