遠隔光電脈波計測(rPPG)は、非圧縮ベンチマークでは低い心拍数誤差を達成しているが、実際の展開では圧縮ビデオチャネルを介して使用される。例えば、遠隔医療、新生児集中治療室、ドライバー疲労モニタリングなどである。これまでの研究では、コーデック圧縮下で空間分解法がグローバル投影法より優れる条件を決定する物理量は特定されていなかった。
本研究では、空間アーティファクトコヒーレンス(Spatial Artifact Coherence, SAC)を提案する。SACは、4x4パッチ間緑チャネル共分散行列における非対角エネルギーと対角エネルギーの比として定義され、0.75-2.5 Hzの帯域通過フィルタが適用される。さらに、4つのコーデック対応rPPGアルゴリズムからなるPatchPCAアルゴリズムファミリーも提案している。評価は、3つの公開データセットにわたる280被験者、11のコーデック劣化変種(MPEG-4、H.265、H.264、JPEG、クロマサブサンプリングを含む)、13のアルゴリズムを対象に、Wilcoxon検定(BH-FDR補正、q < 0.05)を用いて行われ、合計904回の検定が実施された。
実験の結果、SACは変種間のPCA優位性の分散の93.8%を説明し(r = +0.969)、コーデックファミリー間で重複は見られなかった。具体的には、非MPEG-4変種のSAC値は0.10-0.18に集中し、PCA勝率は84-90%であった。一方、MPEG-4変種のSAC値は0.48-0.59に集中し、勝率は61%にとどまり、平均改善率は5.8倍減少した。被験者内では、78%が予想されるパターンを確認した(p < 10^-22、dz = 0.73)。ただし、変種内の被験者レベルでのSAC相関はr = +0.099であり、SACが個々の結果を予測するのではなく、コーデックファミリーを分類することを確認している。MPEG-4の効果は構造的であり(マクロブロックDCT幾何学であり、ノイズ振幅ではない)、解像度ではなくソースコーデック状態によって支配される。
アルゴリズム比較では、P-Hybridが最も展開堅牢なアルゴリズムとして特定された。また、PatchPCA優位性のための2つの必要な動作条件が確立された。それはSAC < 0.30かつ低〜中程度の動きであり、生映像からMPEG-4へのトランスコーディングパイプラインを直接排除するものである。SACは、臨床遠隔モニタリングシステムにおけるコーデック対応rPPGアルゴリズム選択のための、物理的に根拠のある指標を提供する。