7 Simulationsergebnisse

7 Simulationsergebnisse

In diesem Kapitel werden die Ergebnisse der unterschiedlichen Formatkonversionsverfahren vorgestellt. Zuerst erfolgt eine Vorstellung der Meßverfahren zur Qualitätsbewertung. Danach wird das verwendete Bildmaterial näher beschrieben. Anschließend werden die gewonnenen Testergebnisse vorgestellt.

7.1 Durchführung eines subjektiven Tests

Bei der Verbesserung der Algorithmen und der Filtermasken ist eine zuverlässige Meßgröße zur Bewertung der Bildqualität notwendig. Ein objektives Bewertungskriterium wie der "Peak Signal to Noise Ratio" (PSNR) kann aufgrund der fehlenden Referenzbilder bei der Zwischenbildinterpolation im Allgemeinen nicht verwendet werden. Bei einer 50 Hz nach 100 Hz Konversion kann zwar durch Weglassen jedes zweiten Bildes der Originalsequenz und einer nachfolgenden Zwischenbildinterpolation die Originalbildfolge als Referenzsequenz verwendet werden. Diese Möglichkeit scheidet jedoch bei anderen Bildratenverhältnissen, wie sie bei einer Konversion von 50 Hz nach 60 Hz auftreten, aus, da die zeitlichen Abstände zwischen den verwendbaren Originalbildern zu groß werden. Dadurch kommt es zu Bewegungen, die für eine zuverlässige Bewegungsvektorschätzung zu schnell sind. Daher wird als Qualitätsmaßstab die von einem menschlichen Betrachter bestimmte subjektive Bildqualität verwendet.

Als Grundlage für die subjektiven Tests zur Bewertung der unterschiedlichen Algorithmen und Filtersätze in dieser Arbeit werden die Empfehlungen nach ITU-R 500 [ITU500] verwendet, in denen genormte Testbedingungen spezifiziert werden.

Als Betrachtungsabstand der Testteilnehmer zum Bildschirm wurde die vierfache Bildhöhe gewählt. Die Spitzenleuchtdichte des Monitors wurde auf 70 cd/m2 eingestellt. Nach [ITU500] stellt die Umgebungshelligkeit keine kritische Größe dar. Sie sollte aber so niedrig eingestellt werden, daß das Verhältnis zwischen Spitzenleuchtdichte und minimaler Leuchtdichte der Bildröhre kleiner als 2 % wird.

Zur Bewertung der erreichten Bildqualität wurde die in Tabelle 7.1 gezeigte fünfstufige Skala benutzt. Die beiden Bewertungskategorien sind dabei äquivalent, da die Beschreibungen nur zu einer besseren Einordnung in Bewertungskategorien dienen.


Qualität   Beeinträchtigung
exzellent  5  unmerklich
gut 4  wahrnehmbar, aber nicht störend 
 ordentlich  3 leicht störend
dürftig 2 störend
schlecht 1 sehr störend
Tabelle 7.1: Fünfstufige ITU-Bewertungsskala

Um die Probanden nicht zu ermüden, sollte eine Testsitzung nicht länger als eine halbe Stunde dauern. Nach einer Einführung der Testpersonen in den Ablauf und das Bewertungsschema wurden ihnen einige Trainingssequenzen vorgeführt, um sie mit der Art und Stärke der im Verlauf des Tests auftretenden Bildfehler und Bildbeeinträchtigungen vertraut zu machen. Die Bewertungen der ersten Sequenzen dürfen nicht in die Resultate des Tests eingehen. Sie dienen zur Stabilisierung der Meinung der Betrachter. Im nachfolgenden Test wurden die Sequenzen in zufälliger Reihenfolge gezeigt. Um die Verläßlichkeit der Testergebnisse zu erhöhen, wurde den Beobachtern jede Sequenz zweimal vorgeführt. Die subjektiven Testreihen wurden mit 18 Personen durchgeführt, darunter drei Bildverarbeitungsexperten.

Die Testpersonen sollten für jede gezeigte Sequenz die Qualität der Bewegungsdarstellung, die Sichtbarkeit von Interpolationsartefakten und abschließend den Gesamteindruck der Bildfolge bewerten. In der ersten Hälfte des Tests wurden die Ergebnisse einer Bildratenkonversion von 50 Hz nach 60 Hz präsentiert, während im zweiten Testabschnitt die Qualität einer synthetischen Zeitlupe, was einer Formatkonversion von 50 Hz nach 250 Hz entspricht, beurteilt werden sollte. Dabei wurden vier verschiedene Interpolationsverfahren miteinander verglichen:

7.2 Verwendetes Bildmaterial

Um die Interpolationsverfahren miteinander zu vergleichen, wurden verschiedene Sequenzen verwendet, die einen Querschnitt durch alle vorkommenden Bewegungsformen abdecken. Alle Eingangssequenzen liegen im 50 Hz-Zeilensprungformat mit 720 × 576 Bildpunkten vor. Die Länge variiert zwischen 25 und 60 Vollbildern.

7.2.1 Testsequenz "car"

In dieser Sequenz bewegt sich ein Auto von rechts vorne nach links hinten, während die Kamera mitschwenkt. Dies entspricht dem für die Bewegungsschätzung verwendeten Modell einer translatorischen Bewegung. Ein Bild aus dieser Sequenz ist in Abbildung 7.1 dargestellt.


car 133K
Abbildung 7.1: Bild aus der Sequenz "car"

7.2.2 Testsequenz "football"

In dieser Testsequenz wird ein Ausschnitt aus einem Fußballspiel gezeigt. Im Vordergrund befinden sich einige schnell bewegte Spieler. Der Hintergrund ist durch eine Tribüne und einige hochfrequente Gitter fein strukturiert. Zusätzlich beinhaltet die Sequenz einen ungleichmäßigen Kamerazoom. Dadurch sind fast alle Bildteile in Bewegung. Da die Bewegungsschätzung nur für eine translatorische Bewegung ausgelegt ist, wird Interpolationsalgorithmus beansprucht.

Die Sequenz ist gut als Anwendung für eine synthetische Zeitlupe geeignet, deren Einsatzbereich gerade bei Sportübertragungen liegt. Abbildung 7.2 zeigt einen Ausschnitt der Sequenz.


football 266K
Abbildung 7.2: Bild aus der Sequenz "football"

7.2.3 Testsequenz "nymphenburg"

Die Sequenz zeigt einen langsamen Zoom auf ein Schloß im Hintergrund der Szene, während sich im Vordergrund einige Wasservögel bewegen. Die Schloßfenster enthalten hochfrequente Strukturen. Durch die langsame Kamerafahrt konnte die Ausgangssequenz auf jedes fünfte Bild reduziert werden, um so bei einer synthetischen Zeitlupe einen direkten Vergleich mit der Originalsequenz zu ermöglichen. Abbildung 7.3 zeigt ein Bild dieser Sequenz.


nymphenburg 172K
Abbildung 7.3: Bild aus der Sequenz "nymphenburg"

7.2.4 Testsequenz "prlcar"

Diese Sequenz zeigt ein schnell nach rechts fahrendes Auto, dem die Kamera folgt. Durch die sehr schnelle Bewegung wird sowohl die Bewegungsschätzung als auch die Korrekturfähigkeit der Interpolationsfilter gefordert. Die nachfolgende Abbildung 7.4 zeigt ein Bild aus der Sequenz.


prlcar 97K
Abbildung 7.4: Bild aus der Sequenz "prlcar"

7.2.5 Testsequenz "train_n"

In der Testsequenz "train_n" fährt ein Zug horizontal an einem Bahnhof vorbei. Die Kamera ruht, während der Zug aus dem Stand beschleunigt. Im Hintergrund befindet sich eine Tafel mit nachrichtentechnischen Testsignalen, die eine leicht pendelnde Bewegung ausführt. Zusätzlich sind zwei Schriften und ein Logo eingestanzt. Ein Schriftzug führt eine konstante horizontale Bewegung mit einem Pixel pro Halbbild aus, während sich der andere Schriftzug mit zwei Pixeln pro Halbbild vertikal bewegt. Ein Szenenausschnitt ist in Abbildung 7.5 gegeben.


train_n 173K
Abbildung 7.5: Bild aus der Sequenz "train_n"

7.2.6 Testsequenz "wheel"

Diese Testsequenz zeigt ein sich drehendes Speichenrad und ein weiteres schwarzweiß gestreiftes Rad, an dem verschiedene strukturierte Objekte befestigt sind. Die Rotationen können durch die translatorischen Bewegungsvektoren nur näherungsweise beschrieben werden. Ein Bild aus der Sequenz ist in Abbildung 7.6 dargestellt.


wheel 186K
Abbildung 7.6: Bild aus der Sequenz "wheel"

7.3 Ergebnisse der 50 Hz nach 60 Hz Konversion

Bei der Formatkonversion von 50 Hz nach 60 Hz kann erst nach fünf interpolierten Bildern ein Bild aus der Originalsequenz verwendet werden, das zudem noch in die richtige Rasterlage uminterpoliert werden muß. Daher lassen sich bei diesem Bildratenverhältnis Interpolationsfehler und Probleme in der Bewegungsdarstellung gut erkennen.

Die Simulationen mit den nichtadaptiven Filtermasken wurden mit aktiviertem rekursiven Element durchgeführt. Für das adaptive Interpolationsverfahren wurden die mittels eines Entwurfsverfahrens generierten Filtermasken aus Abbildung 5.4 verwendet. Auf ein rekursives Element wurde dabei verzichtet.

7.3.1 Ergebnisse der Testsequenz "car"

Die Testergebnisse dieser Sequenz sind in Abbildung 7.7 aufgeführt. Deutlich erkennbar erreicht die Halbbildwiederholung den schlechtesten Bewegungseindruck. Obwohl nur wenige Interpolationsartefakte, die durch die Rasteruminterpolation entstehen, vorhanden sind, erhält dieses Verfahren die niedrigste Gesamtwertung.


Ergebnisse
Abbildung 7.7: Ergebnisse der Sequenz "car" bei 60 Hz

Das Verfahren nach de Haan erhält, trotz weniger vorhandener Interpolationsartefakte, nur die drittbeste Bewertung. Der Bewegungseindruck, der um 0,3 Bewertungspunkte schlechter bewertet wird, als bei dem Verfahren mit adaptiven Medianfilter, beeinflußt demnach den Gesamteindruck einer Bildfolge stärker als die Sichtbarkeit von Interpolationsartefakten.

Die Resultate der anderen beiden Verfahren liegen nur um 0,08 Bewertungspunkte auseinander. Da die Testpersonen aufgrund der ITU-Empfehlungen nur jeweils zehn Sekunden lang die Möglichkeit bekamen, eine Testsequenz zu betrachten, blieben bei der Bewertung einige Unterschiede zwischen den erzeugten Sequenzen unbemerkt. So zeichnet sich das adaptive Interpolationsverfahren durch die gleichmäßigsten Bewegungen der Räder des Autos aus. Beim de Haan-Verfahren zeigt sich ein leichtes "Ruckeln" des Autos in Bewegunsgrichtung. Alle drei Medianverfahren haben Probleme mit der vollständigen Darstellung der Antenne des Autos, da aufgrund ihrer Feinheit keine korrekten Bewegungsvektoren ermittelt wurden. Abbildung 7.8 zeigt einen Ausschnitt aus dem fünften Bild der durch das nichtadaptive Verfahren generierten Sequenz. Im Vergleich zu Abbildung 7.1 ist die feine Struktur der Antenne fast vollständig verschwunden.


Car Detail
Abbildung 7.8: Vergrößerter Ausschnitt der Antenne aus der Sequenz "car"

7.3.2 Ergebnisse der Testsequenz "football"

Auch in dieser Sequenz schneidet die Halbbildwiederholung am schlechtesten ab. Die Ergebnisse der anderen Interpolationsverfahren liegen relativ nah beieinander (Abbildung 7.9).

Obwohl die Bewegungen schlechter als beim adaptiven Verfahren bewertet werden, was z.B. durch eine ungleichmäßige Geschwindigkeit der Werbebanden verursacht wird, erreicht das de Haan-Verfahren den besten Gesamteindruck. Die Gesamtbewertung des adaptiven Verfahrens wird, trotz des bestens Bewegungseindrucks, durch ein, auch bei den nichtadaptiven Filtern vorhandenes, "Pulsieren" der feinen Gitter im Hintergrund der Szene gemindert. Insgesamt erzielt das adaptive Verfahren gegenüber den anderen Verfahren eine um mindestens 0,2 Bewertungspunkte bessere Bewegungsdarstellung. Gegenüber dem nichtadaptiven Verfahren wird in allen Bewertungskriterien ein um mindestens 0,1 Bewertungspunkte besseres Ergebnis erzielt.


Ergebnisse
Abbildung 7.9: Ergebnisse der Sequenz "football" bei 60 Hz

7.3.3 Ergebnisse der Testsequenz "prlcar"

In Abbildung 7.10 sind die Testergebnisse der Sequenz "prlcar" dargestellt.


Ergebnisse
Abbildung 7.10: Ergebnisse der Sequenz "prlcar" bei 60 Hz

Wieder liefert die Halbbildwiederholung das schlechteste Ergebnis. Das Interpolationsverfahren mit den adaptiven Filtern erreicht mit mindestens 0,25 Bewertungspunkten Abstand den besten Bewegungseindruck und weist auch mit einer um mindestens 0,3 Bewertungspunkte über den anderen Verfahren liegenden Bewertung die wenigsten Interpolationsartefak-te auf. Im Gesamteindruck wird es zwar mit 0,2 Punkten deutlich besser als das nichtadaptive Verfahren bewertet, erzielt aber gegenüber dem de Haan-Verfahren jedoch nur eine fast gleiche Bewertung.

Die nachfolgenden Abbildungen 7.11 und 7.12 verdeutlichen die Unterschiede zwischen den mit nichtadaptiven und adaptiven Medianfiltern erzeugten Sequenzen. Die Bilder stammen aus dem elften Halbbild mit plinks = 5/6 und prechts = 1/6. Die verzerrte Abbildung wird durch die Halbbilddarstellung verursacht.


prlcar
Abbildung 7.11: Durch das nichtadaptive Interpolationsverfahren erzeugtes Bild

prlcar
Abbildung 7.12: Durch das adaptive Interpolationsverfahren erzeugtes Bild

Der Schatten im Bereich A wird durch das nichtadaptive Interpolationsverfahren nur andeutungsweise abgebildet.

Abbildung 7.13 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Sequenz (Bereich B). Deutlich sind die Unterschiede zwischen den mit verschiedenen Filtermasken generierten Bildern sichtbar. Die Darstellung der Radkappen erfolgt wesentlich detaillierter durch das adaptive Verfahren.


Nichtadaptive Filtermasken Adaptive Filtermasken
prlcar prlcar
Abbildung 7.13: Vergleich der Ergebnisse mit nichtadaptiven und adaptiven Filtern

Abbildung 7.14 zeigt einen weiteren vergrößerten Ausschnitt der Sequenz (Bereich C). Bei den nichtadaptiven Filtern wird der Balken im Hintergrund vollständig unterdrückt.


Nichtadaptive Filtermasken Adaptive Filtermasken
prlcar prlcar
Abbildung 7.14: Vergrößerte Ausschnitt aus der Sequenz "prlcar"

Der Bereich D weist bei der durch nichtadaptive Filter erzeugten Sequenz eine leichte Störung auf.

Während bei einer 50 nach 100 Hz Konversion Details in den interpolierten Bildern unterdrückt werden können, ergibt sich bei einer 50 Hz nach 60 Hz Konversion eine andere Situation. Hier ist die Auslöschung von Details nicht erwünscht, da sie sonst bei fünf von sechs Bildern fehlen und somit zu einem niederfrequenten Flackern führen.

7.3.4 Ergebnisse der Testsequenz "train_n"

Abbildung 7.15 zeigt die Testergebnisse der Sequenz "train_n". Wiederum wird die Halbbildwiederholung am schlechtesten bewertet. Die vektorgestützten Medianverfahren schneiden durch den gleichmäßigeren Bewegungseindruck besser als das de Haan-Verfahren ab. Die von den Testpersonen erkannte bessere Bewegungsdarstellung der nicht adaptiven Filtermasken konnte bei eingehender Betrachtung der Sequenzen nicht bestätigt werden. Die Bildfolgen wurden in beiden Testdurchläufen deutlich unterschiedlich bewertet, was durch die Reihenfolge der gezeigten Sequenzen verursacht sein könnte.


Ergebnisse
Abbildung 7.15: Ergebnisse der Sequenz "train_n" bei 60 Hz

Durch die adaptiven Filter werden die Bewegungen der horizontalen Laufschrift wesentlich gleichmäßiger als durch die nichtadaptiven Filter dargestellt. Auch weisen die durch die adaptive Filterung erzeugten Sequenzen eine verbesserte Bewegungsdarstellung an bewegten Kanten auf. Dafür tritt in den hochfrequenten Strukturen des Bildes, wie etwa der Testtafel, ein stärkeres Flackern auf, das sich in den von den nichtadaptiven Filtern generierten Bildern weniger stark bemerkbar macht.

In Abbildung 7.16 wird ein Ausschnitt aus Halbbild 55, d.h. plinks = 1/6 und prechts = 5/6, gezeigt. Das Interpolationsverfahren ist mit den nichtadaptiven Filtern nicht in der Lage, die obere Ecke des Waggons korrekt darzustellen.


Nichtadaptive Filtermasken Adaptive Filtermasken
train_n Detail train_n Detail
Abbildung 7.16 Vergleich der Ergebnisse mit nichtadaptiven und adaptiven Filtern

7.3.5 Ergebnisse der Testsequenz "wheel"

Die Ergebnisse der Sequenz "wheel" sind in Abbildung 7.17 aufgeführt. Hier ist das adaptive Interpolationsverfahren den anderen Verfahren deutlich überlegen. So weist es einen um 0,4 Bewertungspunkte besseren Bewegungseindruck, eine um 0,66 Punkte bessere Gesamtbewertung und eine um sogar 0,9 Punkte höhere Bewertung der Interpolationsartefakte als das nächstbeste Verfahren auf. Die adaptiven Filter können demnach die Fehler, die durch die nicht dem Bewegungsmodell entsprechende Rotation entstehen, besser kompensieren.


Ergebnisse
Abbildung 7.17: Ergebnisse der Sequenz "wheel" bei 60 Hz

Auch für diese Sequenz werden zwei Ausschnitte miteinander verglichen. Sie stammen aus Halbbild 7 mit plinks = 1/6 und prechts = 5/6. Bei den nichtadaptiven Filtermasken gehen Abschnitte der Speichen verloren, während sie durch die adaptive Filterung, zwar leicht verschoben, aber trotzdem vollständig abgebildet werden. Die beiden Ausschnitte sind in Abbildung 7.18 gezeigt. Die für eine 50 Hz nach 100 Hz Konversion entworfenen nichtadaptiven Filter-masken löschen Details aus, um eine falsche Positionierung auszuschließen. Bei einer 50 Hz nach 60 Hz Konversionen werden fünf interpolierte Bilder in Folge gezeigt, so daß auch durch eine geringfügig falsche Darstellung von Details ein besserer Gesamteindruck entsteht.


Nichtadaptive Filtermasken Adaptive Filtermasken
wheel Detail wheel Detail
Abbildung 7.18 Vergleich der Ergebnisse mit nichtadaptiven und adaptiven Filtern

Zusätzlich sind in Abbildung 7.19 die Radnaben des rechten Rades dargestellt. Bei den nichtadaptiven Filtern kommt es zu stärkeren "Brüchen" in den Streifen des Rades.


Nichtadaptive Filtermasken Adaptive Filtermasken
wheel Detail wheel Detail
Abbildung 7.19 Vergleich der Ergebnisse mit nichtadaptiven und adaptiven Filtern

Abbildung 7.20 zeigt das für diese Ausschnitte in x-Richtung zugrunde liegende Bewegungsvektorfeld. Ein mittlerer Grauwert steht dabei für keine Bewegung zwischen den Bil-dern, ein dunklerer Wert entspricht einer Bewegung nach links und ein hellerer Grauwert einer Bewegung nach rechts. Erkennbar ist, daß die Geschwindigkeitsvektoren der Räder radial ansteigen, in der Mitte aber keine Bewegung detektiert wurde. Auch entsprechen die Umrisse nur annähernd den in der Szene vorhandenen Objekten.


wheel
Abbildung 7.20: Bewegungsvektorfeld in x-Richtung der Sequenz "wheel"

7.4 Ergebnisse der synthetischen Zeitlupe

Die beschriebenen Formatkonversionsverfahren können auch zur Erzeugung einer synthetischen Zeitlupe verwendet werden. Dazu wird die Gesamtzahl der Bilder einer Sequenz erhöht und die Sequenz mit der Originalgeschwindigkeit von 50 Bildern pro Sekunde abgespielt. Bei einer Konversion von 50 Hz auf 250 Hz ergibt sich eine Verlangsamung um den Faktor fünf. Auch hierbei läßt sich die Qualität der verwendeten Interpolationsverfahren gut bewerten, da nach jedem Bild der Originalsequenz vier interpolierte Bilder eingefügt werden. Auch bei diesem Test wurde für das nichtadaptive Verfahren ein rekursives Element verwendet. Die adaptive Filterung wurde mit den Filtern aus Abbildung 5.6 durchgeführt.

7.4.1 Ergebnisse der Testsequenz "car"

Die Ergebnisse dieser Testsequenz sind in Abbildung 7.21 dargestellt. Die Halbbildwiederholung schneidet trotz der wenigsten Interpolationsartefakte wegen ihres inakzeptablen Bewegungseindrucks am schlechtesten ab. Das adaptive Verfahren erhält in allen drei Kategorien die beste Bewertung. Dabei wird die Bewegung um 0,17 Punkte höher bewertet als beim nicht adaptiven Interpolationsverfahren. Die Interpolationsartefakte sind um etwa 0,3 Bewertungspunkte besser als beim nichtadaptiven Verfahren, was annähernd der Bewertung des de Haan-Verfahren entspricht. Der Gesamteindruck ist aber mit mehr als 0,35 Bewertungspunkten Abstand deutlich besser.


Ergebnisse
Abbildung 7.21: Ergebnisse der Sequenz "car" bei 250 Hz

7.4.2 Ergebnisse der Testsequenz "football"

Auch bei den in Abbildung 7.22 dargestellten Ergebnissen der Testsequenz "football" werden die Halbbildwiederholung und das de Haan-Verfahren schlechter als das adaptive und das nichtadaptive Interpolationsverfahren bewertet. Obwohl die Einzelbewertungen des nichtadaptiven und des adaptiven Verfahrens nur um 0,03 Punkte voneinander abweichen, wird das nichtadaptive mit 0,12 Punkten geringfügig besser bewertet. Das kann durch statistische Streuungen verursacht worden sein, da die Bewertungen des Bewegungseindrucks und der Interpolationsartefakte beider Verfahren in den zwei Testdurchläufen sehr nahe beieinander liegen.


Ergebnisse
Abbildung 7.22: Ergebnisse der Sequenz "football" bei 250 Hz

7.4.3 Ergebnisse der Testsequenz "nymphenburg"

Abbildung 7.23 zeigt die Bewertung der Sequenz "nymphenburg". Hier erreicht das de Haan-Verfahren trotz des gegenüber dem adaptiven Verfahren deutlich schlechteren Bewegungseindrucks das höchste Gesamtergebnis. Die Unterschiede in der Bewegung sind bei dieser Sequenz durch den sehr langsamen Zoom nicht allzu groß. Die adaptiven Verfahren stellen die Bewegung jedoch am flüssigsten dar, was sich in einer um mehr als 0,5 Bewertungspunkten deutlich besseren Bewertung niederschlägt. Dies führt gegenüber dem nicht-adaptiven Verfahren auch zu einer besseren Gesamtbewertung.


Ergebnisse
Abbildung 7.23: Ergebnisse der Sequenz "nymphenburg" bei 250 Hz

Die niedrige Bewertung wird größtenteils durch flackernde Linien in den Fenstern verur-sacht. Während beim de Haan-Verfahren die Breite der Fensterstege konstant bleibt, schwankt sie bei den anderen beiden Verfahren. Dieser Bereich des Bildes ist in Abbildung 7.24 nochmals vergrößert dargestellt


nymphenburg detail
Abbildung 7.24: Detail der Fenster aus der Sequenz "nymphenburg"

Da als Ausgangsmaterial eine auf jedes fünfte Bild reduzierte Originalsequenz verwendet wurde, konnte zur objektiven Qualitätsbewertung der PSNR verwendet werden. In Abbildung 7.25 sind die PSNR-Werte, die zwischen den adaptiven bzw. nichtadaptiven Sequenzen und der Originalsequenz ermittelt wurden für die einzelnen Interpolationsphasen aufgeführt.


Ergebnisse
Abbildung 7.25: Vergleich der PSNR-Werte zwischen interpolierter und Originalsequenz

Die durch die adaptiven Medianfilter generierten Sequenzen erzielen bei den näher an den Originalbildern liegenden Phasen eins und vier einen PSNR-Gewinn von 0,57 dB bzw. 0,32 dB. In den anderen Phasen tritt hingegen nur eine geringfügige PSNR-Verbesserung von 0,14 dB bzw. 0,07 dB auf. Das liegt darin begründet, daß diese Interpolationsphasen zeitlich schon sehr nahe an der Interpolationsphase plinks = prechts = 0,5 liegen, für die die nichtadaptiven entworfen wurden.
Abbildung 7.26 zeigt zwei Differenzbilder zwischen den interpolierten Sequenzen und der Originalsequenz. Sie stammen aus der ersten Interpolationsphase. Dabei steht eine dunklere Färbung für eine größere Differenz. Das durch die nichtadaptiven Filtermasken erzeugte Bild weist insbesondere an Objektkanten mehr Unterschiede zum Originalbild auf. So werden beispielsweise der Schornstein, die Fenster und die Reflektionen im Vordergrund schlechter dargestellt.


Nichtadaptive Filtermasken Adaptive Filtermasken
nymphenburg Detail nymphenburg Detail
Abbildung 7.26: Vergleich der Differenzbilder

7.4.4 Ergebnisse der Testsequenz "train_n"

Bei dieser Testsequenz ergibt sich wieder eine ähnliche Bewertung wie in den anderen Sequenzen. Das nichtadaptive Verfahren liegt mit einer um 0,2 Bewertungspunkte schlechteren Artefaktbewertung in den anderen Kategorien um 0,1 Bewertungspunkte über dem de Haan-Verfahren. Die Ergebnisse der adaptiven Filterung werden insbesondere bezüglich des Bewegungseindrucks am besten bewertet. Er ist um 0,5 Punkte besser als bei der nichtadaptiven Medianfilterung. Auch die anderen Bewertungskategorien werden um mindestens 0,3 Punkte höher bewertet. Abbildung 7.27 zeigt zusammenfassend die Bewertung dieser Testsequenz.


Ergebnisse
Abbildung 7.27: Ergebnisse der Sequenz "train_n" bei 250 Hz

7.4.5 Ergebnisse der Testsequenz "wheel"

Ein ähnliches Bild ergibt sich bei den in Abbildung 7.28 dargestellten Ergebnissen der Testsequenz "wheel". Wiederum erreicht das Interpolationsverfahren mit den adaptiven Filtern die höchsten Bewertungen in den drei Kategorien. Im Gegensatz zur "train_n"-Sequenz beträgt hier der Unterschied in der Bewegungsdarstellung aber nur 0,1 Bewertungspunkte.


Ergebnisse
Abbildung 7.28: Ergebnisse der Sequenz "wheel" bei 250 Hz

7.5 Zusammenfassung der Testergebnisse

Das Interpolationsverfahren der Halbbildwiederholung kann, obwohl prinzipbedingt kaum Interpolationsartefakte auftreten, wegen der inakzeptabeln Bewegungsdarstellung nicht überzeugen.

Das Verfahren nach de Haan kann abhängig von Bildmaterial gute Resultate erzeugen. Horizontal hochfrequente feine Strukturen werden mit weniger Flimmern als in den beiden anderen vektorgestützten Verfahren dargestellt. Daher wird in der "nymhenburg"-Sequenz aufgrund der kaum flimmernden Darstellung der hochfrequenten Strukturen der Fenster das beste Gesamtergebnis erzielt. Der Bewegungseindruck hingegen wird durch ungleichmäßige Bewegungen beeinträchtigt. So bewegen sich in der Sequenz "car" Bereiche des Autos mit unter-schiedlichen Geschwindigkeiten.

Der Bewegungseindruck des nichtadaptiven Interpolationsverfahrens liegt teilweise auf dem gleichen Niveau wie der des de Haan-Verfahrens, wird in den meisten Sequenzen aber besser bewertet. Nachteilig erweisen sich die bei diesem Verfahren vorhandenen Interpolationsartefakte, wie die vergrößerten Ausschnitte aus den Sequenzen, z.B. Abbildung 7.13 und 7.14, zeigen.

Durch an die Projektionsfaktoren angepaßte adaptive Filter läßt sich die Qualität der Bewegung in den interpolierten Sequenzen deutlich steigern. Auch die Stärke der Interpolations-artefakte wird bei den durch das adaptive Verfahren generierten Sequenzen verringert. Lediglich in den horizontal hochfrequenten Strukturen der Sequenz "train_n" zeigt sich ein stärkeres Flimmern als bei den nichtadaptiven Filtern.

Die Testpersonen legen bei der Gesamtbewertung mehr Gewicht auf einen besseren Bewegungseindruck als auf die Sichtbarkeit von Interpolationsfehlern. Dies kann dadurch begründet sein, daß die Interpolationsfehler nur an lokal begrenzten Stellen, wie etwa den Radkappen der "prlcar"-Sequenz", auftreten, während Bewegungsstörungen größere Bereiche oder sogar die ganze Szene beeinträchtigen.


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