FR2748337A1 - Procede de traitement d'erreur de perception et dispositif de codage d'image l'utilisant - Google Patents
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Abstract
Procédé de traitement d'erreur de perception et dispositif de codage d'image l'utilisant, comportant des moyens (11, 13) pour produire une image d'erreur de prédiction, des moyens (15, 17) pour coder l'image d'erreur de prédiction par transformation en cosinus discrète et quantification, des moyens (19, 21, 23, 25) pour transformer l'image d'erreur de prédiction codée en un flux de bits après codage en longueur variable, des moyens (27, 29) pour décoder l'image d'erreur de prédiction codée, des moyens (31, 33, 35, 37) pour prédire l'image restaurée de la trame précédente, et un processeur d'erreur de perception (39) qui reconstruit l'image d'erreur de prédiction, et l'applique aux moyens de codage.
Description
-1 La présente invention concerne un dispositif de
codage d'image et, de manière plus particulière, un pro-
cédé de traitement d'erreur de perception et un disposi-
tif de codage d'image destinés à améliorer l'efficacité du codage de l'image en renforçant la corrélation des
données d'image par l'utilisation de la perception hu-
maine des couleurs dans un domaine temporel et spatial.
Un dispositif de codage d'image habituel amé-
liore l'efficacité du codage en utilisant la corrélation
par rapport aux données d'image entrées et utilise de ma-
nière générale deux procédés de codage, comme représenté
sur la figure 1. Le premier procédé est un procédé de co-
dage par transformation destiné à définir la corrélation
des données d'image dans un domaine de fréquences spatia-
les en transformant les données d'image à coder à partir d'un domaine de fréquences temporelles dans le domaine de fréquences spatiales en utilisant une transformation en
cosinus discrète (que l'on appellera par la suite DCT).
Ce procédé de codage est utilisé dans la compression et
le codage des images en n'extrayant que la caractéristi-
que de la fréquence spatiale des données d'image, sans
perte de données d'image et, de manière plus particu-
lière, dans le codage d'une image statique.
Le second procédé est un procédé de codage pré-
dictif par modulation différentielle d'impulsions codées (que l'on appellera par la suite DPCM). Dans ce procédé,
les quantités de déplacement des images à coder sont es-
timées en utilisant des valeurs vectorielles en comparant une n-ième image (O) à coder qui est entrée à partir d'une partie d'entrée d'image 11, comme représenté sur la
figure 1, avec une (n-1)-ième image qui a été précédem-
ment codée, et le procédé estime une quantité de déplace-
ment de l'image unitaire codée en utilisant une valeur vectorielle, pour former une image prédictive (P) d'une n-ième image originale à coder en utilisant le vecteur
déplacement estimé. L'image prédictive formée comme men-
tionné ci-dessus comporte une erreur due au déplacement lorsque comparée à la n-ième image originale réelle. Une telle erreur due au déplacement est appelée erreur de prédiction (e) et est exprimée dans la formule (1) e = O-P... (1) L'erreur de prédiction, telle que définie
ci-dessus, représente la quantité de corrélation des don-
nées d'image dans le domaine temporel. L'utilisation ex-
clusive des données d'image formées par cette erreur de prédiction dans le dispositif de codage réel entraine la perte de données d'image, mais améliore l'efficacité du codage de l'image. Par conséquent, un procédé de codage
hybride, dans lequel le procédé DCT, utilisé pour ex-
traire la corrélation spatiale entre les données d'image, et le procédé DPCM, utilisé pour extraire la corrélation
temporelle entre les données d'image, sont tous deux ap-
pliqués, est communément utilisé dans le procédé de co-
dage d'image dynamique, comme représenté sur la figure 1.
Cependant, il est possible d'améliorer l'effi-
cacité du codage en appliquant la perception humaine des couleurs à un tel procédé pour extraire la corrélation
entre les données d'image. Par exemple, il existe de nom-
breuses erreurs de prédiction qui ne peuvent être distin-
guées parmi les valeurs d'erreur de prédiction obtenues
par un traitement DPCM. Par consequent, si de telles er-
reurs de prédiction peuvent être supprimées en utilisant la perception des couleurs, l'efficacité du codage peut
être améliorée tout en obtenant une qualité d'image iden-
tique pour l'image restaurée et tout en renforçant de ma-
nière relative la corrélation entre les données d'image.
Un but de la présente invention consiste à fournir un procédé de traitement d'erreur de perception qui améliore une corrélation temporelle et spatiale entre les données d'image en modélisant la perception humaine
des couleurs, en formant une table de référence de diffé-
rences de perception des couleurs de manière à effectuer
un traitement en temps réel, et en l'appliquant aux don-
nées d'images à coder.
Pour atteindre le but mentionné, on fournit un procédé de traitement d'erreur de perception, comportant
un traitement de détermination de différences de percep-
tion des couleurs pour déterminer les valeurs de diffé-
rences de perception des couleurs admissibles des pixels
image respectifs d'une image originale à coder en utili-
sant une table de référence de différences de perception des couleurs, un traitement de production d'erreur pour définir une erreur de prédiction en utilisant les valeurs
de pixel standards des images unitaires à coder respecti-
ves dans le cas d'un intra-trame et définir une erreur de prédiction en utilisant la différence existant entre une
image prédictive qui est prédite en estimant et en com-
pensant un déplacement et l'image originale dans le cas
d'un inter-trame, et un traitement de détermination d'er-
reur de perception pour déterminer une image d'erreur de perception composée uniquement de l'erreur qui engendre une différence de perception des couleurs en comparant les valeurs des différences de perception des couleurs admissibles des pixels image respectifs déterminées au cours du traitement de détermination de différences de
perception des couleurs à celles des erreurs de prédic-
tion des pixels image des configurations de trame respec-
tives, engendrées au cours du traitement de production d'erreur. Un autre but de la présente invention consiste à fournir un dispositif de codage d'image utilisant le
procédé de traitement d'erreur de perception.
Pour atteindre le but mentionné, on fournit un dispositif de codage d'image utilisant le procédé de traitement d'erreur de perception, comportant des moyens pour produire une image d'erreur de prédiction à partir de la différence existant entre une image originale d'une trame présente à coder et une image restaurée d'une trame précédente, des moyens pour coder l'image d'erreur de prédiction par transformation en cosinus discrète et par
quantification, des moyens pour transformer l'image d'er-
reur de prédiction codée en un flux de bits après avoir effectué un codage en longueur variable, des moyens pour
décoder l'image d'erreur de prédiction codée par quanti-
fication inverse et transformation en cosinus discrète inverse, des moyens pour prédire l'image restaurée de la
trame précédente par estimation et compensation d'un dé-
placement à partir de l'image d'erreur de prédiction dé-
codée, et une partie de traitement d'erreur de perception qui reconstruit l'image d'erreur de prédiction en une image d'erreur de perception composée uniquement d'une
erreur de prédiction qui engendre une différence de per-
ception des couleurs en utilisant une table de référence des différences de perception des couleurs, et l'applique
aux moyens de codage.
Les buts et les avantages de la présente inven-
tion mentionnés ci-dessus apparaîtront plus clairement à
la lecture de la description détaillée d'un mode préféré
de réalisation de celle-ci, faite en référence aux des-
sins annexés sur lesquels:
- la figure 1 est un schéma fonctionnel repré-
sentant un dispositif de codage d'image général,
- la figure 2 est un schéma fonctionnel repré-
sentant un dispositif de codage d'image selon la présente invention, - la figure 3 est une vue utilisée pour décrire
un procédé pour former une table de référence de diffé-
rences de perception des couleurs qui est utilisée dans la présente invention, - la figure 4 est un ordinogramme décrivant le fonctionnement d'une partie de traitement d'erreur de perception selon la présente invention, - les figures 5A et 5B sont des vues graphiques représentant l'effet de suppression d'une erreur de per- ception. On va maintenant décrire de manière détaillée un mode préféré de réalisation de la présente invention
en référence aux dessins annexés.
La figure 2 est un schéma fonctionnel représen-
tant un dispositif de codage d'image selon la présente invention, qui comporte en outre une partie de traitement
d'erreur de perception 39, en plus des éléments respec-
tifs de la figure 2. Le dispositif de codage d'image de la figure 2 comporte une partie d'entrée d'image 11, un soustracteur 13, une unité d'exécution de transformation en cosinus discrète (DCT) 15, un quantificateur (Q) 17, un codeur en longueur variable (VLC) 19, un tampon 21, une partie de commande de bit 23, une partie de sortie de flux de bits 25, un quantificateur inverse 27, une unité d'exécution de transformation en cosinus discrète inverse 29, un additionneur 31, une partie de restauration d'image 33, une partie d'estimation de déplacement 35,
une partie de compensation de déplacement 37 et une par-
tie de traitement d'erreur de perception 39.
La figure 4 est un ordinogramme décrivant une
opération de la partie de traitement d'erreur de percep-
tion 39 selon la présente invention, qui comporte un traitement de détermination de différences de perception des couleurs (étape 41) pour déterminer les valeurs Ty,
Tu et Tv de différences de perception des couleurs admis-
sibles des pixels image respectifs d'une image originale
à coder en utilisant une table de référence de différen-
ces de perception des couleurs (LUT), un traitement de production d'erreur (étape 43) pour définir une erreur de prédiction (e) en utilisant les valeurs de pixel moyennes
(my(i,j), mu(i,j) et mv(i,j)) des erreurs de codage res-
pectives dans le cas d'un intra-trame et en utilisant une différence entre une image prédictive (P), formée via la partie d'estimation de déplacement (35 sur la figure 20) et la partie de compensation de déplacement (37 sur la
figure 2) et une image originale (O) dans le cas d'un in-
ter-trame, et un traitement de détermination d'erreur de perception (étape 45) pour déterminer l'image d'erreur de perception composée uniquement de l'erreur qui engendre la différence de perception des couleurs en comparant les valeurs (Ty, Tu et Tv) des différences de perception des
couleurs admissibles des pixels image respectifs, déter-
minées au cours du traitement de détermination de diffé-
rences de perception des couleurs de l'étape 41 aux va-
leurs (ey, eu et ev) des erreurs de prédiction des pixels image des configurations de trame, engendrées au cours du
traitement de production d'erreur de l'étape 43.
On va maintenant décrire le fonctionnement et l'effet de la présente invention en référence aux figures
2 à 5B.
Sur la figure 2, la partie d'entrée d'image 11 et le soustracteur 13 produisent une image d'erreur de prédiction à partir de la différence existant entre une image originale de la trame présente à coder et une image restaurée de la trame précédente. L'unité d'exécution de
transformation en cosinus discrète 15 et le quantifica-
teur 17 codent l'image d'erreur de prédiction via une transformation en cosinus discrète et quantification. Le codeur en longueur variable 19, le tampon 21, la partie de commande de bit 23 et la partie de sortie de flux de bits 25 effectuent le codage en longueur variable sur l'image d'erreur de prédiction codée à transformer en un flux de bits. Le quantificateur inverse 27 et le circuit de transformation en cosinus discrète inverse 29 décodent
l'image d'erreur de prédiction codée via une quantifica-
tion inverse et une transformation en cosinus discrète inverse. L'additionneur 31, la partie de restauration d'image 33, la partie d'estimation de déplacement 35 et la partie de compensation de déplacement 37 prédisent l'image restaurée de la trame précédente en estimant et
en compensant le déplacement de l'image d'erreur de pré-
diction décodée.
Par ailleurs, la partie de traitement d'erreur
de perception 39 reconstruit l'image d'erreur de prédic-
tion en image d'erreur de perception composée uniquement de l'erreur qui engendre la différence de perception des
couleurs en utilisant la table de référence de différen-
ces de perception des couleurs, et l'applique aux moyens
de codage 15 et 17.
Sur la figure 4, la table de référence des dif-
férences de perception des couleurs est utilisée dans la détermination (étape 413) des valeurs (Ty, Tu et Tv) des différences de perception des couleurs admissibles par rapport aux pixels image respectifs (Oy = Oy(x,y), Ou = Ou(x,y) et Ov = Ov(x,y)) après réception (étape 411) de l'image originale numérique (O) composée des valeurs
de couleur YUV au cours du traitement (étape 41) de dé-
termination de la différence de perception des couleurs.
La table de référence des différences de per-
ception des couleurs utilisée dans la partie de traite-
ment d'erreur de perception (39 sur la figure 2) est com-
posée, comme représenté sur la figure 3, en déterminant les valeurs des différences de perception des couleurs admissibles des composantes de couleur respectives (L, a et b) dans le système de coordonnées de perception des couleurs uniforme L*a*b* défini par le CIE en appliquant
la formule de détermination de la différence de percep-
tion des couleurs établie par le Comité de Mesure de la Couleur (appelé CMC) qui est définie par la formule (2) ci-après et en convertissant les valeurs des différences admissibles de perception visuelle des couleurs définies dans le système de coordonnées de couleurs L*a*b défini par le CIE dans un système de coordonnées de couleurs YUV, pour former les coordonnées de la figure 3. si L < 16, SL = 0,511 sinon SL = 0,040975 L/(1 + 0,01765 L)
S, = 0,0638 C/(1 + 0,00131 C) + 0,638
SH = Sc(T-F + 1 - F)... (2)
F = [C4/(C4 + 1900)]1/2
si 164 < h < 345 F = 0,56 + 10,2 cos(h + 168)1 sinon F = 0,36 + 10,4 cos(h + 168)1 CMC(1;c) = (AL / SL) + (A / cs) + (AH / S)2 Un procédé pour définir les valeurs (Ty, Tu et
Tv) des différences de perception des couleurs admissi-
bles dans la table de référence de différences de percep-
tion des couleurs conformément aux valeurs de couleur (Oy, Ou et Ov) des pixels de l'image originale reçue en
entrée est représenté dans les formules (3) et (4).
index = (Oy/32)*64 + (Ou/32)*8 + (Ov/32)... (3) Ty = LUT[index] [0] Tu = LUT[index] [2]... (4) Tv = LUT[index] [4] La formule (4) ci-dessus définit Tu et Tv dans le cas o la configuration d'entrée de l'image est la configuration 4:4:4. Le procédé de détermination de Tu et
Tv est défini différemment selon la configuration d'en-
trée de l'image. Par exemple, dans le cas de la configu-
ration 4:2:0 o une composante u et une composante v sont combinées avec quatre composantes Y, quatre valeurs de Tu sont définies pour une composante u lorsque les formules (3) et (4) mentionnées ci-dessus sont appliquées (il en va de même dans le cas de la composante v). Dans un tel
cas, la valeur minimale des quatre valeurs de Tu est dé-
terminée comme étant la valeur de Tu.
Au cours du traitement de production d'erreur
(étape 43), la configuration de trame de l'image origi-
nale est déterminée (étape 431) et, dans le cas de l'in-
ter-trame, l'image d'erreur de prédiction (e) est définie (étape 433) en recevant l'image prédictive (P) formée par le procédé pour estimer et compenser le déplacement et l'image originale (O), comme indiqué dans la formule (1) ci-dessus. Cependant, dans le cas de l'intra-trame qui ne peut former l'image prédictive du fait de l'absence du vecteur déplacement, l'image d'erreur de prédiction (e) est définie (étape 435) en utilisant les pixels standards (my, mu et mv) des images à coder respectives. Ainsi, le procédé pour définir l'image d'erreur de prédiction (e) par rapport à l'intra-trame est décrit en ce qui concerne le cas du codage de l'image de taille N x M pixels en
utilisant le macrobloc de taille 16 x 16 comme image uni-
taire à coder.
Tout d'abord, les valeurs de pixel standards my(i,j), mu(i,j) et mv(i, v) sont définies par rapport à chacun des (N/16)*(M/16) macroblocs. A cet instant, i est supérieur ou égal à 0 et est inférieur ou égal à (N/16) et j est supérieur ou égal à 0 et est inférieur ou égal à
(M/16).
Ensuite, les différences existant entre les va-
leurs de pixel standards et les pixels respectifs sont définies comme les images d'erreur (e), comme indiqué
dans la formule (5).
ey = Oy(x,y) - my(i,j) eu = Ou(x,y) - mu(i,j)... (5) ev = Ov(x,y) mv(i,j) Cependant, l'utilisation des valeurs de pixel standards des images unitaires à coder pour définir l'image d'erreur (e) de l'intra-trame a comme avantage que l'on obtient une corrélation entre les données d'image qui est supérieure à celle obtenue dans le cas d'un faible degré de dispersion entre les données d'image.
Au cours du traitement (étape 45) de détermina-
tion de l'erreur de perception, les erreurs sur les com- posantes de couleur respectives (ey, eu et ev) engendrées au cours du traitement de production d'erreur (étape 43) sont comparées aux valeurs (Ty, Tu et Tv) des différences de perception des couleurs admissibles des composantes de
couleur (étape 451, 454 et 457). Les différences de per-
ception des couleurs admissibles des composantes de cou-
leur (Ty, Tu et Tv) sont définies au cours du traitement
de détermination de différences de perception des cou-
leurs (étape 41) pour déterminer si les erreurs sur les composantes de couleur respectives (ey, eu et ev) peuvent
être distinguées par l'oeil humain.
Lorsque la valeur de l'erreur est supérieure à la différence de perception des couleurs admissible, en d'autres termes lorsque celle-ci peut être distinguée par l'oeil humain, la valeur d'erreur est retenue comme une erreur de perception (étapes 452, 455 et 458). Par ailleurs, lorsque la valeur de l'erreur est inférieure ou
égale à la différence de perception des couleurs admissi-
ble, en d'autres termes, lorsque celle-ci ne peut être
distinguée par l'oeil humain, une image d'erreur de per-
ception (S) composée uniquement des erreurs engendrant la différence de perception des couleurs réelle est définie (étape 460) en remplaçant la valeur d'erreur par 0
(étapes 454, 456 et 459), pour supprimer l'erreur.
La figure 5A représente la donnée d'image d'er-
reur (e) lorsque la partie de traitement d'erreur de per-
ception 39 n'est pas incluse dans le dispositif de codage d'image précédent et la figure 5B représente la donnée
d'image d'erreur (S) lorsque celle-ci y est incluse.
Comme décrit ci-dessus, selon la présente in-
vention le procédé de traitement de différences de per-
ception des couleurs, le procédé de codage d'image et le
dispositif correspondant améliorent l'efficacité du co-
dage de l'image en renforçant la corrélation temporelle et spatiale entre les données d'image, sans entraîner de détérioration de l'image restaurée, par l'application de la perception humaine des couleurs au procédé de codage
d'image habituel.
Par ailleurs, ceci a pour avantage d'améliorer l'efficacité de l'opération du fait qu'aucun temps de
traitement additionnel n'est nécessaire lorsqu'on appli-
que la perception humaine des couleurs, modélisée dans la
table de référence, au procédé de codage d'image.
Par ailleurs, la présente invention peut être appliquée à l'inter-trame et à l'intra-trame qui ont des déplacements en formant l'image d'erreur de perception en remplaçant par zéro l'erreur de prédiction qui n'engendre pas la différence de perception des couleurs, et peut être appliquée de manière compatible au procédé de codage
d'image habituel.
Claims (7)
1. Procédé de traitement d'erreur de perception caractérisé en ce qu'il comporte: un traitement de détermination des différences de perception des couleurs pour déterminer les valeurs de différences de perception des couleurs admissibles des pixels image respectifs d'une image originale à coder en
utilisant une table de référence des différences de per-
ception des couleurs,
un traitement de production d'erreur pour défi-
nir une erreur de prédiction en utilisant les valeurs de pixel standards des images unitaires à coder respectives dans le cas d'un intra-trame, et définir une erreur de prédiction en utilisant la différence existant entre une
image prédictive qui est prédite, en estimant et en com-
pensant un déplacement et ladite image originale dans le cas d'un intertrame, et
un traitement de détermination d'erreur de per-
ception pour déterminer une image d'erreur de perception
composée uniquement de l'erreur qui engendre une diffé-
rence de perception des couleurs en comparant les valeurs des différences de perception des couleurs admissibles des pixels image respectifs, déterminées au cours dudit traitement de détermination des différences de perception des couleurs, à celles des erreurs prédictives des pixels image des configurations de trame respectives, engendrées
au cours dudit traitement de production d'erreur.
2. Procédé de traitement d'erreur de perception selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite
table de référence des différences de perception des cou-
leurs est formée en déterminant les valeurs des différen-
ces de perception des couleurs admissibles des composan-
tes de couleur respectives (L, a et b) en appliquant une formule de détermination des différences de perception
des couleurs établie par le comité de mesure de la cou-
leur (CMC) dans un système de coordonnées de perception
des couleurs uniforme L*a*b* défini par le CIE et en con-
vertissant les valeurs des différences de perception des
couleurs admissibles définies dans ledit système de coor-
données de couleurs L*a*b* défini par le CIE dans un sys-
tème de coordonnées de couleurs YUV.
3. Procédé de traitement d'erreur de perception selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une valeur d'erreur correspondante est remplacée par 0 lorsque la valeur de ladite erreur de prédiction est inférieure ou égale à celle de la différence de perception des couleurs admissible.
4. Dispositif de codage d'image, caractérisé en ce qu'il comporte: des moyens (11, 13) pour produire une image d'erreur de prédiction à partir de la différence existant entre une image originale d'une trame présente à coder et une image restaurée d'une trame précédente, des moyens (15, 17) pour coder ladite image
d'erreur de prédiction par transformation en cosinus dis-
crète et quantification, des moyens (19, 21, 23, 25) pour transformer ladite image d'erreur de prédiction qui a été codée en un flux de bits après avoir effectué un codage en longueur variable, des moyens (27, 29) pour décoder ladite image d'erreur de prédiction codée par quantification inverse et transformation en cosinus discrète inverse, des moyens (31, 33, 35, 37) pour prédire l'image restaurée de la trame précédente par estimation et compensation d'un déplacement à partir de ladite image d'erreur de prédiction décodée, et une partie de traitement d'erreur de perception (39) qui reconstruit ladite image d'erreur de prédiction en une image d'erreur de perception composée uniquement d'une erreur de prédiction qui engendre une différence de
perception des couleurs en utilisant une table de réfé-
rence des différences de perception des couleurs, et
l'applique auxdits moyens de codage.
5. Dispositif de codage d'image selon la reven-
dication 4, caractérisé en ce que ladite partie de trai-
tement d'erreur de perception (39) comporte: une partie de détermination des différences de perception des couleurs pour déterminer les valeurs des différences de perception des couleurs admissibles des pixels image respectifs d'une image originale à coder en
utilisant une table de référence des différences de per-
ception des couleurs, une partie de production d'erreur pour définir une erreur de prédiction en utilisant les valeurs de pixel standards de l'image unitaire à coder respective dans le cas d'un intra-trame et définir une erreur de prédiction en utilisant la différence entre une erreur de
prédiction prédite en estimant et en compensant un dépla-
cement et ladite image originale dans le cas d'un in-
ter-trame, et une partie de détermination d'erreur visuelle pour comparer les valeurs des différences de perception
des couleurs admissibles des pixels image respectifs, dé-
terminées dans ladite partie de détermination des diffé-
rences de perception des couleurs, celles des erreurs de prédiction des pixels image des configurations de trame respectives engendrées dans ladite partie de production d'erreur et déterminer une image d'erreur de perception composée uniquement d'une erreur engendrant la différence
de perception des couleurs.
6. Dispositif de codage d'image selon la reven-
dication 5, caractérisé en ce que ladite table de réfé-
rence des différences de perception des couleurs est for-
mée en déterminant les valeurs des différences de percep-
tion des couleurs admissibles des composantes de couleur
respectives (L, a et b) en appliquant une formule de dé-
termination des différences de perception des couleurs établie par le comité de mesure de la couleur (CMC) dans un système de coordonnées de perception des couleurs uni- forme L*a*b* défini par le CIE et en convertissant les
valeurs des différences de perception des couleurs admis-
sibles définies dans ledit système de coordonnées de cou-
leurs L*a*b* défini par le CIE dans un système de coor-
données de couleurs YUV.
7. Dispositif de codage d'image selon la reven-
dication 6, caractérisé en ce qu'une valeur d'erreur cor-
respondante est remplacée par 0 dans le cas o la valeur de ladite erreur de prédiction est inférieure ou égale à
celle de la différence de perception des couleurs admis-
sible dans ladite partie de traitement d'erreur de per-
ception.
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