High dynamic range video for mobile devices

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dc.contributor.advisorBessa, Maximino Esteves Correia
dc.contributor.advisorChalmers, Alan
dc.contributor.authorMelo, Miguel Ângelo Correia de
dc.date.accessioned2016-04-28T14:34:49Z
dc.date.available2016-04-28T14:34:49Z
dc.date.issued2016-04-28
dc.descriptionTese de Doutoramento em Informáticapt
dc.description.abstractAs técnicas convencionais de imagem, também conhecidas como Low Dynamic Range (LDR), não são capazes de representar o espectro de cores e intensidades do mundo real. As técnicas High Dynamic Range (HDR) superam essas limitações, permitindo representar informação que pode igualar ou até mesmo ultrapassar a gama dinâmica de luz percepcionável pelo sistema visual humano. Hoje em dia, os dispositivos móveis são largamente utilizados para consumir conteúdos multimédia. Até ao momento a tecnologia HDR ainda não chegou a estes dispositivos de ecrã pequeno (DEP), sendo assim necessário efetuar a redução da gama dinâmica dos conteúdos HDR para os adequar à gama dinâmica dos DEP. A redução da gama dinâmica é obtida através da aplicação de algoritmos denominados de tone-mapping operators (TMOs). Dado que os dispositivos móveis podem ser usados numa variedade de ambientes que podem ter impacto na experiência de visualização e, consequentemente, na performance dos TMOs, torna-se importante avaliar e identificar os melhores métodos para entregar conteúdos HDR em DEP. Esta tese apresenta dois estudos psicofísicos que avaliam a entrega de vídeo HDR em dispositivos móveis tendo em consideração duas condições de visualização: diferentes níveis de iluminação ambiente e reflexos no ecrã. No primeiro estudo, os resultados mostraram que a performance dos TMOs altera-se entre os cenários com níveis de iluminação ambiente baixo e médio em relação a cenários com níveis de iluminação ambiente elevados e que a precisão percetual dos TMOs é constante entre DEP e ecrãs de tamanho convencional. No segundo estudo, os resultados demonstraram que quanto maior for a área do ecrã exposta a reflexos, maior é o impacto negativo na precisão percetual dos TMOs. Os resultados também demonstraram que, nos casos em que existem reflexos, uma abordagem utilizando TMOs híbridos não resulta numa melhor performance quando comparado com os TMOs aplicados isoladamente. Com base no conhecimento obtido nos estudos psicofísicos realizados, foi proposta uma arquitetura inovadora de entrega de vídeo HDR para dispositivos móveis sensível ao contexto. Esta arquitetura permite a entrega de conteúdos HDR em dispositivos móveis tendo em conta as especificidades destes dispositivos e o contexto onde estes estão a ser utilizados. O sistema proposto suporta dispositivos móveis que não têm capacidade computacional para descodificar localmente conteúdos HDR através dum mecanismo inovador que permite que o processo de tone-mapping seja feito no servidor, sendo o resultado posteriormente disponibilizado através de um stream de vídeo LDR. Para além de permitir a transmissão em tempo real de conteúdos HDR, a arquitetura proposta contempla um sistema de gestão de conteúdos que permite a gestão de um repositório online de vídeos HDR. Por último, um protótipo baseado no sistema proposto é apresentado e avaliado através duma série de testes de performance que demonstram a sua viabilidade.pt
dc.description.abstractConventional imaging, also known as Low Dynamic Range (LDR), is not capable of delivering the real world's range of colours and intensities. High dynamic range (HDR) imaging overcomes such limitations allowing the capture, storage and delivery of information that can match and indeed exceed the dynamic range of the human visual system. Mobile devices are widespread nowadays and are widely used to consume multimedia. So far, there is no known HDR display for these small screen devices (SSDs) leading to a need of performing a dynamic range reduction of the HDR contents to match the displays' dynamic range using algorithms known as tone-mapping operators (TMOs). As mobile devices can be used in a variety of environments that can have impact on the viewing experience and, consequently, on the TMOs' accuracy, it is important to evaluate and identify the best methods to deliver HDR content on SSDs. This thesis presents two psychophysical studies that evaluate the delivery of HDR video on mobile devices taking into account two di erent viewing conditions: di erent ambient lighting levels and screen re ections. In the rst case, results have shown that the TMO accuracy changes from dark and medium scenarios to bright scenarios and that the accuracy of the perceptual match of TMOs remains the same across SSDs and conventional sized displays. In the latter, results demonstrate that the greater the area exposed to re ections the larger the negative impact on the TMOs' perceptual accuracy. The results also show that when re ections are present hybrid TMOs do not perform better than the standard TMOs. A novel context-aware HDR video delivery system for mobile devices is also proposed. This outcome uses the knowledge gained from the psychophysical studies conducted and allows the delivery of HDR content on mobile devices taking into account speci cs pertaining to the device and the context in which the content is to be used. The system has support for mobile devices that do not have enough computational power to decode HDR content locally, through a novel mechanism that allows the tone-mapping process to occur on the server-side and delivers a LDR tonemapped stream. The proposed solution allows live HDR content broadcasting as well as providing a Content Management System (CMS) to manage an online HDR video repository. Lastly, a prototype based on the proposed system is presented and evaluated through a set of performance tests that demonstrate the solution's reliability.pt
dc.description.sponsorshipThis work was supported by the National Foundation for Science and Technology - FCT (Fundação para a Ciência e a Tecnologia)pt
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/10348/5824
dc.language.isoengpt
dc.relationSFRH/BD/76384/2011pt
dc.rightsopen accesspt
dc.subjectComputação gráficapt
dc.subjectDispositivos móveispt
dc.subject.udc004.2(043)pt
dc.subject.udc621.39(043)pt
dc.titleHigh dynamic range video for mobile devicespt
dc.typedoctoral thesispt
dspace.entity.typePublicationen
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