52
Super Resolution для сжатого видео Моисейцев Алексей Video Group CS MSU Graphics & Media Lab

Super Resolution для сжатого видео

Embed Size (px)

DESCRIPTION

 

Citation preview

Page 1: Super Resolution для сжатого видео

Super Resolution для сжатого видео

Моисейцев Алексей

Video GroupCS MSU Graphics & Media Lab

Page 2: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus

222

Содержание

Введение

Example-based SR

SRME

HMRF SR

Page 3: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus

Введение

3

Page 4: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus

Введение

4

source

Bi-cubic

Super-res

Lossless 2Mbps 1Mbps 256Kbps

Super-Resolving Compressed Video with Large Artifacts, Wen-Yi Zhao, ICPR 2004

Page 5: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus

Введение

Алгоритмы SR:

Iterative Backprojection (IBP)

Projection Onto Convex Sets (POCS)

Probabilistic Methods

Maximum a posteriori (MAP)

Model-based approach (MBSR)

Example-based

6

Page 6: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus

Введение

IBP

7

C2

CC1

C3

g

P1g

P3g

P2g

f=Pg

POCS

Page 7: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus

Введение

8Super resolution: an overview, C Papathanassiou and M Petrou, Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2005

Page 8: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus

Введение

Типичная скорость работы: 0.15-0.4 fps

9

Page 9: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus

101010

Содержание

Введение

Example-based SR

SRME

HMRF SR

Page 10: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus

Example-based SR

В SR только по LR-кадрам существует теоретический предел качества

Иногда есть доступ и к отдельным кадрам в высоком разрешении

11Resolution enhancement of low quality videos using a high-resolution frame, Tuan Phama, Lucas van Vlieta, Klamer Schutte, SPIE 2006

Page 11: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus Example-based SR

Registration

Для компенсации движения используется алгоритм Lucas-Kanade:

12Resolution enhancement of low quality videos using a high-resolution frame, Tuan Phama, Lucas van Vlieta, Klamer Schutte, SPIE 2006

Page 12: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus Example-based SR

Registration

13

В 99% случаев ошибка не превышает 0.15 LR-пикселя и 0.45 HR-пикселя

Resolution enhancement of low quality videos using a high-resolution frame, Tuan Phama, Lucas van Vlieta, Klamer Schutte, SPIE 2006

Page 13: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus Example-based SR

Построение пар HR-LR

14

Используются LR-блоки 8x8

Рассматриваются повороты блоков

Ключ —10 AC-коэффициентов LR-блока и 68 граничных пикселей HR-блока

Resolution enhancement of low quality videos using a high-resolution frame, Tuan Phama, Lucas van Vlieta, Klamer Schutte, SPIE 2006

Page 14: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus Example-based SR

Восстановление

15Resolution enhancement of low quality videos using a high-resolution frame, Tuan Phama, Lucas van Vlieta, Klamer Schutte, SPIE 2006

Page 15: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus Example-based SR

Восстановление

16Resolution enhancement of low quality videos using a high-resolution frame, Tuan Phama, Lucas van Vlieta, Klamer Schutte, SPIE 2006

Page 16: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus Example-based SR

Результат

MJPEG, Q=50

Обучение на первом кадре

Восстановление двадцатого кадра

17

source, frame 0 compressed frame 20 SR, frame 20

Resolution enhancement of low quality videos using a high-resolution frame, Tuan Phama, Lucas van Vlieta, Klamer Schutte, SPIE 2006

Page 17: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus Example-based SR

Результат

18

compressed frame 20 SR, frame 20 Spatial example-based SR, frame 20

Resolution enhancement of low quality videos using a high-resolution frame, Tuan Phama, Lucas van Vlieta, Klamer Schutte, SPIE 2006

Page 18: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus

Key-frame based SR

19Super Resolution of Video Using Key Frames, Fernanda Brandi, Ricardo de Queiroz, Debargha Mukherjee, ISCAS 2008

Идея: использовать HR ключевые кадры

Page 19: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus Key-frame based SR

Восстановление

20Super Resolution of Video Using Key Frames, Fernanda Brandi, Ricardo de Queiroz, Debargha Mukherjee, ISCAS 2008

Page 20: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus Key-frame based SR

Результаты

21Super Resolution of Video Using Key Frames, Fernanda Brandi, Ricardo de Queiroz, Debargha Mukherjee, ISCAS 2008

Page 21: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus Key-frame based SR

Результаты

22Super Resolution of Video Using Key Frames, Fernanda Brandi, Ricardo de Queiroz, Debargha Mukherjee, ISCAS 2008

Page 22: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus Key-frame based SR

Результаты

23Super Resolution of Video Using Key Frames, Fernanda Brandi, Ricardo de Queiroz, Debargha Mukherjee, ISCAS 2008

Page 23: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus

Example-based SR

Слабая обоснованность метода

Требуется наличие специфичного видеопотока

Зависимость от обучающей выборки

24

Page 24: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus

252525

Содержание

Введение

Example-based SR

SRME

HMRF SR

Page 25: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus

26

SRME

Simultaneous motion estimation and resolution enhancement of compressed low resolution video.Javier Mateos, A. K. Katsaggelos, Rafael Molina, ICIP, 2000

Page 26: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus

SRME

27Simultaneous motion estimation and resolution enhancement of compressed low resolution video.Javier Mateos, A. K. Katsaggelos, Rafael Molina, ICIP, 2000

Page 27: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus

SRME

28

— интересующее

решениеSimultaneous motion estimation and resolution enhancement of compressed low resolution video.Javier Mateos, A. K. Katsaggelos, Rafael Molina, ICIP, 2000

— апостериорная

вероятность

Page 28: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus SRME

Задание вероятностей (1)

29Simultaneous motion estimation and resolution enhancement of compressed low resolution video.Javier Mateos, A. K. Katsaggelos, Rafael Molina, ICIP, 2000

Page 29: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus SRME

Задание вероятностей (2)

30Simultaneous motion estimation and resolution enhancement of compressed low resolution video.Javier Mateos, A. K. Katsaggelos, Rafael Molina, ICIP, 2000

Page 30: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus SRME

Задание вероятностей (3)

31Simultaneous motion estimation and resolution enhancement of compressed low resolution video.Javier Mateos, A. K. Katsaggelos, Rafael Molina, ICIP, 2000

Page 31: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus SRME

Решение (1)

32Simultaneous motion estimation and resolution enhancement of compressed low resolution video.Javier Mateos, A. K. Katsaggelos, Rafael Molina, ICIP, 2000

Page 32: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus SRME

Решение (2)

Две итерации:

Компенсация движения

Построение улучшенного кадра

33Simultaneous motion estimation and resolution enhancement of compressed low resolution video.Javier Mateos, A. K. Katsaggelos, Rafael Molina, ICIP, 2000

Page 33: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus

SRME

34Y-PSNR = 20.44dB

Simultaneous motion estimation and resolution enhancement of compressed low resolution video.Javier Mateos, A. K. Katsaggelos, Rafael Molina, ICIP, 2000

source

Page 34: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus

SRME

35Y-PSNR = 21.98dB

Simultaneous motion estimation and resolution enhancement of compressed low resolution video.Javier Mateos, A. K. Katsaggelos, Rafael Molina, ICIP, 2000

bilinear

Page 35: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus

SRME

36Y-PSNR = 25.64dB

Simultaneous motion estimation and resolution enhancement of compressed low resolution video.Javier Mateos, A. K. Katsaggelos, Rafael Molina, ICIP, 2000

proposed SR

Page 36: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus

373737

Содержание

Введение

Example-based SR

SRME

HMRF SR

Page 37: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus

HMRF SR

38Restoration of Compressed Video using Temporal Information, Mark A. Robertson and Robert L. Stevenson, SPIE 2001

Standard decompression Smoothed image Sharpened image

Page 38: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus

HMRF SR

39Restoration of Compressed Video using Temporal Information, Mark A. Robertson and Robert L. Stevenson, SPIE 2001

Page 39: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus HMRF SR

Шум квантования (1)

40Restoration of Compressed Video using Temporal Information, Mark A. Robertson and Robert L. Stevenson, SPIE 2001

Page 40: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus HMRF SR

Шум квантования (2)

41Restoration of Compressed Video using Temporal Information, Mark A. Robertson and Robert L. Stevenson, SPIE 2001

Page 41: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus HMRF SR

Шум компенсации (1)

42Restoration of Compressed Video using Temporal Information, Mark A. Robertson and Robert L. Stevenson, SPIE 2001

Page 42: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus HMRF SR

Шум компенсации (2)

43

— общее выражение

— независимость шума

Restoration of Compressed Video using Temporal Information, Mark A. Robertson and Robert L. Stevenson, SPIE 2001

Page 43: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus HMRF SR

Условие гладкости

44Restoration of Compressed Video using Temporal Information, Mark A. Robertson and Robert L. Stevenson, SPIE 2001

Page 44: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus

HMRF SR

45

— гладкость

— квантование

— компенсация

Restoration of Compressed Video using Temporal Information, Mark A. Robertson and Robert L. Stevenson, SPIE 2001

Page 45: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus HMRF SR

Решение

46Restoration of Compressed Video using Temporal Information, Mark A. Robertson and Robert L. Stevenson, SPIE 2001

Градиент:

Page 46: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus HMRF SR

Решение

Упрощение:

Градиентный спуск:

47Restoration of Compressed Video using Temporal Information, Mark A. Robertson and Robert L. Stevenson, SPIE 2001

Page 47: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus HMRF SR

Результаты

48Restoration of Compressed Video using Temporal Information, Mark A. Robertson and Robert L. Stevenson, SPIE 2001

Page 48: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus HMRF SR

Результаты

49Restoration of Compressed Video using Temporal Information, Mark A. Robertson and Robert L. Stevenson, SPIE 2001

Page 49: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus HMRF SR

Результаты

50Restoration of Compressed Video using Temporal Information, Mark A. Robertson and Robert L. Stevenson, SPIE 2001

Page 50: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus

Заключение

Рассмотрены Example-based и MAP методы

Многие методы используют информацию из потока или требуют дополнительные данные для работы

Прямые реализации алгоритмов сложны, но тем не менее многие из них возможно распараллелить (например, с использованием CUDA)

51

Page 51: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus

52

Литература

Simultaneous motion estimation and resolution enhancement of compressed low resolution video. Javier Mateos, A. K. Katsaggelos, Rafael Molina, ICIP, 2000

Restoration of Compressed Video using Temporal Information, Mark A. Robertson and Robert L. Stevenson, SPIE 2001

DCT Quantization Noise in Compressed Images, Mark A. Robertson and Robert L. Stevenson, 2004

Super-Resolving Compressed Video with Large Artifacts, Wen-Yi Zhao, ICPR 2004

Z. Lin and H-Y. Shum. Fundamental limits of reconstruction-based superresolution algorithms under local translation. PAMI, 2004

Resolution enhancement of low quality videos using a high-resolution frame, Tuan Phama, Lucas van Vlieta, Klamer Schutte, SPIE 2006

T.Q. Pham, M. Bezuijen, L.J. van Vliet, K. Schutte, and C.L. Luengo Hendriks. Performance of optimal registration estimators, SPIE 2005

Super resolution: an overview, C Papathanassiou and M Petrou, Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2005

Super Resolution of Video Using Key Frames, Fernanda Brandi, Ricardo de Queiroz, Debargha Mukherjee, ISCAS 2008

Page 52: Super Resolution для сжатого видео

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for Maxus

5353

Вопросы

?

53