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Traitement et éléments du codage vidéo Jenny Benois -Pineau Université Bordeaux -1 C4

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Traitement et éléments du codage vidéo Jenny Benois -Pineau Université Bordeaux -1 C4. Codage par transformées(1). Objectifs : représenter le signal image/vidéo, le signal d’erreur de compensation du mouvement sur une base orthogonale

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Presentation Transcript
codage par transform es 1
Codage par transformées(1)
  • Objectifs : représenter le signal image/vidéo, le signal d’erreur de compensation du mouvement sur une base orthogonale
  • Les coefficients du développement sur la base ensuite seront quantifiés.
  • Les critères de choix des transformées pour le codage :
  • Coefficients doivent être décorrélés;
  • Compactage de l’énergie : maximum de l’énergie dans un nombre faible des coefficients
  • Transformées : Karhunen-Loeve – optimale, mais elle n’est pas utilisée en pratique car ces fonctions de base dépendent de l’image – même et donc doivent être re-calculées et retransmises
codage par transform es 2
Codage par transformées(2)
  • Autres transformées :
  • Hadamard,
  • Haar,
  • DFT,
  • Transformée en cosinus discrète (DCT),
  • Ondelettes
  • DCT est le plus efficace et ces performances sont proches à KLT
  • - Ondelettes ont des propriétés intéressantes –    »scalabilité »
transform es orthogonales discr tes
Transformées orthogonales discrètes

Transformée de Fourier discrète

Transformée de Fourier inverse

Les indices (u,v) sont appelés « fréquences spatiales »

transform e en cosinus discr te i

est symétrique par rapport au

Transformée en cosinus discrète(I)

Transformée de Fourier d ’un signal continue réel et symétrique ne contient que les coefficients réels correspondant aux termes cos de la série Fourier;

Soit l ’image formée par la réflexion de l ’image initiale par rapport à ses bords

Or

est est réel et symétrique

transform e en cosinus discr te ii
Transformée en cosinus discrète(II)

- transformée en cosinus discrète « paire » appliquée aux blocs d ’image 8x8 dans le standard JPEG

Ici f(x,y) est le signal centré

avec g0 = 128

coefficent « DC » vs « AC »

transform e en cosinus discr te iii
Transformée en cosinus discrète(III)

Image d ’origine

Image DC par blocs 8x8

codage des images par transformation
Codage des Images par transformation
  • Du fait de la non-stationnarité du signal d’image, transformations sont effectués dans localement ( dans des blocs n=4,8,16).

DCT

par bloc et Q

Découpage en blocs nxn

Codage « symbolique »

Codeur

Q-1

DCT

Inverse

Fusion des blocs

Décodage

symbolique

Décodeur

standard jpeg
Standard JPEG
  • Joint Photographic Expert Group
  • 1992
  • Système de base et système étendu

Image

DCT

par bloc

Quantification

Découpage en blocs 8x8

Image compressée

Codage Entropique

Balayage

Zig-Zag

dct par bloc
DCT par bloc

Les composantes Y UV (4:2:2) sont traitées séparément

Bloc des coefficients DCT

Bloc dans l’image

f(x,y) = I(x,y) –128 ,

F(u,v)=DCT[f(x,y)]

quantification des coefficients i
Quantification des coefficients(I)

Les coefficients DCT des composantes YUV sont quantifiés séparément avec les matrices de quantification Psychovisuelles

-quantification entière

- matrice de quantification

Matrice pour la composante Y

quantification des coefficients ii
Quantification des coefficients(II)

Matrice pour les composantes U et V

Contrôle par le facteur de qualité q appliqué aux matrices.

codage dans le domaine dct
Codage dans le domaine DCT

Arrangement des coefficients quantifiés dans l’ordre de balayage zig-zag – coefficients DC (a00) et AC

Codage entropique (Huffman) de e

a00

codage des coefficients ac
Codage des coefficients AC

1-ère phase : codage des paires des coefficients et du nombre des zéros qui les précèdent.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 … 64

808 412 0 0 -23 9 0 0 0 0 0 6 0 … 0

808, (0,412), (2, -23), (0,9), (5,6), … EOB

2-ème phase : codage entropique (Huffman) de cette information

1011

412

1001

0

0

performances
Performances

Une bonne qualité visuelle avec 1bps

Influence du facteur de qualité :

288x230

195 Ko

RVB

q = 6 ; 3 Ko q = 84 ; 24 Ko

codage vid o hybride
Codage Vidéo Hybride
  • Principes :
  • - compensation du mouvement et codage des vecteurs de mouvement;
  • - codage par transformation du signal d’erreur de prédiction
  • - rafraîchissement par le codage des images en mode « intra »
  • - familles des codecs vidéo MPEG, H.26x
sch ma g n rique des codeurs hybrides avec la compensation du mouvement

+

Codage spatial par transformées

Décodage

-

t=0?

+

Image précédente

Prédiction par mvt

Estimation du mvt

Décodage

Codage du mouvement

Schéma générique des codeurs hybrides avec la compensation du mouvement
standards mpeg1 mpeg2 g n ralit s
Standards MPEG1,MPEG2Généralités
  • Modes de codage et architecture du train binaire
  • Codage en mode Intra –Image ( I)
  • Codage par prédiction basée mouvement Inter-Image (P)
  • Codage avec l’interpolation bi-directionnelle (B)

GOP – group of pictures

P

I

B

structure hi rarchique des macroblocs
Structure hiérarchique des macroblocs

Macroblock : 16x16 pixels

Block : 8x8 pixels

Codage du mouvement :

- sans pertes, 1 vecteur du mouvement par macroblock

- pas de codage du mouvement pour des certains MB

(images P et B)

Codage de la « texture » : DCT, quantification et codage entropique par block

(images I, P, B)

famille mpeg h 26x
Famille MPEG, H.26X

+

Codage

Entrop.

Q

Zig-

Zag

DCT

Décodage

-

t=0?

+

Image précédente

Prédiction par mvt

Estimation du mvt

Décodage

Codage du mouvement