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Image and Video Compression (IVC)5 ECTS (englische Bezeichnung: Image and Video Compression)
Modulverantwortliche/r: André Kaup Lehrende:
André Kaup, Fabian Brand
Startsemester: |
SS 2022 | Dauer: |
1 Semester | Turnus: |
jährlich (SS) |
Präsenzzeit: |
60 Std. | Eigenstudium: |
90 Std. | Sprache: |
Englisch |
Lehrveranstaltungen:
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Image and Video Compression
(Vorlesung, 3 SWS, André Kaup, Mo, 12:15 - 13:45, H6; Mi, 16:15 - 17:45, H6)
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Übung Image and Video Compression
(Übung, 1 SWS, Fabian Brand, Mi, 18:15 - 19:45, H6; The exact dates of lecture and supplements can be found on StudOn.)
Empfohlene Voraussetzungen:
Modul „Signale und Systeme II“ und das Modul „Nachrichtentechnische Systeme“
Inhalt:
Multi-Dimensional Sampling
Sampling theorem revisited, 2D sampling, spatiotemporal sampling, motion in 3D sampling
Entropy and Lossless Coding
Entropy and information, variable length codes, Huffman coding, unary coding, Golomb coding, arithmetic coding
Statistical Dependency
Joint entropy and statistical dependency, run-length coding, fax compression standards
Quantization
Rate distortion theory, scalar quantization, Lloyd-Max quantization, entropy coded scalar quantization, embedded quantization, adaptive quantization, vector quantization
Predictive Coding
Lossless predictive coding, optimum 2D linear prediction, JPEG-LS lossless compression standard, differential pulse code modulation (DPCM)
Transform Coding
Principle of transform coding, orthonormal transforms, Karhunen-Loève transform, discrete cosine transform, bit allocation, compression artifacts
Subband Coding
Principle of subband coding, perfect reconstruction property, discrete wavelet transform, bit allocation for subband coding
Visual Perception and Color
Anatomy of the human eye, sensitivity of the human eye, color spaces, color sampling formats
Image Coding Standards
JPEG and JPEG2000
Interframe Coding
Interframe prediction, motion compensated prediction, motion estimation, motion compensated hybrid coding
Video Coding Standards
H.261, H.263, MPEG-1, MPEG-2 / H.262, H.264 / MPEG-4 AVC, H.265 / MPEG-H HEVC
Lernziele und Kompetenzen:
Die Studierenden
veranschaulichen die mehrdimensionale Abtastung und den Einfluss darauf durch Bewegung im Videosignal
unterscheiden und bewerten verschiedene Verfahren zur verlustfreien Codierung von Bild- und Videodaten
verstehen und analysieren Verbundentropie und statistische Abhängigkeiten in Bild- und Videodaten
berechnen skalare und vektorielle Quantisierer nach unterschiedlichen Optimierungsvorgaben (minimaler mittlerer quadratischer Fehler, entropiecodiert, eingebetteter Quantisierer)
bestimmen und evaluieren optimale ein- und zwei-dimensionale lineare Prädiktoren
wenden Prädiktion und Quantisierung sinnvoll in einem gemeinsamen DPCM-System an
verstehen das Prinzip und die Effekte von Transformations- und Teilbandcodierung für Bilddaten einschließlich optimaler Bitzuteilungen
beschreiben die Grundzüge der menschlichen visuellen Wahrnehmung für Helligkeit und Farbe
analysieren Blockschaltbilder und Wirkungsweisen hybrider Coder und Decoder für Videosignale
kennen die maßgeblichen internationalen Standards aus ITU und MPEG zur Bild- und Videokompression.
The students
visualize multi-dimensional sampling and the influence of motion within the video signal
differentiate and evaluate different methods for lossless image and video coding
understand and analyze mutual entropy and statistical dependencies in image and video data
determine scalar and vector quantization for different optimization criteria (minimum mean square error, entropy coding, embedded quantization)
determine and evaluate optimal one-dimensional and two-dimensional linear predictor
apply prediction and quantization for a common DPCM system
understand the principle and effects of transform and subband coding for image data including optimal bit allocation
describe the principles of the human visual system for brightness and color
analyze block diagrams and the functioning of hybrid coders and decoders for video signals
know the prevailing international standards of ITU and MPEG for image and video compression.
Literatur:
J.-R. Ohm, „Multimedia Communications Technology“, Berlin: Springer-Verlag, 2004
Weitere Informationen:
www: https://www.studon.fau.de/crs102961.html
Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan: Das Modul ist im Kontext der folgenden Studienfächer/Vertiefungsrichtungen verwendbar:
- Medizintechnik (Master of Science)
(Po-Vers. 2019w | TechFak | Medizintechnik (Master of Science) | Modulgruppen M1, M2, M3, M5, M7 nach Studienrichtungen | Studienrichtung Medizinische Bild- und Datenverarbeitung | M3 Medizintechnische Kernmodule (BDV) | Image and Video Compression)
- Medizintechnik (Master of Science)
(Po-Vers. 2019w | TechFak | Medizintechnik (Master of Science) | Modulgruppen M1, M2, M3, M5, M7 nach Studienrichtungen | Studienrichtung Medizinelektronik | M3 Medizintechnische Kernmodule (MEL) | Image and Video Compression)
- Medizintechnik (Master of Science)
(Po-Vers. 2019w | TechFak | Medizintechnik (Master of Science) | Modulgruppen M1, M2, M3, M5, M7 nach Studienrichtungen | Study Field Health and Medical Data Analytics | M3 Medical Engineering Core Modules (HMDA) | Image and Video Compression)
Studien-/Prüfungsleistungen:
Image and Video Compression (Prüfungsnummer: 63101)
(englischer Titel: Image and Video Compression)
(diese Prüfung gilt nur im Kontext der Studienfächer/Vertiefungsrichtungen [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18], [19], [20], [21], [22], [24], [26], [27], [28], [29], [30], [31], [32], [33], [34], [35], [36], [37], [38], [39], [40], [41], [42], [43], [44], [45], [46])
- Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 90, benotet, 5 ECTS
- Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %
- Erstablegung: SS 2022, 1. Wdh.: WS 2022/2023
- Termin: 09.08.2022
Termin: 09.08.2022
Image and Video Compression (Prüfungsnummer: 63111)
(diese Prüfung gilt nur im Kontext der Studienfächer/Vertiefungsrichtungen [23], [25])
- Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 90, benotet, 5 ECTS
- Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %
- Erstablegung: SS 2022, 1. Wdh.: WS 2022/2023
- Termin: 09.08.2022
Termin: 09.08.2022
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