FR2786647A1 - Codage de donnees utilisant une compensation de mouvement dans le domaine des transformees en ondelettes discretes, et decodage correspondant - Google Patents
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Abstract
L'invention propose un procédé de codage d'un ensemble de données représentatives de grandeurs physiques, ledit ensemble étant composé de sous-ensembles (Sn ). Le procédé comporte, pour chacun des sous-ensembles à partir du second, les étapes de :- détermination (E3) d'un champ de mouvement (Mn ) entre un sous-ensemble courant (Sn ) et un sous-ensemble précédent,- décomposition (E4) par transformée en ondelettes sans sous-échantillonnage du sous-ensemble courant et du sous-ensemble précédent,- compensation (E5) en mouvement du sous-ensemble précédent décomposé, par le champ de mouvement (Mn ), - soustraction (E6) du sous-ensemble précédent décomposé et compensé du sous-ensemble courant décomposé, pour former une erreur résiduelle redondante (En ), - sous-échantillonnage (E7) de l'erreur résiduelle redondante pour former une erreur résiduelle critique (ECn ).
Description
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de codage de
signal numérique utilisant une compensation de mouvement dans le
domaine des transformées en ondelettes discrètes.
L'invention concerne également un procédé et un dispositif de
décodage correspondants.
Il est connu dans la technique antérieure, notamment pour coder une séquence d'images numériques, de réaliser une estimation de mouvement entre une image courante et une image précédente dans la séquence, puis de compenser le mouvement de manière à produire une prédiction de l'image courante. La différence entre la prédiction et l'image courante, ou erreur de prédiction, est ensuite calculée. Plus l'erreur est faible, et plus elle sera compressée de manière efficace, c'est-à-dire avec un bon compromis débit/distorsion, ou de manière équivalente, un bon rapport taux de
compression sur qualité de reconstruction.
L'estimation et la compensation de mouvement et le calcul de l'erreur
de prédiction peuvent être réalisés de deux manières différentes.
Tout d'abord, il est possible de réaliser ces opérations dans le
domaine original de l'image, sans que celle-ci soit au préalable transformée.
Il est aussi possible de transformer l'image, et ensuite de réaliser les opérations d'estimation, compensation de mouvement et calcul de l'erreur de
prédiction dans le domaine transformé.
Le deuxième cas nécessite que la méthode d'estimation et de
compensation de mouvement soit bien adaptée au domaine transformé.
En particulier, la transformation en ondelettes discrète est couramment utilisée pour coder des images, puisqu'elle offre une bonne représentation de l'information à coder, en séparant l'information pertinente de
l'information " de détail ".
Afin de fixer les idées, on rappelle ici brièvement quelques définitions. Une transformation en ondelettes discrète (en Anglais " Discrete Wavelet Transform ">, dit DWT) permet de décomposer un signal numérique, par exemple une image numérique, en plusieurs sous-bandes de fréquence,
réparties selon un ou plusieurs niveaux de résolution.
La décomposition peut être critique, c'est-à-dire que le signal résultant de la transformation comporte le même nombre d'échantillons
numériques que le signal d'origine.
La décomposition peut être redondante, lorsque le signal résultant de la transformation comporte plus d'échantillons que le signal d'origine. C'est
notamment le cas lorsque la décomposition est effectuée sans sous-
échantillonnage (en Anglais " Continuous Discrete Wavelet Transform ", dit
CDWT), comme il sera plus particulièrement considéré dans la suite.
Cependant, la transformation en ondelettes discrète critique (DWT) n'est pas invariante en translation. Cela a pour conséquence que si deux signaux qui diffèrent d'un décalage de quelques pixels sont décomposés par une transformation en ondelettes discrète critique, les signaux résultant auront des coefficients de haute fréquence très différents. L'estimation et la compensation de mouvement dans le domaine des transformées en ondelettes discrète critique provoquent une erreur de prédiction qui est grande, et par
conséquence difficile à compresser de manière efficace.
Le codage n'est donc pas efficace, au sens o il sera difficile
d'obtenir un bon rapport débit/distorsion.
La présente invention vise à remédier aux inconvénients de la technique antérieure, en fournissant un procédé et un dispositif de codage de signal numérique, qui tout en utilisant une compensation de mouvement dans le domaine des transformées en ondelettes discrètes, fournit un signal codé qui
peut être compressé de manière efficace.
A cette fin, I'invention propose un procédé de codage d'un ensemble de données représentatives de grandeurs physiques, ledit ensemble étant composé de sous-ensembles, caractérisé en ce qu'il comporte, pour chacun des sous-ensembles à partir du second, les étapes de: - détermination d'un champ de mouvement entre un sous-ensemble courant et un sous- ensemble précédent,
- décomposition par transformée en ondelettes sans sous-
échantillonnage du sous-ensemble courant et du sous-ensemble précédent, compensation en mouvement du sous-ensemble précédent décomposé, par le champ de mouvement, - soustraction du sous-ensemble précédent décomposé et compensé du sous-ensemble courant décomposé, pour former une erreur résiduelle redondante, - sous-échantillonnage de l'erreur résiduelle redondante pour former
une erreur résiduelle critique.
Corrélativement, I'invention propose un dispositif de codage d'un ensemble de données représentatives de grandeurs physiques, ledit ensemble étant composé de sous-ensembles,
caractérisé en ce qu'il comporte, pour coder chacun des sous-
ensembles à partir du second: - des moyens de détermination d'un champ de mouvement entre un sous-ensemble courant et un sous- ensemble précédent, des moyens de décomposition par transformée en ondelettes sans sous-échantillonnage du sous-ensemble courant et du sous- ensemble précédent, - des moyens de compensation en mouvement du sous-ensemble précédent décomposé, par le champ de mouvement, - des moyens de soustraction du sous-ensemble précédent décomposé et compensé du sous-ensemble courant décomposé, pour former une erreur résiduelle redondante, - des moyens de sous-échantillonnage de l'erreur résiduelle redondante pour former une erreur résiduelle critique. L'invention permet de coder les données avec une erreur de prédiction qui demeure faible, car elle est calculée dans le domaine des transformées en ondelettes sans sous-échantillonnage, qui est invariante en translation. En outre, I'erreur résiduelle est sous- échantillonnée, ce qui permet de conserver le nombre critique d'échantillons. Le volume des données codées
n'est ainsi pas plus important que celui des données initiales.
D'autre part, le codage satisfait les conditions de reconstruction
parfaite, en l'absence d'autre traitement sur les données.
Selon une caractéristique préférée, pour chacun des sous-
ensembles à partir du second, le champ de mouvement et l'erreur résiduelle critique sont compressés. L'erreur étant faible, le codage selon l'invention
permet une compression efficace.
Selon une autre caractéristique préférée, la décomposition par transformée en ondelettes sans sous-échantillonnage est effectuée par
application de l'algorithme à trous.
Cette technique permet de faire correspondre une transformation en ondelettes discrète sans sous-échantillonnage avec une transformation en ondelettes discrète critique. Les inventeurs ont constaté que cette technique
donne de bons résultats.
Selon une caractéristique préférée, le champ de mouvement est calculé par mise en correspondance de blocs formés dans le sous-ensemble courant et le sous-ensemble précédent. Ce calcul est simple à mettre en ceuvre
et donne de bons résultats.
Le dispositif de codage comporte des moyens de mise en oeuvre des
caractéristiques précédentes.
L'invention concerne également un procédé de décodage d'un ensemble codé de données représentatives de grandeurs physiques, ledit
ensemble étant composé de sous-ensembles, une forme codée d'un sous-
ensemble courant, à partir du second sous-ensemble, comportant une erreur résiduelle critique et un champ de mouvement qui ont été déterminés entre un sous-ensemble précédent et le sous-ensemble courant, caractérisé en ce qu'il comporte, pour chacun des sous-ensembles à partir du second, les étapes de:
- décomposition par transformée en ondelettes sans sous-
échantillonnage du sous-ensemble précédent, - compensation en mouvement du sous-ensemble précédent décomposé, par le champ de mouvement, - souséchantillonnage du sous-ensemble précédent décomposé et compensé, pour former un sous-ensemble courant estimé, - addition de l'erreur résiduelle au sous-ensemble courant estimé, - transformation inverse du résultat de l'étape précédente pour
former un sous-ensemble courant reconstruit.
L'invention concerne aussi un dispositif de décodage comportant des
moyens de mise en oeuvre des caractéristiques précédentes.
L'invention vise aussi un appareil de traitement de données, tel qu'un ordinateur comportant des moyens de mise en oeuvre du procédé de codage, ou du procédé de décodage, ou encore comportant le dispositif de codage, ou
le dispositif de décodage, tels qu'exposés ci-dessus.
Les avantages du dispositif de codage, des dispositif et procédé de décodage, de cet appareil numérique, sont identiques à ceux du procédé de
codage précédemment exposés.
Un moyen d'enregistrement, intégré ou non au dispositif, éventuellement amovible, mémorise un programme mettant en oeuvre le
procédé de codage, respectivement de décodage.
Les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture d'un mode préféré de réalisation illustré par les dessins ci-joints, dans lesquels: - la figure 1 représente de manière schématique un dispositif de codage de données selon l'invention, - la figure 2 représente de manière schématique un dispositif de décodage de données selon l'invention, - la figure 3 représente un mode de réalisation du dispositif de codage de données selon l'invention, - la figure 4 représente un mode de réalisation du dispositif de décodage de données selon l'invention, - la figure 5 représente un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, - la figure 6 est un algorithme de codage selon la présente invention, - la figure 7 représente une transformation en ondelettes discrètes sans sous-échantillonnage, - la figure 8 est un algorithme de calcul de champ de mouvement inclus dans l'algorithme de la figure 6, et
- la figure 9 est un algorithme de décodage selon l'invention.
Selon un mode de réalisation choisi et représenté à la figure 1, un dispositif 2 de codage de données selon l'invention comporte une entrée 22 à laquelle est reliée une source 1 de données non codées. La source 1 comporte par exemple un moyen de mémoire, telle que mémoire vive, disque dur, disquette, disque compact, pour mémoriser des données non codées, ce moyen de mémoire étant associé à un moyen de lecture approprié pour y lire les données. Un moyen pour enregistrer les données dans le moyen de
mémoire peut également être prévu.
La source 1 peut être par exemple une caméra vidéo dans le cas
d'un signal d'image ou microphone dans le cas d'un signal de son.
Le dispositif de codage 2 peut être intégré dans un appareil de
traitement de données TD1, tel qu'un ordinateur par exemple.
Des moyens 3 utilisateurs de données codées sont reliés en sortie
27 du dispositif de codage 2.
Les moyens utilisateurs 3 comportent par exemple des moyens de mémorisation de données codées, et/ou des moyens de transmission des données codées. La figure 2 représente un dispositif 5 de décodage de données
codées par le dispositif 2.
Des moyens 4 utilisateurs de données codées sont reliés en entrée 52 du dispositif de décodage 5. Les moyens 4 comportent par exemple des moyens de mémoire de données codées, et/ou des moyens de réception des données codées qui sont adaptés à recevoir les données codées transmises
par les moyens de transmission 3.
Le dispositif de décodage 5 peut être intégré dans un appareil de
traitement de données TD2, tel qu'un ordinateur par exemple.
Des moyens 6 utilisateurs de données décodées sont reliés en sortie 57 du dispositif de décodage 5. Les moyens utilisateurs 6 sont par exemple des moyens de visualisation d'images, ou des moyens de restitution de sons, en
fonction de la nature de données traitées.
Le dispositif de codage et le dispositif de décodage peuvent être intégrés dans un même appareil numérique, par exemple une caméra
numérique munie d'un écran de visualisation.
Un mode de réalisation de dispositif de codage de données 2 est représenté à la figure 3. Le fonctionnement détaillé du dispositif de codage sera exposé dans la suite. La source 1 fournit au dispositif 2 une séquence d'images numériques Sa à SN, o N est un entier. Les images considérées ici
sont des images à niveaux de gris.
Le dispositif de codage 2 comporte un circuit de codage 21 pour
recevoir et coder la première image S1 de la séquence d'images numériques.
Le codage est par exemple un codage de type JPEG (Joint Photographic Expert Group). La première image codée Sc1 est fournit au circuit de
transmission 3.
Pour coder les images suivantes, le dispositif de codage 2 comporte
un circuit 22 de calcul de champ de mouvement entre deux images.
Le champ de mouvement entre deux images comporte une information représentative du mouvement entre les deux images. Cette information peut comporter un vecteur de mouvement pour chacun des pixels
de l'image: on parle alors de champ dense.
Si les images sont divisées en blocs de pixels, un bloc étant un groupe de pixels, l'information peut comporter un vecteur de mouvement pour
chacun des blocs de pixels de l'image.
Si des régions sont formées dans l'image, l'information peut
également comporter un vecteur de mouvement par région.
L'information de mouvement peut encore comporter un jeu
d'équations, qui définissent une représentation paramétrique de l'image.
Dans la suite, on considère plus particulièrement un champ de
vecteurs par bloc.
Le circuit 22 reçoit les images de la séquence et calcule le champ de mouvement de chaque image S,, à partir de la deuxième image S2 de la
séquence, par rapport à l'image précédente Sn.l dans la séquence.
Un circuit 23 reçoit les images de la séquence et détermine la transformée en ondelettes discrète sans sous-échantillonnage (CDWT) des
images de la séquence.
Les circuits 22 et 23 sont reliés à un circuit de compensation 24 qui applique, à chacune des images transformées par le circuit 23, le champ de mouvement, déterminé par le circuit 22, entre l'image et l'image suivante dans la séquence. Le circuit 24 produit des prédictions des images, à partir de la deuxième image de la séquence, dans le domaine des transformée en
ondelettes discrète sans sous-échantillonnage.
Les circuits 23 et 24 sont reliés à un circuit 25 de calcul d'erreur
entre chaque image transformée en ondelettes discrète sans sous-
échantillonnage, à partir de la deuxième image, et la prédiction correspondante.
Le circuit 25 produit une erreur E, dans le domaine des transformées en ondelettes sans sous-échantillonnage, pour chacune des images à partir de la
deuxième image de la séquence.
Le circuit 25 est relié à un circuit 26 d'extraction de l'erreur critique
ECn à partir de l'erreur En sans sous-échantillonnage produite par le circuit 25.
Le circuit 26 produit une erreur critique EC,, dans le domaine des transformées en ondelettes discrètes (DWT), pour chacune des images, à partir de la
deuxième image de la séquence.
Les circuits 21, 22 et 26 sont reliés au circuit de transmission 3. Le circuit 21 fournit la première image codée Sc1, le circuit 22 fournit un champ de mouvement Mn pour chacune des images suivantes, et le circuit 26 fournit une erreur critique ECn dans le domaine des transformées en ondelettes discrètes, pour chacune des images suivantes. La forme codée Sc, de l'image Sn, à partir de la deuxième image de la séquence, comporte le champ de mouvement Mn et
l'erreur critique ECn.
Les images codées peuvent être compressées avant leur transmission, par exemple par quantification et codage entropique. Cette
compression est classique, et ne sera pas plus décrite ici.
Un mode de réalisation de dispositif de décodage de données 5 est représenté à la figure 4. Le fonctionnement détaillé du dispositif de décodage sera exposé dans la suite. Le récepteur 4 fournit une séquence d'images numériques codées Sc1 à SCN, o N est un entier, après avoir éventuellement
effectué une décompression.
Le circuit 5 comporte un circuit 51 de décodage de la première image de la séquence. Le décodage effectué dépend du mode de codage qui a été utilisé dans le dispositif de codage 2. Le circuit 51 fournit une image décodée
SdI, identique à l'image SI, aux erreurs de codage et transmission près.
Pour décoder les autres images de la séquence, le circuit 5 comporte un circuit 52 de lecture du champ de mouvement Mn et de l'erreur critique ECn constituant la forme codée de chacune des images à partir de la seconde
image de la séquence.
Le circuit de décodage 51 est relié à un circuit 53 de transformation en ondelettes discrète sans sous-échantillonnage (CDWT) qui transforme
chacune des images qu'il reçoit.
Le circuit 52 et le circuit 53 sont reliés à un circuit de compensation 54 qui applique à chaque image fournit par le circuit 53 le champ de mouvement de l'image suivante dans la séquence. Le circuit 54 produit une prédiction Pn de chacune des images, à partir de la deuxième, dans le domaine
des transformées en ondelettes discrètes sans sous-échantillonnage.
Le circuit 54 est relié à un circuit 55 d'extraction de la transformée critique, qui produit une prédiction critique PC, de chacune des images, à partir
de la deuxième, dans le domaine des transformées en ondelettes discrètes.
Le circuit 52 et le circuit 55 sont reliés à un circuit 56 qui effectue la somme de la prédiction critique avec l'erreur critique, respectivement pour
chacune des images à partir de la deuxième.
Le circuit 56 est relié à un circuit 57 de transformation inverse (dite IDWT, pour " Inverse Discrete Wavelet Transform ") qui effectue la synthèse de l'image décodée Sdn, à partir de la somme (PCn + EC,), pour chacune des images de la séquence, à partir de la deuxième. Le circuit 57 comporte des filtres associés à des interpolateurs. Les filtres dépendent classiquement des
filtres utilisés dans le dispositif de codage.
Le circuit 57 est relié au circuit 53, pour lui fournir chaque image décodée Sd, à partir de la deuxième, qui sera utilisée pour décoder l'image
suivante dans la séquence.
Le circuit 51 et le circuit 57 sont reliés au circuit de visualisation
d'image 6.
En référence à la figure 5, est décrit un exemple de dispositif 10 mettant en oeuvre l'invention. Ce dispositif est adapté à coder une séquence d'images numériques et/ou décoder une séquence d'images numériques
codées, selon les exemples développés dans la suite.
Le dispositif 10 est ici un micro-ordinateur comportant un bus de communication 101 auquel sont reliés: - une unité centrale 100, - une mémoire morte 102, - une mémoire vive 103, - un écran 104, - un clavier 114, - un disque dur 108, - un lecteur de disquette 109 adapté à recevoir une disquette 110, - une interface 112 de communication avec un réseau de communication 113,
- une carte d'entrée-sortie 106 reliée à un microphone 111.
Le disque dur 108 mémorise les programmes mettant en oeuvre l'invention, ainsi que les données traitées selon l'invention. Ces programmes peuvent aussi être lus sur la disquette 110, ou reçus via le réseau de
communication 113, ou encore mémorisés en mémoire morte 102.
De manière plus générale, les programmes selon la présente invention sont mémorisés dans un moyen de stockage. Ce moyen de stockage est lisible par un ordinateur ou par un microprocesseur. Ce moyen de stockage est intégré ou non au dispositif, et peut être amovible. Par exemple, il peut comporter une bande magnétique, une disquette ou un CD- ROM (disque
compact à mémoire figée).
Lors de la mise sous tension du dispositif, les programmes selon la présente invention sont transférés dans la mémoire vive 103 qui contient alors le code exécutable de l'invention et les variables nécessaires à la mise en
oeuvre de l'invention.
Le dispositif 10 peut recevoir des données à coder depuis un dispositif périphérique 107, tel qu'un camescope numérique, ou tout autre
moyen d'acquisition ou de stockage de données.
Le dispositif 10 peut également recevoir des données à coder depuis un dispositif distant, via le réseau de communication 113, et transmettre des données codées vers un dispositif distant, toujours via le réseau de
communication 113.
Le dispositif 10 peut aussi recevoir des données à coder depuis le
microphone 111. Ces données sont alors un signal de son.
L'écran 104 permet à un utilisateur notamment de visualiser les
données à coder, et sert, avec le clavier 114, d'interface utilisateur.
Le fonctionnement des dispositifs de codage et de décodage selon
l'invention va maintenant être décrit au moyen d'algorithmes.
En référence à la figure 6, un procédé de codage selon l'invention d'une séquence d'images numériques, mis en oeuvre dans le dispositif de
codage, comporte des étapes E1 à E10.
L'algorithme de codage peut être mémorisé en totalité ou en partie dans tout moyen de stockage d'information capable de coopérer avec le microprocesseur. Ce moyen de stockage est lisible par un ordinateur ou par un microprocesseur. Ce moyen de stockage est intégré ou non au dispositif, et peut être amovible. Par exemple, il peut comporter une bande magnétique, une
disquette ou un CD-ROM (disque compact à mémoire figée).
Le procédé comporte globalement, pour le codage de chacune des images de la séquence, l'estimation et la compensation de mouvement d'une image courante par rapport à une image précédente, dans un domaine
transformé. La compensation de l'image courante fournit une image prédite.
L'erreur entre l'image courante et l'image prédite est alors déterminée.
Selon l'invention, la compensation de mouvement de l'image courante est réalisée dans le domaine des transformées en ondelettes discrètes sans sous-échantillonnage, tandis que l'erreur est exprimée dans le domaine des transformées en ondelettes discrètes à sous-échantillonnage critique.
L'étape E1 est le codage de la première image Si de la séquence.
Le codage réalisé est par exemple de type JPEG (Joint Photographic Expert
Group). La première image codée est alors transmise et/ou mémorisée.
L'étape suivante E2 est une initialisation à laquelle sont considérées
une image à coder, ou image courante Sn, et une image précédente Sn -.
L'étape suivante E3 est le calcul du champ de mouvement Mn entre
l'image courante Sn et l'image précédente Sn-1.
Dans le mode préféré de réalisation, le champ de mouvement est calculé par mise en correspondance de blocs formés dans l'image courante Sn
et l'image précédente Sn_1. L'étape E3 est détaillée dans la suite.
L'étape suivante E4 est la transformation en ondelettes discrète sans sous-échantillonnage de l'image courante Sn et de l'image précédente Sn, 1.
Cette transformation est représentée à la figure 7.
La décomposition est effectuée sur R niveaux de résolution, o R vaut deux à titre d'exemple, par application de l'algorithme à trous. L'algorithme à trous est par exemple décrit dans la thèse de P. Abry: " Transformées en ondelettes - Analyses multirésolution et signaux de pression en turbulence ">,
Université Claude Bernard, Lyon 1, France, décembre 1994.
La décomposition est réalisée par un ensemble classique de filtres qui filtrent le signal d'image selon deux directions respectivement verticale et horizontale, en signaux de sous-bandes de hautes et basses fréquences spatiales. Bien entendu, on peut effectuer en variante une transformation non séparable. La relation entre un filtre passe-haut et un filtre passe-bas est
déterminée par les conditions de reconstruction parfaite du signal.
Les filtres comportent des coefficients significatifs entre lesquels sont insérés des coefficients nuls, formant les trous. Les coefficients significatifs sont les coefficients de filtres utilisées dans une décomposition en ondelettes discrète classique, si bien qu'à chaque transformation en ondelettes discrète sans sous-échantillonnage, on peut associer une transformation en ondelettes
discrète correspondante.
Il est à noter qu'aucune décimation n'est effectuée, le premier niveau de décomposition comporte ainsi quatre sous-bandes LL1, LH1, HL, et HH1 qui
comportent chacune autant d'échantillons que l'image d'origine.
Le signal de sous-bande LL1 comporte les composantes, ou
coefficients, de basse fréquence, selon les deux directions, du signal d'image.
Le signal de sous-bande LH, comporte les composantes de basse fréquence selon une première direction et de haute fréquence selon une seconde direction, du signal d'image. Le signal de sous-bande HL, comporte les composantes de haute fréquence selon la première direction et les composantes de basse fréquence selon la seconde direction. Enfin, le signal de sous-bande HH, comporte les composantes de haute fréquence selon les deux directions. Chaque signal de sous-bande est un ensemble de coefficients réels construit à partir de l'image d'origine, qui contient de l'information correspondant à une orientation respectivement verticale, horizontale et diagonale des
contours de l'image, dans une bande de fréquence donnée.
Le signal de sous-bande LL1 est analysé à son tour pour fournir quatre signaux de sous-bandes LL2, LH2, HL2 et HH2 qui eux aussi comportent chacun autant d'échantillons que l'image d'origine. L'image décomposée
obtenue est par conséquent redondante.
Chacun des signaux de sous-bandes de résolution RES2 correspond
également à une orientation dans l'image.
L'étape suivante E5 est la compensation en mouvement de l'image précédente décomposée, par le champ de mouvement Mn. Pour cela, le champ de mouvement est appliqué à chaque sous-bande de l'image précédente décomposée. Chaque sous-bande ayant la même taille que l'image d'origine, elle est décomposée en blocs, de manière analogue à l'image d'origine, et le
champ de mouvement est appliqué bloc par bloc à chacune des sous-bandes.
Le résultat de cette étape est une prédiction de l'image courante,
dans le domaine des transformées en ondelettes discrètes sans sous-
échantillonnage. L'étape suivante E6 est le calcul de l'erreur E, entre l'image courante
décomposée sans sous-échantillonnage et la prédiction de l'image courante.
Chaque sous-bande de la prédiction de l'image courante est soustraite de la sous-bande respective de l'image courante décomposée. Le résultat de cette étape est un signal d'erreur résiduelle exprimé dans le
domaine des transformées en ondelettes discrètes sans souséchantillonnage.
L'étape suivante E7 est l'extraction de l'erreur résiduelle critique ECn du résultat de l'étape précédente. Pour cela, un opérateur d'extraction est mis en oeuvre. L'extraction consiste à sous- échantillonner l'erreur résiduelle redondante, pour ne conserver, dans chacune des sous-bandes, que le nombre critique d'échantillons. Cette étape a pour résultat une erreur résiduelle critique, exprimée dans le domaine des transformées en ondelettes discrètes.
L'étape suivante E8 est la transmission du champ de mouvement Mn
et de l'erreur résiduelle critique ECn qui sont la forme codée de l'image Sn.
Avant transmission, les images codées peuvent être compressées, par exemple
par quantification et codage entropique.
L'étape suivante E9 est un test pour déterminer si l'image courante est la dernière image de la séquence. Si la réponse est négative, alors l'étape E9 est suivie de l'étape E10 à laquelle l'image courante devient l'image
précédente et l'image suivante dans la séquence devient l'image courante.
L'étape El10 est suivie de l'étape E3 précédemment décrite.
Si la réponse est positive à l'étape E9, alors le codage de la
séquence est terminé.
En référence à la figure 8, l'étape E3 de calcul du champ de mouvement entre l'image courante Sn et l'image précédente Sn,1 comporte des
étapes E31 à E35.
L'étape E31 est une division de l'image courante Sn en un nombre prédéterminé M de blocs Bm,n de pixels adjacents. Le nombre M de blocs peut être prédéterminé, ou peut être un paramètre réglé par l'utilisateur de l'algorithme. Dans ce mode de réalisation, les blocs Br, n sont adjacents, sans
recouvrement. En variante, on peut former des blocs avec recouvrement.
Les blocs sont ici de forme carrée, mais peuvent être en variante rectangulaires. De manière générale, un bloc est un ensemble de coefficients
extraits de la sous-bande pour former un vecteur.
L'image précédente Sn-, est également divisée en blocs, dits blocs
source, BSm,n-1.
L'étape suivante E32 est une initialisation pour considérer le premier
bloc B13, de l'image courante Sn.
L'étape suivante E33 est la mise en correspondance du bloc courant Bmn avec un bloc source. Pour cela, il est recherché le bloc source qui est le
plus proche du bloc courant, au sens d'une distance.
La distance est calculée entre les niveaux de gris du bloc courant
Bm,n et les niveaux de gris du bloc source.
La distance peut être la valeur absolue de la somme des différences, ou l'erreur quadratique moyenne, ou encore la valeur absolue de la plus grande différence, calculée entre le bloc à coder et le bloc source. Le déplacement entre la position du bloc source dans l'image précédente et la position du bloc courant dans l'image courante est appelé
vecteur de mouvement.
Le vecteur de mouvement est mémorisé, I'ensemble des vecteurs de
mouvement formant le champ de mouvement.
L'étape suivante E34 est un test pour déterminer si tous les blocs de l'image courante ont été traités. Tant qu'il reste au moins un bloc courant à traiter, l'étape E34 est suivie de l'étape E35 à laquelle le paramètre m est
incrémenté de une unité pour considérer le bloc suivant dans l'image courante.
L'étape E35 est suivie de l'étape E33 précédemment décrite.
Lorsque tous les blocs de l'image courante ont été traités, l'étape
E34 est suivie de l'étape E4 précédemment décrite.
En référence à la figure 9, un procédé de décodage selon l'invention d'une séquence d'images numériques, mis en oeuvre dans le dispositif de
codage, comporte des étapes E20 à E28.
L'algorithme de décodage peut être mémorisé en totalité ou en partie dans tout moyen de stockage d'information capable de coopérer avec le microprocesseur. Ce moyen de stockage est lisible par un ordinateur ou par un microprocesseur. Ce moyen de stockage est intégré ou non au dispositif, et peut être amovible. Par exemple, il peut comporter une bande magnétique, une
disquette ou un CD-ROM (disque compact à mémoire figée).
Les images traitées ici ont éventuellement été décompressées au préalable. L'étape E20 est la réception et le décodage de la première image S1 de la séquence. Le décodage dépend du mode de codage qui a été
*préalablement utilisé.
L'étape suivante E21 est une initialisation à laquelle la première image décodée Sd1 est considérée en tant qu'image précédente et la seconde
image Scn de la séquence est considérée en tant qu'image courante à décoder.
Une image courante Scn à décoder comporte un champ de mouvement Mn et une erreur résiduelle critique. L'étape suivante E22 est la lecture du champ de mouvement Mn de l'image courante, qui a été calculée entre l'image courante et l'image
précédente. L'erreur résiduelle critique ECn est également lue.
L'étape suivante E23 est le calcul de la transformation en ondelettes discrète sans sous-échantillonnage de l'image précédente S,_. Ce calcul est analogue à celui de l'étape E4 précédemment décrite et a pour résultat une
image précédente décomposée.
L'étape suivante E24 est la compensation en mouvement de l'image précédente décomposée, par le champ de mouvement Mn. Pour cela, le champ de mouvement est appliqué à chaque sous-bande de l'image précédente décomposée. Pour cela, chaque sous-bande de l'image précédente décomposée est divisée en blocs, auxquels sont appliqués les vecteurs de
mouvement respectifs.
Le résultat est une prédiction de l'image courante, dans le domaine des transformées en ondelettes discrètes sans sous-échantillonnage, à l'erreur
résiduelle près.
La décomposition critique de l'image courante, à l'erreur résiduelle
près, est extraite du résultat précédent.
A l'étape suivante E25, I'erreur résiduelle critique ECn est
additionnée à la décomposition critique précédente.
L'étape suivante E26 est la transformation inverse, ou synthèse, du résultat de l'étape précédente. Le résultat de cette étape est l'image courante
reconstruite. Celle-ci peut être visualisée, par exemple.
L'étape suivante E27 est un test pour déterminer si toutes les images ont été décodées. Tant qu'il reste au moins une image à décoder, l'étape E27 est suivie de l'étape E28 à laquelle l'image qui vient d'être décodée devient l'image précédente et l'image suivante dans la séquence devient l'image
courante. L'étape E28 est suivie de l'étape E22 précédemment décrite.
Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais englobe, bien au contraire,
toute variante à la portée de l'homme du métier.
En particulier, I'invention s'applique à une séquence d'images numériques en couleurs, ayant trois composantes, par exemple rouge, vert,
bleu, ou luminance et chrominances.
La première possibilité est alors de traiter chaque composante de
couleur comme précédemment décrit.
La seconde possibilité, pour des images ayant des composantes de luminance et de chrominance est d'estimer le champ de mouvement à partir de la luminance, puis de l'appliquer aux composantes de chrominance, après
I'avoir affiné.
Claims (15)
1. Procédé de codage d'un ensemble de données représentatives de grandeurs physiques, ledit ensemble étant composé de sous-ensembles (Sn), caractérisé en ce qu'il comporte, pour chacun des sous-ensembles à partir du second, les étapes de:
- détermination (E3) d'un champ de mouvement (Mn) entre un sous-
ensemble courant (Sn) et un sous-ensemble précédent,
- décomposition (E4) par transformée en ondelettes sans sous-
échantillonnage du sous-ensemble courant et du sous-ensemble précédent, compensation (E5) en mouvement du sous-ensemble précédent décomposé, par le champ de mouvement (Mn), - soustraction (E6) du sous-ensemble précédent décomposé et compensé du sous-ensemble courant décomposé, pour former une erreur résiduelle redondante (En), - sous- échantillonnage (E7) de l'erreur résiduelle redondante pour
former une erreur résiduelle critique (ECn).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour chacun des sous-ensembles à partir du second, le champ de mouvement et
l'erreur résiduelle critique sont compressés (E8).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la décomposition par transformée en ondelettes sans sous-échantillonnage est
effectuée par application de l'algorithme à trous.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que le champ de mouvement (Mn) est calculé par mise en correspondance de blocs formés dans le sous-ensemble courant (Sn) et le
sous-ensemble précédent (Sn1).
Procédé de décodage d'un ensemble codé de données représentatives de grandeurs physiques, ledit ensemble étant composé de sous-ensembles (Sn), une forme codée d'un sous-ensemble courant, à partir du second sousensemble, comportant une erreur résiduelle critique (ECg) et un champ de mouvement (Mn) qui ont été déterminés entre un sous-ensemble précédent et le sous-ensemble courant, caractérisé en ce qu'il comporte, pour chacun des sous-ensembles à partir du second, les étapes de: - décomposition (E23) par transformée en ondelettes sans sous- échantillonnage du sous-ensemble précédent, - compensation (E24) en mouvement du sous-ensemble précédent décomposé, par le champ de mouvement, sous-échantillonnage (E24) du sous-ensemble précédent décomposé et compensé, pour former un sous-ensemble courant estimé, - addition de l'erreur résiduelle (E25) au sous-ensemble courant estimé, transformation inverse (E26) du résultat de l'étape précédente pour
former un sous-ensemble courant reconstruit.
6. Dispositif de codage d'un ensemble de données représentatives de grandeurs physiques, ledit ensemble étant composé de sous-ensembles (Sn),
caractérisé en ce qu'il comporte, pour coder chacun des sous-
ensembles à partir du second: - des moyens (22) de détermination d'un champ de mouvement (Mn) entre un sous-ensemble courant (Sn) et un sous-ensemble précédent (Sn.1), - des moyens (23) de décomposition par transformée en ondelettes sans sous-échantillonnage du sous-ensemble courant et du sous-ensemble précédent,
- des moyens (24) de compensation en mouvement du sous-
ensemble précédent décomposé, par le champ de mouvement, - des moyens (25) de soustraction du sous-ensemble précédent décomposé et compensé du sous-ensemble courant décomposé, pour former une erreur résiduelle redondante (En), - des moyens (26) de sous-échantillonnage de l'erreur résiduelle
redondante pour former une erreur résiduelle critique (ECn).
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (3) pour compresser le champ de mouvement (Mn) et l'erreur
résiduelle critique (ECn), pour chacun des sous-ensembles à partir du second.
8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il est adapté à effectuer la décomposition par transformée en ondelettes sans sous-
échantillonnage par application de l'algorithme à trous.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8,
caractérisé en ce qu'il est adapté à calculer le champ de mouvement (Mn) par mise en correspondance de blocs formés dans le sous-ensemble courant et le
sous-ensemble précédent.
10. Dispositif de codage conforme à l'une des revendications 6 à 9,
caractérisé en ce que les moyens de détermination d'un champ de mouvement
de décomposition, de compensation, de soustraction et de sous-
échantillonnage, sont incorporés dans: - un microprocesseur (10); - une mémoire morte (102) comportant un programme pour décoder; et - une mémoire vive (103) comportant des registres adaptés à
enregistrer des variables modifiées au cours de l'exécution du programme.
11. Dispositif de décodage d'un ensemble codé de données représentatives de grandeurs physiques, ledit ensemble étant composé de sous-ensembles (Sn), une forme codée d'un sous-ensemble courant comportant une erreur résiduelle critique et un champ de mouvement qui ont été déterminés entre un sous-ensemble précédent et le sous-ensemble courant,
caractérisé en ce qu'il comporte, pour décoder chacun des sous-
ensembles à partir du second: - des moyens (53) de décomposition par transformée en ondelettes sans sous-échantillonnage du sous-ensemble précédent,
- des moyens (54) de compensation en mouvement du sous-
ensemble précédent décomposé, par le champ de mouvement, - des moyens (55) de sous-échantillonnage du sous-ensemble précédent décomposé et compensé, pour former un sous-ensemble courant estimé (PC,), - des moyens (56) d'addition de l'erreur résiduelle au sous-ensemble courant estimé, - des moyens (57) de transformation inverse du résultat de l'étape
précédente pour former un sous-ensemble courant reconstruit (Sdn).
12. Dispositif de décodage conforme à la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de décomposition, de compensation, de souséchantillonnage, d'addition et de transformation inverse sont incorporés dans: - un microprocesseur (10); - une mémoire morte (102) comportant un programme pour décoder; et - une mémoire vive (103) comportant des registres adaptés à
enregistrer des variables modifiées au cours de l'exécution du programme.
13. Appareil de traitement de données, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens adaptés à mettre en oeuvre le procédé de codage
conforme à l'une des revendications 1 à 4.
14. Appareil de traitement de données, caractérisé en ce qu'il
comporte un dispositif de codage conforme à l'une des revendications 6 à 10.
15. Appareil de traitement de données, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens adaptés à mettre en ceuvre le procédé de décodage
conforme à la revendication 5.
16. Appareil de traitement de données, caractérisé en ce qu'il
comporte un dispositif de décodage conforme à l'une des revendications 11 et
12.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9815041A FR2786647B1 (fr) | 1998-11-30 | 1998-11-30 | Codage de donnees utilisant une compensation de mouvement dans le domaine des transformees en ondelettes discretes, et decodage correspondant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9815041A FR2786647B1 (fr) | 1998-11-30 | 1998-11-30 | Codage de donnees utilisant une compensation de mouvement dans le domaine des transformees en ondelettes discretes, et decodage correspondant |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2786647A1 true FR2786647A1 (fr) | 2000-06-02 |
| FR2786647B1 FR2786647B1 (fr) | 2001-02-02 |
Family
ID=9533340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9815041A Expired - Fee Related FR2786647B1 (fr) | 1998-11-30 | 1998-11-30 | Codage de donnees utilisant une compensation de mouvement dans le domaine des transformees en ondelettes discretes, et decodage correspondant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2786647B1 (fr) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2813486A1 (fr) * | 2000-08-31 | 2002-03-01 | Canon Kk | Procede et dispositif de transformation de donnees |
-
1998
- 1998-11-30 FR FR9815041A patent/FR2786647B1/fr not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| CAFFORIO C ET AL: "MOTION COMPENSATION AND MULTIRESOLUTION CODING", SIGNAL PROCESSING. IMAGE COMMUNICATION, vol. 6, no. 2, 1 May 1994 (1994-05-01), pages 123 - 142, XP000450545, ISSN: 0923-5965 * |
| SCHAMEL G ET AL: "SUBBAND BASED TV CODING", SIGNAL PROCESSING. IMAGE COMMUNICATION, vol. 5, no. 1 / 02, 1 February 1993 (1993-02-01), pages 105 - 118, XP000345616, ISSN: 0923-5965 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2813486A1 (fr) * | 2000-08-31 | 2002-03-01 | Canon Kk | Procede et dispositif de transformation de donnees |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2786647B1 (fr) | 2001-02-02 |
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