Konzeption eines Korpus für einen speziellen Codec - Teil 1

special corpus 1Nur durch einen Ihrem Anwendungsfall genau angepassten Korpus von Testsequenzen ist eine exakte Einschätzung der Stärken und Schwächen Ihres Codecs. Ihnen bietet sich durch einen solchen Korpus die Möglichkeit, ihr Produkt auf Basis objektiver Messwerte mit Konkurrenzprodukten zu vergleichen und etwaige Fehler frühzeitig auszumerzen. Die Konzeption eines solchen Korpus wollen wir Ihnen im Folgenden zeigen. Aufgrund des Umfangs wurde dieser Bericht in zwei Teile geteilt, hier lesen Sie den ersten Teil unseres Berichts.

 

Einleitung

Im Rahmen unserer Arbeit haben wir einen großen deutschen Automobilhersteller durch objektive Messungen und Fehleranalysen bei der Auswahl eines passenden Codecs unterstützt. Dieser Codec sollte später im Automobil eingesetzt werden, wobei Video-Daten per Streaming an mehrere im Automobil verbaute Bildschirme übertragen werden sollen. Hierbei müssen gewisse Anforderungen bezüglich Bandbreite und Wiedergabequalität erfüllt werden. Ein Drittunernehmen entwickelte einen Spezialcodec, welcher durch uns auf Herz und Nieren geprüft wurde. Wir gingen dabei vor wie folgt:

  • Im Rahmen eines persönlichen Termins mit Automobilhersteller und Codecentwickler klärten wir Anforderungsprofil und Charakteristika des zu entwickelnden Codecs.

  • Auf Basis der Anforderungen und der speziellen Characteristika des Codecs erstellten wir im Rahmen mehrerer Sitzungen und in Rücksprache mit Codecentwickler und Automobilhersteller ein eigenes Konzept für einen Korpus von speziell zum Test dieses Codecs bestimmter Testsequenzen.

  • Auf Basis des Konzepts erstellten wir einen maßgeschneiderten Referenz-Korpus von Testsequenzen und stellten diesen sowohl Automobilhersteller als auch Codecentwickler zur Verfügung.

  • Dieser Referenz-Korpus wurde völlig verlustfrei im HuffYUV Format kodiert und in dieser Form übergeben. Der Codecentwickler nutzte seinen Codec um den Referenz-Corpus neu zu kodieren und so einen Vergleichs-Korpus zu erstellen.

  • Den Vergleichskorpus nutzten wir zur objektiven Einschätzung der Wiedergabequalität auf Basis von PSNR und SSIM, sowie zur Suche nach und zur Identifikation von Problemen und Fehlern im Videocodec.

Durch die so durchgeführten Analysen konnten wir Codecentwickler und Automobilhersteller unabhängiges, objektives Feedback zur Wiedergabequalität des Codecs liefern und so zur Verbesserung des Produktes beitragen. Zusätzlich konnten wir Fehler und Probleme aufdecken, welche ansonsten mit hoher Wahrscheinlichkeit erst nach Fertigstellung des Videosystems aufgefallen wären. Durch unsere Hilfe konnten spätere schlechte Testergebnisse in Fachzeitschriften und Unzufriedenheit bei den Kunden des Automobilherstellers vermieden werden. Im Folgenden wollen wir Ihnen einen Einblick in unsere Arbeit bieten.

Das Problem

Aufgrund der speziellen Anforderungen des Automobilherstellers können traditionelle Codecs wie etwa MPEG, H.264 oder H.265 nicht im Videosystem verwendet werden. Der zu testende Codec basiert daher – im Gegensatz zu traditionellen Codecs – auf zeilenweiser, nicht blockweiser, Abtastung und nutzt keinerlei Bewegungsprädiktion.

Der Codec soll für eine Reihe gängiger Szenarien (Unterhaltung, Darstellung von Navigation und Bedienungselementen) zum Einsatz kommen und hierfür gute Ergebnisse liefern. Durch die Komplexität des Codecs ergeben sich jedoch auch andere Problemfälle im Vergleich zu traditionellen Codecs. Der zu konzipierende Korpus muss also ein großes Spektrum von Anwendungsfällen abdecken und gleichzeitig auch die speziellen Charakteristika des Codecs abdecken.

In diesem ersten Teil unseres Berichtes zeigen wir Ihnen die Konzeption des anwendungsspezifischen, generischen Teils unseres Korpus. Dieser Teil kann, im Gegensatz zum codecspezifischen Teil des Korpus, genutzt werden um die visuelle Qualität des Codec objektiv der visuellen Qualität anderer Codecs gegenüberzustellen.

Die Lösung, Teil 1: Generischer Teil

In Absprache mit Automobilhersteller und Codecentwickler sollte der Codec später für verschiedene Gebiete zum Einsatz kommen. Im Speziellen sollten dies folgende Einsatzgebiete sein:

  • Entertainment, wozu die Darstellung von Filmen und Shows auf den Displays zählen,
  • Navigation, wozu typische Elemente der Navigation wie die Darstellung von Karten und vereinfachter 3D Ansichten zählen und
  • HMI (Human Machine Interaction), also grafische Benutzeroberflächen, die der Interaktion zwischen Mensch und Videosystem dienen.

Cat Combined

Um alle drei besprochenen Einsatzgebiete ausreichend abzudecken, konzipierten wir vier Untersektionen für den generischen ersten Teil des Korpus. Die vier Untersektionen sind Folgende:

  1. Entertainment: 5 Testsequenzen, um den Bereich Filme und Shows abzudecken, wie oben beschrieben,
  2. Basic GUI Elements: 6 Testsequenzen, welche generische Elemente grafischer Benutzeroberflächen repräsentieren, wie sie für Navigation und HMI eine Rolle spielen,
  3. Maps: 4 Testsequenzen, welche typische Elemente der Navigation wie Karten und einfache dreidimensionale Ansichten repräsentieren und
  4. HMI: 5 Testsequenzen, welche typische grafische Benutzeroberflächen unterschiedlicher Designparadigmen repräsentieren.

1. Entertainment

Die Entertainment-Kategorie deckt den allgemeinen Bereich der Unterhaltung ab. Sie enthält fünf Testsequenzen, welche gängige Szenen typischer Filme und / oder TV Serien zeigen. Die Beschreibung der einzelnen Testsequenzen inklusive Screenshots folgt.

  • 'Runner': Die Szene zeigt eine weibliche Person, welche durch eine menschenleere Landschaft rennt. Die Szene involviert schnelle Schnitte, schnelle Bewegung und Partikel wie Wasser, Staub und Kies.
  • 'Dialogue': Die Szene zeigt zwei männliche Personen, welche vor einer menschenleeren Landschaften einen Dialog führen. Hollywood-typisch ist die Szene mit Nahaufnahmen und Totalen gefilmt. Der Fokus liegt auf den sich unterhaltenden Personen, der Hintergrund ist unscharf und wenig komplex.
  • 'Landscape Pan': Die Szene zeigt einen Kameraschwenk über eine idyllische Landschaft. Es werden keine beweglichen Objekte wie Menschen, Fahrzeuge oder Tiere gezeigt.
  • 'Animated Movie': Die Testsequenz zeigt eine 'cartoonhafte' (also nicht realistische) computeranimierte Filmsequenz.
  • 'Cartoon': Die Testsequenz zeigt einen farbenfrohen, handgezeichneten Cartoon. Sie ist in simplem Stil gezeichnet.

Subset 1.1a

Subset 1.1b

 

2. Basic GUI Elements

Die 'Basic GUI Elements' Kategorie testet typische Grundelemente grafischer Nutzerschnittstellen. Diese sind relevant sowohl für den Anwendungsfall der Navigation, als auch für den Anwendungsfall 'HMI'. Die sechs Testsequenzen dieser Kategorie sind so entworfen, dass sie möglichst simpel und spezifisch jeweils einzelne Elemente testen. Die Beschreibung der einzelnen Testsequenzen inklusive Screenshots folgt.

  • 'Simple Gray': Das Testmuster stellt einen Basistest dar, welchen jeder Codec bestehen muss und zeigt eine einzige einheitlich grau (Hexcode #7F7F7F) gefärbte Fläche.
  • 'Ramps': Das Testmuster zeigt verschiedene horizontale Farbgradienten, welche jeweils eine Farbänderung von schwarz / weiß zu weiß / schwarz / rot / grün / blau / cyan / magenta / gelb beschreiben.
  • 'Synchronicity Test': Die Testsequenz zeigt eine Abfolge schnell wechselnder sinusförmiger Streifenmuster (horizontal / vertikal / diagonal) und einheitlich grauer Flächen.
  • 'Rotating Siemens Star': Die Testsequenz zeigt einen rotierenden, kantengeglätteten Siemensstern. Lesen zum Siemensstern auch unseren Bericht auf Burosch.de.
  • 'Lorem Ipsum': Das Testmuster zeigt den bekannten 'Lorem Ipsum' Text (Wikipedia) in schwarzen Buchstaben auf weißem Untergrund. Verschiedene Schriftarten und -größen kommen zum Einsatz.
  • 'Icons': Das Testmuster zeigt zwölf unterschiedliche Anwendungsicons, jeweils in unterschiedlichen Stilen und in drei verschiedenen Größen.

Subset 1.2a

Subset 1.2b

 

3. Maps

Die Kategorie 'Maps' deckt den weiten Bereich der Navigation ab. Enthalten sind die Darstellung von Karten, Satelitenbildern und typischer 'pseudo 3D' Fahrzeugnavigation. Diese Kategorie enthält insgesamt vier Testsequenzen. Die Beschreibung der einzelnen Testsequenzen inklusive Screenshots folgt.

  • 'Simple Map': Diese Testsequenz zeigt einen Schwenk über einen Kartenausschnitt. Der Kartenausschnitt zeigt eine dünn besiedelte, ländliche Gegend mit nur wenigen Beschriftungen und Details.
  • 'Compex Map': Die Testsequenz zeigt einen Schwenk über einen Kartenausschnitt. Der Ausschnitt zeigt eine dicht besiedelte, städtische Gegend mit vielen Beschriftungen und Details.
  • 'Satelite View': Die Testsequenz zeigt einen Swenk über ein hochauflösendes Satellitenbild. Das Bild zeigt eine städtische Gegend und umgebende Landschaft.
  • 'Car Nabigation': Die Testsequenz zeigt eine typische Fahrzeugnavigation in 'Pseudo 3D' in Aktion. Ausser der Kartenansicht sind keine Elemente auf dem Bildschirm sichtbar.

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Subset 1.3b

 

4. HMI (Human Machine Interaction)

Die 'HMI' Kategorie umfasst für den Gebrauch im Fahrzeug typische graphische Benutzerschnittstellen. Die Kategorie enthält fünf einzelne Testsequenzen. Die Beschreibung der einzelnen Testsequenzen inklusive Screenshots folgt.

  • 'Robot Car GUI': Die Testsequenz zeigt eine graphische Benutzerschnittstelle eines bekannten Designparadigmas. Dieses Design ist typisch für moderne Nutzerschnittstellen und repräsentiert damit einen typischen Fall.
  • 'Railway Car GUI': Die Testsequenz zeigt eine graphische Benutzerschnittstelle eines bekannten Designparadigmas. Dieses Design unterscheidet sich stark von anderen typischen moderne Nutzerschnittstellen im Fahrzeug und bildet damit einen Kontrast zum 'Robot Car GUI'.
  • 'Instrument Cluster A': Die Testsequenz zeigt einen simplen 'instrument cluster' (Ansammlung typischer Bedienelemente im Fahrzeug). Das Design ist einfarbig und simpel gehalten.
  • 'Instrument Cluster B':Die Testsequenz zeigt einen komplexen 'instrument cluster' (Ansammlung typischer Bedienelemente im Fahrzeug). Das Design enthält Texturen, komplexe Elemente und beinhaltet Animationen und Übergänge.
  • 'Audio Controls': Die Testsequenz zeigt eine typische Benutzerschnittstelle zur Kontrolle des fahrzeugeigenen Musiksystems, inklusive Auswahl eines Radiosenders und Wiedergabe eigener Musik.

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Subset 1.4b

 

 

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Gelesen 2028 mal Letzte Änderung am Freitag, 28 November 2014 10:53