3D-Videos drahtlos und in Echtzeit übertragen

Die von Wissenschaftlern an der Purdue Universitiy entwickelte neue 3D-Video-Plattform Holostream soll für die schnellere Übertragung von hochwertigen Video-Inhalten auf mobile Geräte wie Smartphones und Tablet-PCs sorgen. Die Lösung setzt dabei auf die bestehende Infrastruktur, vorhandene Standards für die drahtlose Kommunikation und ein neuartiges Kompressionsverfahren.

Tyler Bell, Doktorand an der Pudue University ist der Hauptautor einer neuen Studie über eine Plattform für den drahtlosen Austausch von 3D-Videos. „Soweit uns bekannt, ist dieses System das erste seiner Art, dass komprimierte und präzise 3D-Inhalte in Echtzeit über Standard-Wireless-Netzwerke auf mobile Geräte wir Smartphones und Tablet-PCs bringt“, sagt Song Zhang, Associate Professor an der School of Mechanical Engineering der Purdue University.

Die Plattform namens Holostream solle den Datenumfang für 3D-Video ohne Qualitätsverluste drastisch reduzieren, und damit die Übertragung mit den vorhandenen Bandbreiten ermöglichen, führt Zhang weiter aus. Beliebte Anwendungen für Telekonferenzen und Telepräsenz, die VR und andere interaktive Technologien nutzen,  könnten von besserer Qualität und gesteigertem Funktionsumfang profitieren.

Zudem könne das Verfahren auch neue Anwendungen ermöglichen , die wie etwa Chirurgie mit Robotern oder Telemedizin hochauflösende und hochgenaue Videodaten benötigen, so Zhang. Die Ergebnisse der Arbeiten finden sich in einem Paper, das an der Konferenz Electronic Imaging 2018 am 2. Februar in Burlingame, Kalifornien, vorgestellt werden soll. Die Autoren sind:  Tyler Bell; Jan P. Allebach, Professor of Electrical and Computer Engineering; und Zhang.

Von 3D nach 2D

Bestehende Lösungen für die 3D-Videokommunikation lassen sich nur eingeschränkt einsetzen, unter anderem, weil sie spezielle und oft teure Hardware, einen komplexen Aufbau und viel Rechenleistung für die verzögerungsfreie Echtzeitkommunikation erfordern. Vor der Übertragung gilt es, die 3D-Video-Inhalte zu komprimieren. Doch mit konventionellen Verfahren hat es sich als schwierig erwiesen, 3D-Video in Echtzeit für die Übertragung entsprechend aufzubereiten. Die neue Plattform begegnet diesem Problem mit der Umwandlung von 3D-Video in ein 2D-Format. Zhang begründet das: „Standard-2D-Bild- und Videokompressionsverfahren sind recht ausgereift und erlauben heute die 2D-Videokommunikation über die üblichen Wireless-Netzwerke. Wenn sich 3D-Geometrien effizient und präzise in Standard-2D-Bilder konvertieren lasen, können vorhandene 2D-Videoplattformen sofort für die 3D-Videokommunikation bei niedrigen Bandbreiten genutzt werden.“

Ein Netz aus Dreiecken repräsentiert die 3D-Objekte. Darüber wird eine Textur gelegt, welche die Objekte realistisch erscheinen lässt.  Die Studie zeigt ein neuartiges Verfahren auf, mit dem sich 3D-Videodaten und Farbtexturen in ein übliches 2D-Videoformat überführen lassen. Zhang erklärt: „Wir haben eine 3D-Videodaten-Kompression entwickelt, mit der sich die Größe von 3D-Videodaten erheblich reduzieren lässt, ohne dabei Abstriche an der Qualität machen zu müssen.“ Die Wissenschaftler haben das Verfahren mit herkömmlichen, durchschnittlich leistungsfähigen Netzwerken getestet und dabei simultan hochauflösende 3D-Videos an verschiedene Mobilgeräte verschickt. Eine neuartige Pipeline für 3D-Video-Aufnahme, Komprimierung Übertragung und Dekomprimierung und Visualisierung macht Holostream möglich.

Pipeline im Blick

Das Team hat gleichermaßen die Hardware und die Software für diese Pipeline entwickelt, einschließlich einer 3D-Video-Capture-Lösung. Eine 3D-Kamera erfasst die Bilder und nutzt eine LED-Lichtquelle, um Streifenmuster auf das zu scannende Objekt zu projizieren. Die Streifen erlauben dem System, die Tiefenausdehnung und die Form des Objekts zu erfassen.

Die Plattform könnte zu Anwendungen führen, in denen es auf die Bereitstellung hochauflösender und hochpräziser 3D-Video-Daten in Echtzeit ankommt. Dazu gehören etwa die Zusammenarbeit in Konstruktion und Produktentwicklung oder die Online-Analyse von Gesichtsausdrücken,  die den mentalen Zustand einer Person oder pathologische Vorgänge wie Depressionen und posttraumatischen Stress widerspiegeln.

Holostream: Real Time 3D Streaming On Your Cell Phone: https://www.youtube.com/watch?v=NhSbWqEcmQg

 

Bild: Tyler Bell, Doktorand an der Pudue University ist der Hauptautor einer neuen Studie über eine Plattform für den drahtlosen Austausch von 3D-Videos. Die Forschungen leitete Song Zhang, Professor an der School of Mechanical Engineering an der Purdue University. Credit: Purdue University image/ Trevor Mahlmann

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