ES2278223T3 - Procedimiento de codificacion de una imagen mediante ondas pequeñas y procedimiento de decodificacion correspondiente. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de codificación de una imagen que comprende una etapa de obtención de una malla jerárquica asociada a dicha imagen a partir de una malla inicial en la cual son efectuadas subdivisiones y/o reagrupamientos de elementos de dicha malla inicial, caracterizado porque comprende igualmente etapas de: - división de dicha imagen, en al menos dos zonas distintas presentando características particulares según al menos un criterio predeterminado; - puesta en práctica de al menos dos tipos de ondas pequeñas asignadas a dichas al menos dos zonas de dicha imagen para codificar la malla de dichas zonas.
Description
Procedimiento de codificación de una imagen
mediante ondas pequeñas y procedimiento de decodificación
correspondiente.
El campo de la invención es aquel de la
codificación de imágenes fijas o animadas, y específicamente, pero
no exclusivamente, el de la codificación de imágenes sucesivas de
una secuencia vídeo. Más precisamente, la invención concierne a una
técnica de codificación/decodificación de imágenes a las cuales se
asocia una malla, y que lleva a cabo un método llamado "de ondas
pequeñas". La invención se aplica más particularmente, pero no
exclusivamente a las ondas pequeñas de 2ª generación, presentes
específicamente en el documento de Wim Sweldens, titulado "The
Lifting Scheme: A Construction of Second Generation Wavelets" (en
español, "El procedimiento de elevación: una construcción de las
ondas pequeñas de segunda generación"), SIAM Journal on
Mathematical Analysis, Volume 29, number 2, pp
511-546, 1998.
Con el desarrollo de nuevas redes de transmisión
(xDSL, móviles con el GPRS y la UMTS, etc.), las técnicas de
codificación de imágenes y de compresión de vídeos numéricos deben
adaptarse a la heterogeneidad de las redes así como a las
fluctuaciones posibles de la calidad del servicio (QoS) en el curso
del tiempo. La toma en consideración de todos esos factores al nivel
de codificación de imágenes fijas o animadas debe permitir
proporcionar al usuario final una calidad visual óptima.
Se conocen hasta hoy varias técnicas de
codificación de imágenes, como las técnicas de codificación por
predicción temporal y transformación en cosenos discretos basados en
una estructura de bloques, tales como las propuestas por los
organismos de normalización ISO/MPEG (en inglés "International
Organization for Standardization/Moving Picture Coding Expert
Group", en español "Organización Internacional de
Estandarización/Grupo de Expertos para la Codificación de Imágenes
Animadas") y/o ITU-T (en inglés "International
Telecommunication Union-Telecommunication
Standardization Sector", en Español "Unión Internacional de
Telecomunicaciones-Sector de estandarización de las
telecomunicaciones").
Se conocen igualmente técnicas de codificación
propietarias basadas en una codificación por transformada DCT en
bloques (Microsoft con Windows Media, RealMedia con Real One, Divx
(marcas registradas), etc.), o también ciertas técnicas de
codificación por ondas pequeñas o mallas, tales como las
presentadas específicamente en las solicitudes de patentes francesa
n° 2 781 907 titulada "Procedimiento de codificación de una malla
fuente teniendo en cuenta discontinuidades, y aplicaciones
correspondientes" y n° 2 825 855, titulada "Procedimiento de
codificación y de decodificación de imágenes ejecutando mallas
ajustadas, programa, señal y aplicaciones correspondientes" a
nombre del mismo titular de la presente solicitud de patente que
ejecuta una malla jerárquica, definiendo un conjunto de vértices y
de caras orientadas, codificado con la ayuda de ondas pequeñas o
también en el documento de patente US 6,236,757 que presenta un
método de codificación de imagen adaptable, que consiste en dividir
una imagen en segmentos (que pueden ser rectangulares o corresponder
a una sub-región de la imagen de forma cualquiera),
y en asociar cada segmento de la imagen a un filtro de transformada
en ondas pequeñas de primera generación seleccionado entre un banco
de filtros adaptados a diferentes tipos de contenidos de imagen
(bordes salientes, contornos que varían lentamente, ...) sobre la
base de un enmallado de tipo árbol cuaternario, también llamado en
inglés "quad tree".
Sin embargo, esas diferentes técnicas de
codificación de imágenes conocidas presentan numerosos
inconvenientes, específicamente para las aplicaciones o las redes de
transmisión de muy bajo flujo.
Así, las técnicas de codificación basadas en
bloques conducen a la aparición de fuertes efectos, o artefactos,
que reducen fuertemente la calidad visual de la restitución de la
imagen. Las codificaciones de tipo MPEG-4 o
ITU-T/H.263 son por demás consideradas como que han
alcanzado sus límites, específicamente a causa de la estructura de
bloques rígidos de tamaño fijo, utilizada como soporte del conjunto
de los cálculos y operaciones de codificación. Igualmente, para las
técnicas que ejecutan ondas pequeñas, un efecto de
sobre-oscilación, también llamado en inglés
"ringing", da un acabado impreciso, así como la impresión, muy
desagradable para el usuario, de "ver" la onda pequeña sobre
la imagen.
Un técnica de tratamiento de las degradaciones
visuales debidas a las oscilaciones a lo largo de los contornos de
una imagen, aplicable a la codificación y a la compresión de imagen,
es presentada específicamente en el documento "high compression
image coding using an adaptative morphological subband
decomposition", Egger y otros, proceedings of the IEEE, New York,
vol 83, n° 2, 1 febrero 1995, páginas 272-287.
Esta técnica de compresión de imagen reposa en
una descomposición adaptable de la imagen en sub bandas y en la
puesta en práctica selectiva de filtros lineales en las zonas
texturizadas de la imagen y filtros morfológicos en las otras
zonas.
Para las aplicaciones o las redes de transmisión
de flujos más elevados, esas diferentes técnicas no permiten
alcanzar el límite de eficacia de codificación.
En fin, ninguna de esas técnicas del arte
anterior permite optimizar la codificación de una imagen, teniendo
en cuenta características intrínsecas de ésta última.
Además, en el marco de la codificación de
secuencias vídeo, y con la preocupación por la reducción del volumen
de datos transmitidos y codificados, se procede normalmente
calculando una imagen de error, como la sustracción de una imagen
original de la secuencia y de una imagen interpolada, o determinada
por estimación/compensación de movimiento. Se podrá referir por
ejemplo a la solicitud de patente francesa n° 00 10917 titulada
"Procedimiento de construcción de al menos una imagen interpolada
entre dos imágenes de una secuencia animada, procedimientos de
codificación y de decodificación, señal y soporte de datos
correspondientes" a nombre del mismo titular que la presente
solicitud de patente.
Ahora bien ninguna de las técnicas de
codificación conocidas está adaptada al contenido específico de
tales imágenes de errores, que contienen generalmente altas
frecuencias, tales como contornos, texturas, o también
singularidades.
La invención tiene específicamente como objetivo
paliar esos inconvenientes del arte anterior.
Más precisamente, un objetivo de la invención es
proporcionar una técnica de codificación de imágenes fijas o
animadas que permite optimizar el resultado de la codificación con
relación a las técnicas del arte anterior.
Otro objetivo de la invención es poner en
práctica una técnica, que permita reducir el volumen de los datos
sacados de la codificación, y por lo tanto eventualmente
transmitidos por una red de comunicación hasta un dispositivo de
decodificación y de restitución de la imagen.
La invención tiene igualmente como objetivo
poner en práctica una técnica que sea "escalonable", es decir
que se adapte a las fluctuaciones de las redes de transmisión, y
específicamente a las variaciones de flujo de tales redes.
La invención tiene también como objetivo
proporcionar un técnica que permita una transmisión de bajo flujo de
las informaciones de codificación de una imagen o de una secuencia
de imágenes.
Otro objetivo de la invención es poner en
práctica una técnica que permita alcanzar una buena calidad visual
de restitución de la imagen codificada, y específicamente zonas de
discontinuidad de esta imagen.
La invención tiene igualmente como objetivo
proporcionar una técnica que esté bien adaptada a la codificación de
imágenes de error.
La invención tiene también como objetivo
proporcionar una técnica que sea simple y poco costosa de poner en
práctica.
Esos objetivos, así como otros que aparecerán a
continuación, son alcanzados con la ayuda de un procedimiento de
codificación de una imagen a la cual está asociada una malla
jerárquica, que pone en práctica una codificación de dicha malla
mediante ondas pequeñas.
Según la invención, tal procedimiento de
codificación pone en práctica al menos dos tipos de ondas aplicadas
selectivamente a zonas distintas de dicha imagen.
Así, la invención reposa en una aproximación
completamente nueva e inventiva de la codificación de imágenes fijas
o animadas, y específicamente de la codificación de imágenes de una
secuencia vídeo. En efecto, la invención propone no solamente
codificar las imágenes según la técnica innovadora de las ondas
pequeñas, y específicamente de las ondas pequeñas de segunda
generación tales como las introducidas por W. Dahmen
("Decomposition of refinable spaces and applications to operator
equations", Numer. Algor., N° 5, 1993, pp.
229-245, en español "Descomposición de espacios
que pueden ser refinados y aplicaciones a las ecuaciones de
operador") y J. M. Carnicer, W. Dahmen y J.M.Pena ("Local
decomposition of refinable spaces", Appl. Comp. Harm. Anal. 3,
1996, pp. 127-153, en español "Descomposición
local de espacios que pueden ser refinados"), pero igualmente
optimizar tal codificación, aplicando tipos de ondas pequeñas
diferentes a zonas distintas de la imagen.
En efecto, los inventores de la presente
solicitud de patente han puesto en evidencia el hecho de que los
diferentes tipos de ondas pequeñas existentes presenten propiedades
de codificación distintas. Ellos tuvieron por lo tanto la idea de
explotar esas diferentes propiedades, aplicando, a las diferentes
zonas de una imagen, el tipo de ondas pequeñas cuyas propiedades de
codificación son las mejores adaptadas al contenido de cada una de
las zonas.
Se optimiza así la codificación global de la
imagen, adaptando la codificación por ondas pequeñas a regiones de
la imagen de características diferentes, y utilizando, si es
necesario, varios tipos de ondas pequeñas distintas para la
codificación de una misma imagen.
Preferentemente, tal procedimiento de
codificación comprende las etapas siguientes:
- -
- una etapa de división de dicha imagen en al menos dos zonas de naturaleza distintas, la naturaleza de una zona siendo función de al menos un parámetro característico de dicha malla en dicha zona;
- -
- para cada una de dichas zonas, una etapa de afectación, al menos en función de dicha naturaleza, de un tipo de ondas pequeñas que permiten optimizar dicha codificación de dicha malla de dicha zona.
Se comprenderá claro está que, en el caso donde
la imagen es homogénea, en el sentido que todas las zonas de esta
imagen son de la misma naturaleza, no se divide la imagen, sino que
se procede directamente a la afectación, al conjunto de la imagen,
del tipo de ondas pequeñas que permiten optimizar la codificación de
la imagen en su
totalidad.
totalidad.
Ventajosamente, dicho parámetro característico
de dicha malla tiene en cuenta la densidad de dicha malla en dicha
zona.
En efecto, la densidad de la malla en un punto
de la zona, y en una región que encierra ese punto, permite por
ejemplo determinar si la zona considerada es una zona de textura, de
contorno, o de singularidad, como será descrito más en detalle a
continuación en ese documento.
Según una característica ventajosa de la
invención, dicha naturaleza de dicha zona pertenece al grupo que
comprende:
- -
- al menos un tipo de textura;
- -
- al menos un tipo de contorno;
- -
- al menos un tipo de singularidad;
- -
- al menos un tipo de color;
- -
- al menos un tipo de forma.
Según una característica preferencial de la
invención, dichos tipos de ondas pequeñas pertenecen al grupo que
comprende:
- -
- las ondas pequeñas de Loop;
- -
- las ondas pequeñas de Butterfly;
- -
- las ondas pequeñas de Catmull-clark;
- -
- las ondas pequeñas afinadas.
El Hombre del Arte comprenderá fácilmente que la
invención no se limita sólo a los tipos de ondas pequeñas indicadas
anteriormente, que son presentados solamente a título
ilustrativo.
De manera ventajosa, tal procedimiento de
codificación comprende, para cada una de dichas zonas, una etapa de
aplicación a dicha malla de coeficientes de dicho tipo de ondas
pequeñas asignados a dicha zona, teniendo en cuenta un valor escalar
asociado a dicha malla en un punto de actualización de dicha zona y
de dicho valor escalar asociado a dicha malla en al menos ciertos
puntos vecinos a dicho punto de actualización.
Preferentemente, dicho valor escalar representa
un parámetro de dicha malla que pertenece al grupo que
comprende:
- -
- la luminancia de dicha malla;
- -
- al menos un componente de crominancia de dicha malla.
Así, se coloca por ejemplo en el punto de
aplicación de la malla (o punto de actualización), y se considera un
componente de la crominancia en ese punto.
Se estudia entonces el valor de este mismo
componente de crominancia en los puntos vecinos a ese punto de
actualización, para aplicar en consecuencia los coeficientes de
ondas pequeñas (por ponderación), así como es presentado más en
detalles a continuación con relación con las figuras 7a a 7d.
De manera preferencial, tal procedimiento de
codificación comprende además una etapa de codificación de dichos
coeficientes de ondas pequeñas que ponen en práctica una técnica que
pertenece al grupo que comprende:
- -
- una técnica de tipo zero-tree;
- -
- una técnica de tipo EBCOT.
Ventajosamente, dicha imagen pertenece a una
secuencia de imágenes sucesivas, dicho procedimiento comprende
además una etapa de comparación de dichos coeficientes de ondas
pequeñas de dicha imagen a los coeficientes de ondas pequeñas de al
menos una imagen precedente o siguiente de dicha secuencia, de forma
de evitar poner en práctica dicha etapa de codificación para
coeficientes de ondas pequeñas de dicha imagen idénticas a aquellas
de dicha imagen precedente o siguiente.
Se reduce así el volumen de los datos
transmitidos, lo que es particularmente ventajoso en el caso de
redes de transmisión de bajo flujo, o para las terminales de
restitución de poca capacidad. Para los coeficientes de ondas
pequeñas idénticos a los coeficientes precedentemente transmitidos
para otra imagen, se puede satisfacer transmitir un conjunto de
ceros, así como una referencia que permita indicar donde los
coeficientes de ondas pequeñas pueden ser encontrados (por ejemplo,
una referencia a la imagen precedente para la cual esos coeficientes
han sido ya recibidos por el dispositivo de decodificación).
De manera ventajosa, tal procedimiento de
codificación permite codificar una secuencia de imágenes sucesivas,
y dicha imagen es una imagen de error, obtenida por comparación de
una imagen original de dicha secuencia y de una imagen construida
por estimación/compensación de movimiento, dicha imagen
comprendiendo al menos una región de error a codificar y
eventualmente al menos una región sensiblemente vacía.
Claro está, en el caso donde la imagen original
es absolutamente idéntica a la imagen estimada, la imagen de error
es vacía, y no comprende por lo tanto región de error a codificar.
Inversamente, si la imagen original difiere en cualquier punto de la
imagen estimada, la imagen de error no comprende región vacía.
De manera preferencial, dicha etapa de división
comprende une etapa de detección de dichas regiones de error de
dicha imagen por valor de umbral, que permite determinar al menos
una región de dicha imagen presentando un error superior a un umbral
predeterminado.
Ese umbral puede ser parametrizado en función de
las exigencias de la aplicación o de la red de transmisión
considerada, o también en función de la calidad de restitución que
se desean obtener.
Según una primera variante de realización
ventajosa de la invención, dicha etapa de división comprende
igualmente una etapa de reagrupamiento de al menos algunas de dichas
regiones de error detectadas por bloques de forma
paralelepípedo.
Preferentemente, dicha etapa de división
comprende una etapa de creación de dichas zonas de dicha imagen bajo
la forma de conjuntos de bloques de la misma naturaleza.
Se aplica así un mismo tratamiento por ondas
pequeñas a todos los bloques de la misma naturaleza de la imagen,
incluso si esos bloques están distantes los unos de los otros en el
seno de la imagen.
Según una segunda variante de realización
ventajosa de la invención, dicha etapa de división comprende una
etapa de creación de dichas zonas de dicha imagen a partir de dichas
regiones de error detectadas, que ponen en práctica una técnica de
tipo quadtree.
La invención concierne igualmente a un
procedimiento de decodificación de una imagen a la cual está
asociada una malla jerárquica codificada por ondas pequeñas, que
ponen en práctica una decodificación selectiva de zonas distintas de
dicha imagen, en función de informaciones relativas a un tipo de
ondas pequeñas asignadas a la codificación de la malla de cada una
de dichas zonas.
Así, la imagen que ha sido dividida durante la
codificación en al menos dos zonas de naturalezas distintas, y la
naturaleza de una zona estando en función de al menos un parámetro
característico de dicha malla en dicha zona, el procedimiento de
decodificación de la invención comprende las etapas siguientes:
- una etapa de extracción, en el seno de un
flujo representativo de la imanen codificada, de informaciones
relativas al tipo de ondas pequeñas asignadas a la codificación de
la malla de cada una de las zonas;
- para cada una de las zonas, una etapa de
decodificación, en función de tales informaciones, de la malla de la
zona.
La invención concierne también a un dispositivo
de codificación de una imagen a la cual está asociada una malla
jerárquica, que pone en práctica medios de codificación de dicha
malla por ondas pequeñas, y que comprende medios de aplicación
selectiva de al menos dos tipos de ondas pequeñas de las zonas
distintas de dicha imagen.
El dispositivo de codificación de la invención
comprende por lo tanto los medios siguientes:
- medios de división de la imagen en al menos
dos zonas de naturalezas distintas, la naturaleza de una zona
estando en función de al menos un parámetro característico de la
malla en la zona;
- medios, puestos en práctica para cada una de
las zonas, de afectación, en función de la naturaleza de la zona, de
al menos un tipo de ondas pequeñas que permiten optimizar la
codificación de la malla de la zona.
La invención concierne también a un dispositivo
de decodificación de una imagen a la cual está asociada una malla
jerárquica codificada por ondas pequeñas, que comprende medios de
decodificación selectiva de zonas distintas de dicha imagen, en
función de informaciones relativas a un tipo de ondas pequeñas
asignadas a la codificación de la malla de cada una de dichas
zonas.
Dicha imagen que ha sido dividida durante la
codificación en al menos dos zonas de naturalezas distintas, y la
naturaleza de una zona siendo función de al menos un parámetro
característico de la malla en la zona, el dispositivo de
decodificación de la invención comprende por lo tanto los medios
siguientes:
- medios de extracción, en el seno de un flujo
representativo de la imagen codificada, de informaciones relativas a
un tipo de ondas pequeñas asignadas a la codificación de la malla de
cada una des zonas;
- para cada una de las zonas, medios de
decodificación, en función de tales informaciones, de la malla de
la
zona.
zona.
La invención concierne igualmente a una señal
representativa de una imagen a la cual está asociada una malla
jerárquica codificada por ondas pequeñas. Según la invención, al
menos dos tipos de ondas pequeñas que han sido aplicadas
selectivamente a zonas distintas de dicha imagen durante la
codificación, tal señal dirige informaciones relativas a dicho tipo
de ondas pequeñas asignadas a la codificación de la malla de cada
una de dichas zonas.
La imagen que ha sido dividida, durante la
codificación en al menos dos zonas de naturalezas distintas, y la
naturaleza de una zona siendo función de al menos un parámetro
característico de la malla en la zona, la señal de la invención
dirige entonces informaciones relativas a un tipo de ondas pequeñas
asignadas a la codificación de la malla de cada una de las
zonas.
Ventajosamente, tal señal es estructurada bajo
la forma de paquetes asociados cada uno a una de dichas zonas de
dicha imagen, cada uno de dichos paquetes comprendiendo los campos
siguientes:
- -
- un campo indicativo de un inicio de paquete;
- -
- un campo que dirige un identificador de dicho paquete;
- -
- un campo de encabezamiento de informaciones (en inglés "information header");
- -
- un campo que comprende dichas informaciones relativas a dicho tipo de ondas pequeñas asignadas a dicha zona;
- -
- un campo que comprende coeficientes de ondas pequeñas aplicadas a dicha malla de dicha zona;
- -
- un campo relativo a la forma de dicha malla de dicha imagen;
- -
- un campo indicativo de un fin de paquete.
Preferentemente, dicho campo de encabezamiento
de informaciones comprende:
- -
- un sub-campo relativo al número de coeficientes de ondas pequeñas de dicha zona;
- -
- un sub-campo que indica dicha zona de dicha imagen, en función de dicha forma de dicha malla;
- -
- un sub-campo relativo al número de planos de bits ejecutados por dichos coeficientes de ondas pequeñas.
La invención concierne además a la aplicación
del procedimiento de codificación y del procedimiento de
decodificación descritos precedentemente a uno al menos de los
campos que pertenecen al grupo que comprende:
- -
- el "streaming" vídeo (en español, "emisión de un flujo vídeo")
- -
- el almacenamiento de los vídeos;
- -
- la visioconferencia;
- -
- el vídeo a solicitud (en inglés VOD por "Video On Demand")
- -
- los mels vídeo.
Otras características y ventajas de la invención
aparecerán más claramente con la lectura de la descripción siguiente
de un modo de realización preferencial, dado a título de simple
ejemplo ilustrativo y no limitativo, y dibujos anexos, entre los
cuales:
- las figuras 1a y 1b reflejan los esquemas
generales de descomposición lifting, tal como es descrito
específicamente por W. Sweldens "The Lifting Scheme: A New
Philosophy in Bi Orthogonal Wavelets Constructions", Proc. SPIE
2529, 1995, pp. 68-69 (en español "El esquema
``lifting'': una nueva filosofía para las construcciones por ondas
pequeñas bi-ortogonales");
- la figura 2 ilustra el principio general de
la invención, que reposa en la selección de transformaciones por
ondas pequeñas adaptadas a las características de diferentes zonas
de una imagen;
- la figura 3 describe el principio de división
de la imagen de la figura 2 en diferentes zonas, según una técnica
de tipo quadtree, cuando la imagen es una imagen de error;
- la figura 4 presenta un ejemplo de malla
regular densa aplicada a una imagen según la invención;
- las figuras 5a a 5g ilustran diferentes etapas
de subdivisión de la malla de una imagen llevadas a cabo en el marco
de la invención;
- la figura 6 presenta el principio de gestión
de los bordes en el marco de la invención;
- las figuras 7a a 7d ilustran los diferentes
esquemas de ondas pequeñas que pueden ser aplicados a las diferentes
zonas de una imagen según la invención.
El principio general de la invención reposa en
la aplicación de diferentes tipos de ondas pequeñas, y
específicamente de ondas pequeñas de segunda generación, a
diferentes zonas de una imagen, de manera de optimizar la
codificación global de la imagen, seleccionando un tipo de ondas
pequeñas cuyas propiedades de codificación están adaptadas al
contenido de la zona considerada.
Previamente a la descripción de un modo de
realización detallado de la invención, se comienza primero por hacer
algunos llamados sucintos sobre la codificación vídeo, así como
sobre las nociones de malla, de lifting y de ondas pequeñas de
segunda generación. En efecto, la invención puede específicamente
ser puesta en práctica en el contexto general de la codificación de
una secuencia vídeo, que reposa sobre esas diferentes nociones.
El principio general de la codificación vídeo,
que es por ejemplo descrito en el documento ISO/IEC
(ITU-T SG8) JTC1/SC29 WG1 (JPEG/JBIG), JPEG2000 Part
I Final Committee Draft, Document N1646R, Marzo 2000 consiste en
describir un vídeo numérico bajo la forma de una sucesión de
imágenes representadas en el plano YUV (Luminancia/Crominancia
r/Crominancia b), muestreos de manera diversa (4:4:4 / 4:2:2 / 4:2:0
...). El sistema de codificación consiste en cambiar esta
representación teniendo en cuenta redundancias espaciales y
temporales en las imágenes sucesivas. Se aplican por lo tanto
transformaciones (de tipo DCT u ondas pequeñas por ejemplo) para
obtener una serie de imágenes
inter-dependientes.
Esas imágenes son "colocadas" en el orden
I/B/P, donde cada tipo de imagen tiene propiedades bien
determinadas. Las imágenes I, también llamadas imágenes
"intras", son codificadas de la misma forma que las imágenes
fijas y sirven de referencia a las otras imágenes de la secuencia.
Las imágenes P, también llamadas imágenes "predichas",
contienen dos tipos de informaciones: una información de error
compensado en movimiento y los vectores de movimientos. Esas dos
informaciones son deducidas de una o varias imágenes precedentes que
pueden ser de tipo I, o de tipo P. Las imágenes B, también llamadas
imágenes "bi-direccionales", contienen también
esas dos informaciones, pero están basadas en dos referencias, a
saber una referencia trasera y una referencia delantera, que pueden
ser de tipo I, o de tipo P.
Desde entonces, es suficiente transmitir la
imagen intra "I" codificada de manera clásica, y luego los
vectores de movimientos y los errores relativos a cada imagen
sucesiva, para poder restituir la totalidad de la secuencia vídeo
considerada.
Las técnicas conocidas de codificación de
imágenes fijas o de secuencias vídeo reposan igualmente en la
utilización de mallas jerárquicas, que se asocian a las imágenes a
codificar. Así, si se considera una imagen fija, por ejemplo
codificada en niveles de gris. La imagen puede ser considerada como
una representación discretizado de una superficie paramétrica. Se
puede por lo tanto aplicar, tanto sobre una zona de la imagen, como
sobre la imagen entera, una malla cualquiera. Por subdivisión
jerárquica (que puede ser adaptable o no), se hace evolucionar esa
malla de manera regular o irregular. Se dispone así de una
"jerarquía", subdividiendo la malla en las únicas regiones de
la imagen donde el error calculado es superior a un umbral
predeterminado. Un resumen general de las técnicas a base de mallas
es igualmente presentado en el documento ISO/IEC
(ITU-T SG8) JTC1/SC29 WGI (JPEG/JBIG), JPEG2000 Part
I Final Committee Draft, Document N1646R, Marzo 2000.
Algunas técnicas de codificación de imágenes
reposan igualmente en un método de descomposición por ondas pequeñas
particular llamado "lifting", descrito específicamente por W.
Sweldens "The Lifting Scheme: A New Philosophy in Bi Orthogonal
Wavelets Constructions", Proc. SPIE 2529, 1995, pp.
68-69 (en español "El esquema ``lifting'': una
nueva filosofía para las construcciones por ondas pequeñas
bi-ortogonales"). El lifting apareció desde hace
poco y se impone como un método de descomposición por ondas pequeñas
más simple y más rápido que el método usual, convolutivo. El mismo
permite una reconstrucción simple, por simples operaciones
líneas/columnas sobre la matriz de análisis.
Se presentan, con relación a las figuras 1a y
1b, los esquemas generales de la descomposición "lifting", así
como la forma de la matriz polifase asociada.
El método general consiste en separar 11 la
señal en 2 muestras pares 12 e impares 13 y en predecir las muestras
impares en función de las muestras pares. Una vez que la predicción
es realizada, una actualización de la señal es efectuada a fin de
preservar las propiedades iniciales. Este algoritmo puede ser
iterado tantas veces como se desea. La representación por lifting
conduce a la noción de matriz polifase, que permite el análisis 14 y
la síntesis 15 de la señal.
La figura 1b ilustra más precisamente el esquema
"lifting" concatenado con la matriz polifase P(z) tal
que:
con s_{i}(z) y
t_{i}(z) dos polinomios de Laurent, y A y B coeficientes de
normalización.
Se recuerda finalmente que las ondas pequeñas de
segunda generación, que pueden específicamente ser puestas en
práctica en el marco de la presente invención, constituyen una nueva
transformación, sacada del mundo matemático.
Esta transformación ha sido introducida en
primer lugar por W. Dahmen ("Decomposition of refinable spaces and
applications to operator equations", Numer. Algor., N° 5, 1993,
pp. 229-245, en español "Descomposición de
espacios que pueden ser refinados y aplicaciones a las ecuaciones de
operador") et J. M. Carnicer, W. Dahmen y J.M. Pena ("Local
decomposition of refinable spaces", Appl. Comp. Harm. Anal. 3,
1996, pp. 127-153, en español "Descomposicion
local de espacios que pueden ser refinados") y luego
desarrollado por W. Sweldens ("The Lifting Scheme: A Construction
of Second Generation Wavelets", Nov 1996, SIAM Journal on
Mathematical Analysis, en español "El esquema ``lifting'': una
construcción de ondas pequeñas de segunda generación") y W.
Sweldens & P. Schröder ("Building Your Own Wavelet at
Home", Chapter 2, Technical report 1995, Industrial Mathematics
Initiative, en español "Construya sus propias ondas pequeñas en su
casa").
Esas ondas pequeñas son construidas a partir de
una subdivisión irregular del espacio de análisis, y están basadas
en un método de interpolación ponderado y mediano. El producto
vectorial habitualmente utilizado en L^{2}(R) deviene un
producto vectorial interno ponderado. Esas ondas pequeñas son
particularmente bien adaptadas para los análisis sobre soportes
compactos y sobre los intervalos. Las mismas conservan sin embargo
las propiedades de las ondas pequeñas de primera generación, a saber
una buena localización tiempo/frecuencia y una buena rapidez de
cálculos, ya que las mismas son construidas alrededor del método
lifting expuesto precedentemente.
M. Lounsbery, T. DeRose, y J. Warren en
"Multiresolution Analysis for Surfaces of Arbitrary Topological
Type", ACM Transactions on Graphics, 1994 (en español "Análisis
multi-resolución de superficies de tipo topológico
arbitrario") han considerado aplicar esas ondas pequeñas en una
estructura superficial cualquiera. En el marco de la presente
invención, esas ondas pequeñas son aplicadas sobre una malla, que
constituye una superficie cuya topología puede ser cualquiera.
Para definir de manera exacta esas ondas
pequeñas de segunda generación, se puede primero recordar las
propiedades que esas últimas tienen en común con las ondas pequeñas
llamadas de primera generación, y luego indicar las propiedades
suplementarias que esas ondas pequeñas de segunda generación
presentan, y que son específicamente explotadas en el marco de la
presente invención.
- P1:
- Las ondas pequeñas forman una base de Riez sobre L_{2}(R), así como una base "uniforme" para una gran variedad de espacio de funciones, tal como los espacios de Lebesgue, Lipchitz, Sobolev y Besov. Esto significa que toda función de los espacios citados puede ser descompuesta sobre una base de ondas pequeñas, y esta descomposición convergerá uniformemente en norma (la norma del espacio de partida) hacia esta función.
- P2:
- Los coeficientes de descomposición sobre la base uniforme son conocidos (o pueden ser encontrados simplemente). Tanto las ondas pequeñas son ortogonales, como las ondas pequeñas duales son conocidas (en el caso bi-ortogonal).
- P3:
- Las ondas pequeñas, así como sus duales, tienen propiedades locales en espacio y en frecuencia. Algunas ondas pequeñas son incluso de soporte compacto (la presente invención utiliza preferentemente, pero no exclusivamente, tales ondas pequeñas). Las propiedades de localización en frecuencia se derivan directamente de la regularidad de la onda pequeña (para las altas frecuencias) y del número de momentos polinomiales nulos (para las bajas frecuencias).
- P4:
- Las ondas pequeñas pueden ser utilizadas en análisis multi-resolución. Esto conduce a la FWT (Fast Waveler transform, en español, "transformada en ondas pequeñas rápidas"), que permite pasar de la función a los coeficientes de ondas pequeñas en "tiempo lineal".
- Q1:
- Mientras que las ondas pequeñas de primera generación dan las bases para funciones definidas en R^{n}, algunas aplicaciones (segmentación de datos, soluciones de las ecuaciones a las derivadas parciales en campos generales, o aplicación de las ondas pequeñas sobre una malla de topología arbitraria...), necesitan ondas pequeñas definidas en campos de R^{n} arbitrarias, tales como las curvas, las superficies o las variedades;
- Q2:
- La diagonalización de las formas diferenciales, el análisis de las curvas y de las superficies, y las aproximaciones ponderadas, necesitan una base adaptada a las medidas ponderadas. Sin embargo, las ondas pequeñas de primera generación sólo proporcionan bases para los espacios con medidas invariables por translación (típicamente las medidas de Lebesgue);
- Q3:
- Muchos de los problemas reales necesitan algoritmos adaptados para los datos para muestreo irregular, mientras que las ondas pequeñas de primera generación sólo permiten un análisis sobre los datos muestreados de manera regular.
Así, para resumir la construcción de las ondas
pequeñas de segunda generación, se puede adelantar los principios a
continuación.
Durante el análisis
multi-resolución, se plantea que el espacio
tradicional donde evolucionan las funciones de escala son los
V_{k}, tales como:
Se agranda el espacio de análisis, colocándose
en un Banach (denotado B). Se tiene por lo tanto, para las ondas
pequeñas de segunda generación:
Se define, en el Banach, en el sentido de las
distribuciones, un producto escalar que permite redefinir los
espacios duales. La condición de refinamiento deviene (bajo forma
matricial):
\phi^{k-1} =
P\phi^{k}
donde P es una matriz
cualquiera.
Después de esas llamadas a las nociones
necesarias a la aprehensión de las técnicas de codificación vídeo,
se presenta en lo adelante más en detalle el principio general de la
invención con relación a la figura 2.
Se considera la imagen referenciada 21, que
puede ser una imagen fija, o una de las imágenes de una secuencia
vídeo, que se desea codificar. Una malla jerárquica referenciada 23
le está asociada. En la figura 2, esa malla es una malla regular que
sólo recubre parcialmente la imagen 21. La malla puede claro está
ser una malla irregular y/o recubrir la totalidad de la imagen
21.
El principio general de la invención consiste en
identificar, en el seno de la imagen 21, zonas de naturalezas
diferentes, a las cuales se selecciona aplicar tipos de ondas
pequeñas distintas, cuyas propiedades están bien adaptadas al
contenido de la zona considerada. Así, se puede realizar una
división de la imagen 21 de la figura 2, en una pluralidad de zonas
22, respectivamente referenciadas T1, T2 y T3.
Hasta donde se puede hacer, esas zonas
referenciadas T1, T2 y T3 son construidas bajo forma de bloques
rectangulares, para facilitar su tratamiento, o conjuntos de bloques
rectangulares aglomerados.
Así, la zona referenciada T3 del conjunto 22,
que corresponde al sol 24 de la imagen 21 es un rectángulo que
engloba el sol 24. Por el contrario, la zona referenciada T1, que
corresponde al relieve irregular 25 de la imagen 21, tiene una forma
en escalera, que corresponde a un conjunto de bloques
paralelepípedos que siguen las formas del relieve 25.
La zona T1 es una zona de textura de la imagen
21, mientras que la zona T2 engloba singularidades aisladas de la
imagen 21, y que el sol de la zona T3 es principalmente definido por
contornos.
Según la invención, se selecciona por lo tanto
el tipo de ondas pequeñas que conviene a la mejor codificación de
cada una de esas zonas, en un modo de realización particular de la
invención, para la zona de textura T1, se seleccionará así aplicar
una onda pequeña de tipo Butterfly, mientras que las zonas de
singularidad T2 y de contornos T3 serán preferentemente codificadas
a partir respectivamente de ondas pequeñas afinadas y de ondas
pequeñas de Loop.
De esta forma, se puede optimizar, tanto la
codificación de la imagen 21, como su calidad de restitución sobre
una terminal adaptada.
La tabla a continuación resume los criterios de
selección preferenciales según la invención de diferentes tipos de
ondas pequeñas, en función de la naturaleza de la zona a
codificar.
\vskip1.000000\baselineskip
Otros tipos de ondas pequeñas pueden ser, claro
está, igualmente puestas en práctica en el marco de la invención,
que no está limitada a los únicos tipos de ondas pequeñas y
naturalezas de las zonas descritas en la tabla aquí
arriba.
arriba.
Se notará que en la tabla de arriba, se
distingue, en lo que concierne a los contornos específicamente, el
caso de los objetos naturales de aquel de los objetos no naturales.
En efecto, los objetos naturales son determinados por contornos más
inciertos que los objetos no naturales. Así, de manera frecuencial,
los objetos naturales no tienen un pico definido, contrariamente a
los objetos no naturales. Conviene por lo tanto distinguir los dos
casos, en función del objeto
tratado.
tratado.
Un criterio de distinción de esos dos tipos de
objetos puede por ejemplo ser obtenido por valor de umbral de la
imagen filtrada por un filtro de paso alto multidireccional aplicado
a los niveles de gris asociados al contorno.
En lo adelante se presenta un modo de
realización particular de la invención en el contexto general de la
codificación de una secuencia vídeo, donde una de las etapas
particulares corresponde a la puesta en práctica de la
invención.
Tal codificación se apoya específicamente en las
técnicas de codificación vídeo y de "lifting" descritas
anteriormente.
Se considera un esquema de tipo I/(n)B/P,
con n positivo o nulo, donde I designa una imagen "intra", B
una imagen bi-direccional y P una imagen predicha. A
título de ejemplo, se puede considerar que se pone en práctica una
codificación de tipo MPEG, por ejemplo MPEG-4, salvo
para las imágenes de error, para las cuales se pone en práctica la
invención, con codificación por malla y ondas pequeñas de segunda
generación.
Se podrá claro está igualmente considerar
reemplazar la codificación MPEG-4 por cualquier tipo
de codificación basada en técnicas equivalentes, es decir que
utilizan una predicción temporal y una transformación en coseno
discreto (DCT) basados en una estructura de bloques, y las
cuantificaciones y codificaciones entrópicas para las informaciones
generadas. En particular, una codificación
ITU-T/H.264 o MEPG-4 AVC (tal como
es descrito específicamente en Joint Final Committee Draft of Joint
Video Specification (ITU-T Rec. H.264 l ISO/IEC
14496-10 AVC), Thomas Wiegand, Klagenfurt, 22 julio
2002) puede ser sustituida por la codificación
MPEG-4, sin apartarse del marco de la presente
invención.
Para cada imagen de la secuencia vídeo
considerada que entra en el dispositivo de codificación, o
codificador, este último decide cederla con un módulo de
codificación MPEG-4 (con o sin optimización flujo
distorsión), o con un módulo de codificación específico basada en
una optimización flujo distorsión. Se recuerda que la optimización
flujo distorsión permite realizar un compromiso entre la calidad de
la imagen y su tamaño: un algoritmo basado en la optimización flujo
distorsión permite por lo tanto realizar una optimización con vistas
a alcanzar el mejor compromiso posible.
La estimación de movimiento de las imágenes de
tipo P y B es puesta en práctica según la técnica de "block
matching" prevista en la norma MPEG-4.
La codificación del error es en cuanto a ella
realizada para la puesta en práctica de la invención. Tal
transformación de las imágenes de error en ondas pequeñas de segunda
generación basada en la malla conduce a una buena representación de
las discontinuidades de las imágenes (contornos, textura,
singularidades...), para un costo de codificación asociado muy bajo.
La invención permite por lo tanto alcanzar una muy buena eficacia en
compresión, ya que, por una parte, la misma toma en cuenta los
diferentes tipos de singularidades de las imágenes y, por otra
parte, la misma trata estas últimas seleccionando un modelo de ondas
pequeñas adaptado.
La primera etapa de la codificación de la
secuencia vídeo la cual interesa concierne a la codificación de las
imágenes "intras" I. Esa codificación reposa por ejemplo sobre
la utilización de una transformada DCT como en
MPEG-4, o en la aplicación de un método de
codificación por ondas pequeñas de primera generación, tal como es
descrito por ejemplo por W. Dahmen en "Decomposition of refinable
spaces and applications to operator equations", Numer. Algor., N°
5, 1993, pp. 229-245 (en español "Descomposición
de los espacios que pueden ser refinados y aplicaciones a las
ecuaciones de operador").
La segunda etapa de la codificación de la
secuencia vídeo concierne en cuanto a ella a la codificación de las
imágenes predichas P e imágenes bi-direccionales B.
Se compensan primero esas imágenes en movimiento por un método
clásico estimación/compensación tal como por ejemplo, el "block
matching" [descrito por G.J. Sullivan y R.L. Baker en "Motion
compensation for video compression using control grid
interpolation", International Conference on Acoustics, Speech,
and Signal Processing, 1991. ICASSP-91, vol. 4, pp.
2713-2716, en español "Compensación de movimiento
para la compresión vídeo utilizando una interpolación de rejilla de
control"], y luego se almacenan las imágenes de error
correspondientes.
Así, las imágenes de error son obtenidas por
sustracción de la imagen exacta de la secuencia y de una imagen
construida por compensación/estimación de movimiento. Si esta última
difiere de la imagen exacta, la imagen de error comprende entonces
al menos una región de error, que conviene codificar. Si al menos
algunas partes de la imagen exacta y de la imagen obtenida por
compensación de movimiento son idénticas, la imagen de error
comprende igualmente al menos una región sensiblemente vacía, para
la cual es suficiente transmitir un valor nulo durante la
transmisión del flujo de codificación.
En el curso de una tercera etapa, se separan las
informaciones de errores y las informaciones de movimiento, y se
interesa en la detección de las regiones de error en el seno de la
imagen de error, por medio de un valor de umbral. Si se plantea
"e" un umbral de tolerancia, las regiones de errores son
reconocidas como siendo todas las regiones de la imagen de error que
presentan un valor superior a ese umbral.
En una primera variante de realización de la
invención, esas regiones de errores son reagrupadas por bloques
(para tener zonas bajo la forma de cuadriláteros). El reagrupamiento
de los bloques se hace asociando a cada bloque al menos una
característica correspondiente a informaciones de texturas, colores,
de formas, de contornos, de singularidades aisladas. Esta
caracterización permite reagrupar bloques entre ellos y generar una
división de la imagen, bajo forma de zonas de naturalezas distintas,
que permitirá codificar cada zona de la división según su
transformación óptima, por aplicación del tipo de ondas pequeñas
apropiadas.
En una segunda variante de realización de la
invención, ilustrada en la figura 3, la división de la imagen en
zonas de naturalezas distintas se hace según una técnica de tipo
"quadtree".
Se considera una imagen 31, que comprende por
ejemplo tres regiones de error referenciadas 32 a 34. Se opera por
iteraciones sucesivas (etapa 1 a etapa 4), dividiendo la imagen 31
en cuatro zonas cuadradas, cada una de estas zonas siendo a su vez
subdivididas en cuatro zonas cuadradas, y así seguidamente, hasta
que la malla cuadrada así obtenida pueda ser considerada como
incluida en la región de error referenciada 32, 33 o 34 de la imagen
31.
Después que la detección de los diferentes
bloques de error de la imagen ha sido realizado (según una de las
dos variantes de realización descritos anteriormente), la imagen es
entonces cortada en zonas de diferentes naturalezas, así como se
ilustró precedentemente con relación a la figura 2, que son
codificadas con la ayuda de ondas pequeñas diferentes, para permitir
optimizar la codificación en función de las propiedades de la onda
pequeña seleccionada.
La naturaleza de una zona puede por ejemplo ser
determinada por la densidad de la malla que la recubre. Así, si la
malla de la zona considerada es densa, se puede deducir que se trata
de una zona de textura.
Una zona que comprende singularidades de la
imagen es en cambio una zona en la cual la malla es densa alrededor
de un punto de la imagen, y luego muy poco densa en los puntos
vecinos. Una zona de contorno está en cuanto a ella caracterizada
por una malla densa en una dirección.
En el curso de una cuarta etapa, después que la
zonas (preferentemente bajo la forma de cuadriláteros) de naturaleza
distintas de la imagen han sido determinadas, se aplica una malla
regular densa sobre cada una de esas zonas, así como es ilustrado
por la figura 4. La densidad de la malla es un parámetro ajustable
en función de la imagen. La figura 4 ilustra una malla regular
aplicada a una imagen que representa un "cameraman". Esa malla
es del tipo tresbolillo. La misma permite una subdivisión irregular
y el empleo de ondas pequeñas de segunda generación.
En el curso de una quinta etapa de tratamiento,
y según una primera variante de realización, se parte de la malla
regular densa de la figura 4 para hacerla evolucionar hacia una
malla más tosca "óptima" según criterios
flujo-distorsiones predeterminados y en función de
las diferentes propiedades de la zona de la imagen considerada (zona
de textura, zona de contornos, o zona de singularidades por
ejemplo)
Las figuras 5a a 5d ilustran la evolución de la
malla de la figura 4 en las iteraciones nº 3, 6, 9 y 16
respectivamente.
Más precisamente, después de la lectura de la
imagen y la creación de la malla regular de la figura 4, se procede
por iteraciones sucesivas que consisten a realizar una optimización
L^{2} de los triángulos de las mallas, una fusión de los
triángulos y luego una permuta de las aristas, también llamada
"swapping". Las posiciones de los nodos de la malla son
seguidamente cuantificadas y una optimización geométrica es
seguidamente llevada a la práctica. Es necesario en efecto que
ninguna malla sea retornada: se prueba por lo tanto cada triángulo
(operación llamada "de clockwise"). Una última cuantificación
de los puntos es necesaria. Se vuelve seguidamente a la
cuantificación L^{2}. Este bucle es realizado tantas veces como se
desee, el número de iteraciones sucesivas constituye un parámetro
personalizable de la codificación.
Las figuras 5e a 5g ilustran esta quinta etapa
de la codificación de la secuencia vídeo en el caso donde la imagen
considerada es una imagen de error. Así, la figura 5e representa
una imagen de error extraída de la secuencia vídeo llamada Foreman;
la figura 5 representa una imagen de error extraída de la secuencia
Foreman enmallada regularmente; finalmente, la figura 5g representa
una imagen de error extraída de la secuencia Foreman enmallada
después de algunas iteraciones del algoritmo de búsqueda de zonas de
la invención.
Esta quinta etapa de la codificación de la
secuencia vídeo puede igualmente ser puesta en práctica según una
segunda variante de realización, que consiste en aplicar una malla
"tosca" a la imagen considerada, y luego en refinar esa malla
tosca por subdivisiones sucesivas. Para generar tal malla tosca, se
colocan puntos equidistantes en los contornos, las texturas, y las
singularidades de la imagen, que permitirán seguidamente enmallar
juiciosamente la zona a cubrir, es decir de manera adaptable. Se
realiza seguidamente una subdivisión 1 hacia 4 estándar para
obtener, por refinamiento, la malla semi regular final.
Se puede por ejemplo proceder según la técnica
descrita por P. Gioia en "Reducing the number of wavelet
coefficients by geometric partitioning", Computational Geometry,
Theory and Applications Vol. 14, 1999, pp. 25-48 (en
español "Reducir el número de coeficientes de ondas pequeñas por
división geométrica").
La sexta etapa de la codificación de la
secuencia concierne a la gestión de los bordes, así como es
ilustrado por la figura 6. Para hacerlo se utiliza un homeomorfismo
de la malla plana 61 (malla tresbolillo) a un núcleo 62 (según un
método llamado por periodización) o también una simetrización
clásica de los datos. Para esto, se prolonga la imagen invirtiendo
las diagonales situadas en las fronteras problemáticas (es decir en
las fronteras que no están orientadas en una de las direcciones de
la malla). La aproximación de la periodización y simetrización se
hace importante en imágenes ya que la misma permite evitar desviar
la distribución estadística de los coeficientes de ondas pequeñas a
transmitir y por lo tanto tratar de converger así hacia una ley
bi-exponencial.
En el curso de una séptima etapa, se aplican las
ondas pequeñas de segunda generación en la malla de la imagen. Para
esto, se aplica por ejemplo el método propuesto por M. Lounsbery, T.
DeRose, J. Warren "Multiresolution Analysis for Surfaces of
Arbitrary Topological Type", ACM Transactions on Graphics, 1994
(en español "Análisis multi-resolución para
superficies de tipo topológico arbitrario") con los tipos de
ondas pequeñas seleccionadas según la invención en función de la
naturaleza de la zona considerada (por ejemplo de las ondas pequeñas
de Loop o de Butterfly).
La onda pequeña es aplicada a la malla, teniendo
en cuenta un valor escalar asociado a la malla en el punto de
actualización de la zona (que puede ser en un ejemplo particular el
puente central), pero también en función de este mismo valor escalar
en los puntos vecinos. Este valor escalar puede ser por ejemplo la
luminancia del punto de la malla considerada, o una componente de
la crominancia de ese mismo punto. Sigue una descomposición
ponderada por ondas pequeñas, ilustrada por las figuras 7a a 7d.
La figura 7a ilustra una onda pequeña de
Butterfly, en la cual el punto central referenciado 70 indica el
punto de aplicación de la malla y donde los otros puntos representan
los coeficientes de interpolación sobre los puntos vecinos de la
malla. Como se indicó precedentemente, esta onda pequeña es
particularmente adaptada para la gestión de las texturas.
En otras palabras, se estudian los parámetros
característicos de la malla (par ejemplo, la luminancia de la imagen
en algunos puntos), a fin de determinar si es necesario y/o
ventajoso adicionar un nodo suplementario referenciado 70, según una
etapa de análisis por ondas pequeñas de segunda generación, tal como
es descrito por ejemplo en el artículo de M. Lounsbery, T. DeRose, y
J. Warren citado precedentemente.
Las figuras 7b a 7d ilustran respectivamente
ondas pequeñas de Loop, afinadas, y de
Catmull-Clark. El punto referenciado 70 representa,
en esas diferentes figuras, el punto de aplicación de la malla,
también llamado punto de actualización. Los otros puntos representan
igualmente los coeficientes de interpolación en los puntos vecinos
de la malla.
Procediendo de la manera descrita anteriormente,
se obtienen por lo tanto coeficientes de onda para la malla
particular de la zona de la imagen considerada. Esta operación es
realizada en toda la imagen, y, en el caso de una secuencia vídeo,
para todas las imágenes P/B. Se aplica, en cada parte de la malla,
la onda pequeña mejor adaptada en función del tipo de datos tratados
(por ejemplo texturas, contornos, singularidades, colores, formas,
etc.).
Como se indicó precedentemente, a fin de
determinar la naturaleza de la zona concernida, se puede razonar
sobre la densidad de la malla alrededor de un punto y de una región
alrededor de ese punto. Así, si en un punto A de la imagen la malla
es densa (con relación a sus dos vecinos sucesivos) pero alrededor
de esta región, la malla está vacía, se dirá que se trata de una
singularidad aislada. Se aplicará entonces por ejemplo una onda
pequeña afinada. Si, alrededor de esta región, la malla es todavía
densa, se dirá que se trata de una textura, y se aplicará
preferentemente una onda pequeña de Butterfly. Para caracterizar los
contornos, se detectará la densidad de la malla según dirección (si
la malla es densa según una dirección particular).
En el marco de la codificación de una secuencia
vídeo, se toma igualmente en cuenta la interdependencia de las
imágenes sucesivas de la secuencia: así, cuando se pasa de una
imagen a la otra, una parte (hasta el conjunto) de la malla puede
ser el mismo. Por lo tanto conviene transmitir, hacia la terminal de
decodificación o de restitución, solamente los nodos de la malla que
han cambiado con relación a la imagen precedente de la secuencia.
Los otros nodos serán considerados por el codificador como fijos. De
la misma manera, la onda pequeña aplicada a una malla particular se
mantiene en la mayor parte de los casos invariable de una imagen a
la otra. En el caso donde la onda pequeña se mantiene igual, no se
transmiten informaciones a ese nivel.
En el curso de una octava etapa, se codifican
los coeficientes de ondas pequeñas obtenidos precedentemente: para
hacer esto, se lleva a cabo una técnica de tipo zero tree (tal como
la descrita por ejemplo por J.M. Shapiro en "Embedded Image Coding
Using Zerotree of Wavelet Coefficients", IEEE Transactions on
Signal Processing, Vol. 41, NO. 12, Diciembre 1993, pp.
3445-3461 (en español "Codificación de imagen
utilizando un zero tree de coeficientes de ondas pequeñas")), o
un método de tipo EBCOT (tal como es presentado por ejemplo por D.
Taubman en "High Performance Scalable Image Compression with
EBCOT", IEEE Transactions on Image Processing, Vol. 9, NO. 7,
Julio 2000 (en español "Compresión de imagen escalonable de alto
desempeño con EBCOT")), para clasificar y cuantificar los
coeficientes de ondas pequeñas.
La novena etapa de la codificación de la
secuencia vídeo concierne la conformación de esos coeficientes de
ondas pequeñas. La misma puede ser realizada según el método
propuesto en el documento ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 11, N4973, AFX
Verification Model 8, Klagenfurt, Austria, Julio 2002, concernido
por la normalización MPEG4. Según las zonas de interés, o las zonas
de fuertes errores, de los paquetes que pueden ser discriminados con
relación a otros durante la recepción y decodificación.
Otro método consiste en transmitir los
coeficientes de ondas pequeñas por "orden" de prioridad, según
la cantidad de error contenido en el paquete. Así, los datos pueden
ser transmitidos bajo la forma: N° del Paquete/information Header
(número de coeficientes, zona de la imagen, número de planos de
bit...)/Tipo de onda pequeña/coeficientes ondas
pequeñas/informaciones mallas. Los datos son así transmitidos hacia
el canal, y luego son recibidos para decodificación o
almacenamiento.
Según la invención, se define preferentemente
una estructura de señal, organizada bajo la forma de paquetes
consecutivos, cada uno de esos paquetes comprendiendo los campos
siguientes: inicio de paquete/N° Paquete/Information Header/Tipos de
ondas pequeñas/Coeficientes de ondas pequeñas/Forma de la malla/fin
de paquete.
El campo N° paquete contiene un identificador
del paquete que es atribuido por orden según el tamaño del
paquete.
El campo "Information header" (en español,
"encabezamiento de informaciones") comprende los
sub-campos siguientes:
- -
- el número de coeficientes de ondas pequeñas (número global en la zona de la imagen tratada);
- -
- la zona de la imagen considerada (en función de las informaciones proporcionadas específicamente por el campo "Forma de la malla");
- -
- el número de planos de bits (utilizados para la codificación de los coeficientes de ondas pequeñas).
El campo Tipo de onda pequeña indica si la onda
pequeña aplicada a la zona considerada es por ejemplo una onda
pequeña de Loop, de Butterfly, de Catmull-Clark, o
también una onda pequeña afinada, o de cualquier otro tipo
seleccionado en función de la naturaleza de la zona considerada.
El campo Forma de la malla permite en cuanto a
él transmitir la malla de base (bajo la forma de un conjunto de
vértices y de aristas).
Si se considera por ejemplo una imagen a
codificar que ha sido dividida según la invención en dos zonas de
naturalezas distintas, la primera zona habiendo sido codificada por
ondas pequeñas de Butterfly, y la segunda por ondas pequeñas de
Loop, la señal de la invención que dirige la secuencia codificada
transmitida es preferentemente de la forma:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
La invención prevé igualmente asociar a cada
tipo de onda pequeña un código predefinido entre el codificador y el
decodificador, de manera de simplificar el contenido del campo Tipo
de ondas pequeñas. Así, se puede considerar atribuir a las ondas
pequeñas de Loop el identificador 1, a las ondas pequeñas de
Butterfly, el 2, a las ondas pequeñas de
Catmull-clark, el 3, y a las ondas pequeñas
afinadas, el 4. El campo tipo de ondas pequeñas puede entonces ser
codificado en 2 bits.
El método de decodificación es el método dual
del método de codificación. Con la recepción de la señal que dirige
los paquetes anteriores, el dispositivo de decodificación extrae las
informaciones relativas al tipo de onda aplicada a cada una de las
zonas definidas para la imagen, y aplica una decodificación
selectiva de cada una de esas zonas, en función del tipo de ondas
pequeñas utilizada durante la codificación.
Se obtiene por lo tanto una imagen de calidad
visual óptima, y eso a bajo costo de codificación.
Claims (21)
1. Procedimiento de codificación de una imagen
que comprende una etapa de obtención de una malla jerárquica
asociada a dicha imagen a partir de una malla inicial en la cual son
efectuadas subdivisiones y/o reagrupamientos de elementos de dicha
malla inicial, caracterizado porque comprende igualmente
etapas de:
- -
- división de dicha imagen, en al menos dos zonas distintas presentando características particulares según al menos un criterio predeterminado;
- -
- puesta en práctica de al menos dos tipos de ondas pequeñas asignadas a dichas al menos dos zonas de dicha imagen para codificar la malla de dichas zonas.
2. Procedimiento de codificación según la
reivindicación 1, caracterizado porque durante dicha etapa de
división, dicho criterio predeterminado es la naturaleza de dichas
zonas distintas, la naturaleza de una zona siendo función de al
menos un parámetro característico de dicha malla en dicha zona, y
porque durante dicha etapa de puesta en práctica, el tipo de ondas
pequeñas es determinado al menos en función de dicha naturaleza, de
forma de optimizar dicha codificación de dicha malla de dicha
zona.
3. Procedimiento de codificación según la
reivindicación 2, caracterizado porque dicho parámetro
característico de dicha malla tiene en cuenta la densidad de dicha
malla en dicha zona.
4. Procedimiento de codificación según una
cualquiera de las reivindicaciones 2 y 3, caracterizado
porque dicha naturaleza de dicha zona pertenece al grupo que
comprende:
- -
- al menos un tipo de textura;
- -
- al menos un tipo de contorno;
- -
- al menos un tipo de singularidad;
- -
- al menos un tipo de color;
- -
- al menos un tipo de forma.
5. Procedimiento de codificación según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado
porque, dichos tipos de ondas pequeñas pertenecen al grupo que
comprende:
- -
- las ondas pequeñas de Loop;
- -
- las ondas pequeñas de Butterfly;
- -
- las ondas pequeñas de Catmull-clark;
- -
- las ondas pequeñas afinadas.
6. Procedimiento de codificación según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado
porque comprende, para cada una de dichas zonas, una etapa de
aplicación a dicha malla de coeficientes de dicho tipo de ondas
pequeñas asignados a dicha zona, teniendo en cuenta un valor escalar
asociado a dicha malla en un punto de actualización de dicha zona y
de dicho valor escalar asociado a dicha malla en al menos algunos
puntos vecinos a dicho punto de actualización.
7. Procedimiento de codificación según la
reivindicación 6, caracterizado porque dicho valor escalar
representa un parámetro de dicha malla que pertenece al grupo que
comprende:
- -
- la luminancia de dicha malla;
- -
- al menos un componente de crominancia de dicha malla.
8. Procedimiento de codificación según una
cualquiera de las reivindicaciones 6 y 7, caracterizado
porque comprende además una etapa de codificación de dichos
coeficientes de ondas pequeñas que pone en práctica una técnica que
pertenece al grupo que comprende:
- -
- una técnica de tipo zero-tree;
- -
- una técnica de tipo EBCOT.
\newpage
9. Procedimiento de codificación según la
reivindicación 8, caracterizado porque, dicha imagen
pertenece a una secuencia de imágenes sucesivas, dicho procedimiento
comprende además una etapa de comparación de dichos coeficientes de
ondas pequeñas de dicha imagen a los coeficientes de ondas pequeñas
de al menos una imagen precedente o siguiente de dicha secuencia, de
manera de evitar poner en práctica dicha etapa de codificación para
coeficientes de ondas pequeñas de dicha imagen idénticas a aquellas
de dicha imagen precedente o siguiente.
10. Procedimiento de codificación según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado
porque, permite codificar una secuencia de imágenes sucesivas, y
porque dicha imagen es una imagen de error, obtenida por comparación
de una imagen original de dicha secuencia y de una imagen construida
por estimación/compensación de movimiento, dicha imagen
comprendiendo al menos una región de error a codificar y
eventualmente al menos una región sensiblemente vacía.
11. Procedimiento de codificación según la
reivindicación 10, caracterizado porque que dicha etapa de
división comprende una etapa de detección de dichas regiones de
error de dicha imagen por valor de umbral, permitiendo determinar al
menos una región de dicha imagen que presenta un error superior a un
umbral predeterminado.
12. Procedimiento de codificación según la
reivindicación 11, caracterizado porque que dicha etapa de
división comprende una etapa de reagrupamiento de al menos algunas
de dichas regiones de error detectadas por bloques de forma
paralelepípedo.
13. Procedimiento de codificación según la
reivindicación 12, caracterizado porque dicha etapa de
división comprende una etapa de creación de dichas zonas de dicha
imagen bajo la forma de conjuntos de bloques de la misma
naturaleza.
14. Procedimiento de codificación según la
reivindicación 11, caracterizado porque dicha etapa de
división comprende una etapa de creación de dichas zonas de dicha
imagen a partir de dichas regiones de error detectadas, poniendo en
práctica una técnica de tipo quadtree.
15. Procedimiento de codificación de una imagen
a la cual está asociada una malla jerárquica codificada por ondas
pequeñas, caracterizado porque comprende etapas de:
- -
- identificación de al menos dos zonas distintas de dicha imagen;
- -
- puesta en práctica de una decodificación de dicha malla de cada una de dichas zonas, utilizando tipos de ondas pequeñas diferentes asignadas a dichas zonas durante la codificación de dicha malla.
16. Dispositivo de codificación de una imagen
que comprende una etapa de obtención de una malla jerárquica
asociada a dicha imagen a partir de una malla inicial sobre la cual
son efectuadas subdivisiones y/o reagrupamientos de elementos de
dicha malla inicial, caracterizado porque comprende medios de
aplicación selectiva de al menos dos tipos de ondas pequeñas a zonas
distintas de dicha imagen para codificar la malla.
17. Dispositivo de codificación de una imagen a
la cual está asociada una malla jerárquica codificada por ondas
pequeñas, caracterizado porque comprende medios de
decodificación selectiva de zonas distintas de dicha imagen, en
función de informaciones relativas a un tipo de ondas pequeñas
asignadas a la codificación de la malla de cada una de dichas
zonas.
18. Señal representativa de una imagen a la cual
está asociada una malla jerárquica, obtenida a partir de una malla
inicial en la cual son efectuadas subdivisiones y/o reagrupamientos
de elementos de dicha malla inicial y codificada por ondas pequeñas,
caracterizada porque al menos dos tipos de ondas pequeñas han
sido aplicadas selectivamente a zonas distintas de dicha imagen
durante la codificación, dicha señal dirige informaciones relativas
a dicho tipo de ondas pequeñas asignada a la codificación de la
malla de cada una de dichas zonas.
19. Señal según la reivindicación 18,
caracterizada porque la misma es estructurada bajo la forma
de paquetes asociados cada uno a una de dichas zonas de dicha
imagen, cada uno de dichos paquetes comprende los campos
siguientes:
- -
- un campo indicativo de un inicio de paquete;
- -
- un campo que dirige un identificador de dicho paquete;
- -
- un campo de encabezamiento de informaciones (en inglés "information header");
- -
- un campo que comprende dichas informaciones relativas a dicho tipo de ondas pequeñas asignadas a dicha zona;
- -
- un campo que comprende coeficientes de ondas pequeñas aplicadas a dicha malla de dicha zona;
- -
- un campo relativo a la forma de dicha malla de dicha imagen;
- -
- un campo indicativo de un fin de paquete.
20. Señal según la reivindicación 19,
caracterizado porque dicho campo de encabezamiento de
informaciones comprende:
- -
- un sub-campo relativo al número de coeficientes de ondas pequeñas de dicha zona;
- -
- un sub-campo que indica dicha zona de dicha imagen, en función de dicha forma de dicha malla;
- -
- un sub-campo relativo al número de planos de bits puestos en práctica para dichos coeficientes de ondas pequeñas.
21. Aplicación del procedimiento de
codificación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 y
del procedimiento de decodificación según la reivindicación 15 a uno
al menos de los campos que pertenecen al grupo que comprende:
- -
- el "streaming" vídeo (en español, "emisión de un flujo vídeo");
- -
- el almacenamiento de los vídeos;
- -
- la visioconferencia;
- -
- el video a solicitud (en inglés VOD por "Video On Demand");
- -
- los mel video.
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