Codificação de imagens em baixo consumo para comunicações em minas subterrâneas

Monografia (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Curso de Engenharia Eletrônica, 2015.A mineração subterrânea é uma das atividades mais extremas da indústria moderna, sendo realizada em ambientes relativamente perigosos. Alguns dos principais riscos estão relacionados a acidentes dentro da mina, como desabamentos, incêndios, explosões e inundações, que podem inviabilizar comunicações com fio. Para trabalhadores sujeitos a estas circunstâncias, a comunicação sem fio pode oferecer as melhores chances de sobrevivência. O presente trabalho consiste na implementação de um tipo de codificação de imagens em baixo consumo, que viabiliza a comunicação mesmo com uma largura de banda de transmissão muito baixa, permitindo o envio de informações vitais por operários presos na mina para equipes de resgate. Foi proposto um sistema de comunicação em que o transmissor (que estará exposto às condições adversas de dentro da mina) envia sequências de vídeo em resolução mista para o receptor. Este, por sua vez, terá amplos recursos de computação e energia, já que ele estará na superfície da mina. A qualidade das sequências de vídeo recebidas é melhorada através de uma técnica de super-resolução baseada na super-resolução por exemplos. Foram realizados testes com os padrões JPEG e H.264/AVC, em que se variam os parâmetros que definem os coeficientes de quantização na codificação das sequências de vídeo e registrou-se as qualidades associadas através das métricas PSNR (Peak Signal to Noise Ratio) e MSE(Medium Square Error), a fim de avaliar o desempenho do algoritmo proposto para a decodificação em uma situação prática. Foram obtidas medidas de redução de até 75% para o padrão H.264 e 65% para o padrão JPEG em relação a codificação com a resolução original, estes resultados foram obtidos especialmente para sequências mais estáticas, como esperado. Para sequências com muito movimento e várias entradas de novos elementos nas cenas os resultados obtidos foram mais modestos. No entanto, os quadros super-resolvidos continuam possuindo maior qualidade que os interpolados. Assim, a implementação pode ser utilizada no desenvolvimento futuro do sistema proposto. _____________________________________________________________________________ ABSTRACTUnderground mining is one of the most extreme occupations on modern industries. First of all, mining operations are performed in very hazardous environments. Some of the main risks are related to accidents that happen inside the mine, such as roof falls, fires, explosions and floods, that may hinder wired communication. For workers under these circumstances, wireless communication may offer the best chances of survival. This paper proposes the implementation of a type of low-power image encoding, which enables communication even with a low-bandwidth, allowing the transmission of vital information by workers trapped in mines to rescue teams. The proposed communication system has a transmitter (that will be exposed to harsh conditions in the mine) that sends video sequences in mixed resolution to the receiver. On the other hand, the receiver has extensive computing resources and energy, as it will be located on the surface of the mine. The quality of the received video sequences is improved by a super-resolution technique based on example-based super-resolution. Tests were performed with JPEG and H.264 / AVC standards, varying the parameters that define the quantization coefficients of video encoding sequences and recording the qualities associated through PSNR and MSE metrics in order to evaluate the performance of the proposed algorithm for decoding on a practical situation. Reduction measures were obtained up to 75 % for the H.264 standard and 65 % for standard JPEG , these results were obtained especially for more static sequences, which was expected, and even for sequences with more movement and multiple entries of new elements in the scene. Super-resolved frames have higher quality than the interpolated ones. Thus, with these results, it was possible to fulfill the main objective of this work