FR2792151A1 - Procedes et dispositifs de codage et de decodage de signaux numeriques, et systemes les mettant en oeuvre - Google Patents
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Abstract
Pour coder un signal numérique, on détermine (200) une version simplifiée du signal numérique, contenant seulement une partie de l'information contenue dans ce signal numérique; on code (202) la version simplifiée au moyen d'une technique de codage unique prédéterminée; on soustrait (204) du signal numérique cette version simplifiée, de façon à obtenir un signal résiduel; à partir de chaque bloc de la version simplifiée, on sélectionne (206) pour chaque bloc correspondant du signal résiduel une technique de codage parmi un nombre prédéterminé M de techniques de codage Ci, où i est un entier compris entre 1 et M; et on code (208) chaque bloc du signal résiduel au moyen de la technique de codage sélectionnée précédemment.
Description
La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif de
codage de signaux numériques, à un procédé et à un dispositif de décodage de
ces mêmes signaux numériques, et à des systèmes les mettant en oeuvre.
Les signaux numériques considérés peuvent être des images, des signaux vidéo, des signaux sonores ou encore des données. L'invention sera ici plus particulièrement décrite dans son application à des signaux numériques
représentant des images.
Dans le domaine du codage de signaux numériques, il est parfois intéressant d'utiliser plusieurs techniques de codage pour coder un même ensemble de données. Dans ce cas, grâce à une méthode de sélection, fondée par exemple sur un critère d'allocation optimale de débit, on choisit et on
applique localement la meilleure technique de codage.
Pour que le décodeur puisse décoder correctement les signaux codés qu'il reçoit, on transmet généralement, de façon classique, une information dite "indicateur" (en anglais "flag") permettant de savoir quelle
technique de codage a été utilisée sur chaque portion de signal.
Ainsi, par exemple, conformément à l'art antérieur, une image numérique peut être divisée en blocs, et pour coder chaque bloc, on peut avoir le choix entre un codage par quantification vectorielle et un codage par transformée en cosinus discrète (DCT, en anglais "Discrete Cosine Transform"). Chaque bloc est codé par la méthode la plus appropriée au sens d'un critère fixé a priori, et un indicateur est transmis avec le signal d'image, pour indiquer, pour chaque bloc, si on a utilisé la quantification vectorielle ou la DCT. L'indicateur est par exemple un mot susceptible de prendre autant de valeurs différentes qu'il y a de techniques de codage différentes utilisées pour coder les blocs. Cette façon de procéder selon l'art antérieur présente notamment l'inconvénient de nécessiter la transmission, du codeur au décodeur, d'une grande quantité d'information en plus du signal codé proprement dit, et donc, de réduire le taux de compression des signaux, ce qui limite par conséquent le
débit.
Dans un article intitulé "High compression image coding using an adaptive morphological subband decomposition", in Proceedings of the IEEE, vol. 83, n 2, février 1995, O. EGGER, W. LI et M. KUNT proposent une technique de codage d'un signal d'image utilisant une décomposition adaptative du signal, qui met en oeuvre, soit des filtres linéaires, pour les régions texturées
de l'image, soit des filtres morphologiques, pour les autres régions de l'image.
Aucun "flag" n'est transmis au décodeur.
En revanche, cette méthode de l'art antérieur présente l'inconvénient d'imposer au codeur et au décodeur de calculer tous deux la variance locale pour chaque pixel de l'image d'origine, afin de déterminer si la région considérée est une région texturée ou non, sachant qu'une texture présente
une variance locale élevée dans toutes les directions.
Cette méthode présente donc l'inconvénient d'impliquer un coût de calcul important dû à la recherche des régions texturées, étant donné que la
décision sur le caractère texturé se fait pixel par pixel.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités de l'art antérieur, en supprimant la nécessité de transmettre du codeur au décodeur une information additionnelle explicite indiquant la technique de codage utilisée et en allégeant le coût de calcul, tout en permettant d'améliorer
le compromis entre les taux de compression et de distorsion des signaux.
Dans ce but, la présente invention propose un procédé de codage d'un signal numérique, caractérisé en ce que: (a) on effectue une étape de simplification de signal, au cours de laquelle on détermine une version simplifiée du signal numérique, contenant seulement une partie de l'information contenue dans ce signal numérique; (b) on effectue une étape de codage de signal simplifié, au cours de laquelle on code la version simplifiée au moyen d'une technique de codage unique prédéterminée; (c) on effectue une étape de soustraction, au cours de laquelle on soustrait du signal numérique cette version simplifiée, de façon à obtenir un signal résiduel; (d) on effectue une étape de sélection de codage, au cours de laquelle, à partir de chaque bloc de la version simplifiée, on sélectionne pour chaque bloc correspondant du signal résiduel une technique de codage parmi un nombre prédéterminé M de techniques de codage Ci, o i est un entier compris entre 1 et M; et (e) on effectue une étape de codage de signal résiduel, au cours de laquelle on code chaque bloc du signal résiduel au moyen de la
technique de codage sélectionnée précédemment.
Ainsi, le choix de la technique de codage se fait à partir de la version simplifiée du signal d'origine, et aucun indicateur portant directement mention
de la technique de codage utilisée n'est transmis du codeur au décodeur.
Etant donné que la version simplifiée du signal d'origine contient une quantité d'information réduite par rapport au signal d'origine, elle présente une
grande simplicité de codage. De plus, cette version simplifiée étant un sous-
ensemble de l'information totale contenue dans le signal d'origine, le coût supplémentaire, par rapport au coût nécessaire au codage de l'image dans sa totalité, est nul, ou faible au cas o il existe une redondance entre la version simplifiée et le signal résiduel. Cela permet ainsi d'économiser tout ou partie de la part de débit qui, selon l'art antérieur, était réservée à la transmission d'indicateurs. L'exécution de l'étape (b) de codage de signal simplifié ci-dessus peut avoir lieu indifféremment à l'issue des étapes (a) de simplification, (c) de
soustraction, (d) de sélection de codage ou (e) de codage de signal résiduel.
Cela confère au présent procédé de codage une grande souplesse de mise en oeuvre. Dans un mode particulier de réalisation o le signal numérique est un signal d'image, selon une première variante, la version simplifiée précitée peut présenter la même résolution spatiale que le signal numérique d'origine. Par exemple, il peut s'agir d'une image simplifiée obtenue par ouverture - fermeture suivie d'une reconstruction morphologique. Pour plus de détails sur la notion de reconstruction morphologique, on se reportera utilement à l'article de P. SALEMBIER intitulé "Morphological multiscale segmentation for image
coding", in Signal Processing, 1994, n0 38, pages 359-386.
Ce type d'opérateurs a l'avantage d'éliminer tous les objets plus petits qu'une certaine taille, et de restaurer les contours des objets qui n'ont pas été totalement éliminés. Cela permet de faciliter encore davantage le codage de
l'image simplifiée.
Dans ce mode particulier de réalisation, selon une seconde variante, la version simplifiée peut présenter une résolution spatiale inférieure à celle du
signal d'origine.
Une telle image simplifiée peut par exemple avoir été obtenue par décomposition en ondelettes du signal d'origine et définition de l'image simplifiée comme étant une sous-bande obtenue par filtrage passe-bas lors de
cette décomposition en ondelettes.
L'obtention d'une telle image simplifiée a l'avantage de garantir une concentration, dans la sous-bande basse précitée, de l'information contenue
dans l'image d'origine.
Selon un premier aspect du procédé de codage de la présente invention, à l'étape (d) de sélection de codage, on effectue une étape de prédiction, au cours de laquelle, à partir de la version simplifiée, on prédit pour chaque bloc du signal numérique la technique de codage la plus appropriée parmi les M techniques de codage Ci, et on effectue en outre des étapes suivant lesquelles: (f) on effectue une étape de sélection optimisée de codage, au cours de laquelle, à partir d'un critère d'optimisation prédéterminé, on sélectionne, pour chaque bloc du signal résiduel, la technique de codage la plus appropriée parmi les M techniques de codage Ci et on code ce bloc au moyen de la technique de codage sélectionnée; (g) on effectue une étape de comparaison, au cours de laquelle, pour chaque bloc du signal numérique, on compare la technique de codage prédite à l'étape (d) de sélection de codage et la technique de codage sélectionnée à l'étape (f) de sélection optimisée de codage; et (h) on effectue une étape de mémorisation, au cours de laquelle, si les techniques de codage prédite et sélectionnée sont identiques, on mémorise en vue du décodage un indicateur selon lequel la prédiction effectuée à l'étape (d) de sélection de codage est correcte, et sinon, on mémorise un
indicateur selon lequel cette prédiction est fausse.
Ainsi, on transmet du codeur au décodeur, non pas directement une information relative à la technique de codage utilisée pour chaque bloc du signal, mais une information plus condensée, susceptible d'être codée au moyen d'un bit unique, renseignant sur la validité de la prédiction de la technique de codage. Cela permet d'aboutir à un compromis entre les taux de compression et de distorsion des signaux plus avantageux que ceux proposés
par l'art antérieur.
Selon le premier aspect précité, le critère d'optimisation peut consister à maximiser le rapport débit/distorsion, ce qui permet de contribuer efficacement à l'obtention d'un compromis avantageux entre les taux de
compression et de distorsion des signaux.
Selon un second aspect du procédé de codage de l'invention, suivant lequel le signal numérique est un signal d'image et les M techniques de codage Ci comprennent une technique de codage avec pertes d'information et une technique de codage sans pertes d'information, à l'étape (d) de sélection de codage, on recherche, dans chaque bloc de la version simplifiée, la présence de contours, puis (dl) on effectue une étape de codage sans pertes, au cours de laquelle, si le bloc considéré contient au moins un contour, on code le bloc correspondant du signal résiduel au moyen de la technique de codage sans pertes d'information; ou (d2) on effectue une étape de codage avec pertes, au cours de laquelle, si le bloc considéré ne contient aucun contour, on code le bloc correspondant du signal résiduel au moyen de la technique de codage avec
pertes d'information.
La détection de contours utilisée ici est particulièrement avantageuse par sa simplicité et par le caractère performant de plusieurs techniques de détection de contours bien connues de l'homme du métier. Par ailleurs, si on choisit de rechercher les contours, c'est parce que les erreurs sur les contours
sont plus visibles que les erreurs sur les textures.
Dans le même but que mentionné plus haut, la présente invention propose également un procédé de décodage d'un signal numérique codé, ce signal codé provenant d'un signal numérique d'origine décomposé en une version simplifiée et un signal résiduel, obtenu par soustraction de la version simplifiée au signal numérique d'origine, la version simplifiée étant codée au moyen d'une technique de codage unique prédéterminée, et le signal résiduel étant codé au moyen d'une technique de codage sélectionnée parmi un nombre prédéterminé M de techniques de codage Ci, o i est un entier compris entre 1 et M, caractérisé en ce que: - on effectue une étape de décodage de signal simplifié, au cours de laquelle on décode la version simplifiée au moyen de la technique de décodage associée à la technique de codage unique prédéterminée; et - on effectue une étape de sélection de décodage, au cours de laquelle, à partir de chaque bloc de la version simplifiée décodée, on sélectionne pour chaque bloc correspondant du signal résiduel une technique de décodage prise parmi un nombre prédéterminé M de techniques de décodage Di respectivement associées aux M techniques de codage Ci; - on effectue une étape de décodage de signal résiduel, au cours de laquelle on décode chaque bloc du signal résiduel au moyen de la technique de décodage qui a été sélectionnée pour ce bloc; et - on effectue une étape d'addition, au cours de laquelle on ajoute la version simplifiée décodée au signal résiduel décodé, de façon à reconstituer le
signal numérique d'origine.
Selon le premier aspect de l'invention, au cours de l'étape de sélection de décodage, - on effectue une étape de prédiction, au cours de laquelle, à partir de chaque bloc de la version simplifiée décodée, on prédit pour le bloc correspondant du signal résiduel la technique de décodage la plus appropriée associée à une desdites M techniques de codage Ci; - on effectue une étape de lecture, au cours de laquelle on lit un indicateur associé au bloc considéré de la version simplifiée, relatif à la validité de la prédiction de la technique de codage du bloc correspondant du signal numérique; - on effectue une étape de décodage de signal résiduel, au cours de laquelle, si et seulement si d'après cet indicateur, la prédiction est correcte, on décode le bloc correspondant du signal résiduel au moyen de la technique de
décodage prédite.
Selon le second aspect de l'invention, au cours de l'étape de sélection de décodage, on recherche, dans chaque bloc de la version simplifiée décodée, la présence de contours, puis - on effectue une étape de décodage sans pertes, au cours de laquelle, si le bloc considéré contient au moins un contour, on décode le bloc correspondant du signal résiduel au moyen de la technique de décodage sans pertes d'information associée à la technique de codage sans pertes d'information; ou - on effectue une étape de décodage avec pertes, au cours de laquelle, si le bloc considéré ne contient aucun contour, on décode le bloc correspondant du signal résiduel au moyen de la technique de décodage avec pertes d'information associée à la technique de codage avec pertes
d'information.
La présente invention propose également un dispositif de codage d'un signal numérique, caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens de simplification, pour déterminer une version simplifiée du signal numérique, contenant seulement une partie de l'information contenue dans le signal numérique; - des premiers moyens de codage, pour coder la version simplifiée au moyen d'une technique de codage unique prédéterminée; - des moyens soustracteurs, pour soustraire du signal numérique la version simplifiée, de façon à obtenir un signal résiduel; des moyens de sélection de codage, pour sélectionner, à partir de chaque bloc de la version simplifiée, pour chaque bloc correspondant du signal résiduel, une technique de codage parmi un nombre prédéterminé M de techniques de codage Ci, o i est un entier compris entre 1 et M; et - des seconds moyens de codage, pour coder chaque bloc du signal résiduel au moyen de la technique de codage sélectionnée par les moyens de sélection. Selon une caractéristique particulière, les moyens de sélection de codage comportent des moyens de prédiction, pour prédire, à partir de la version simplifiée, pour chaque bloc du signal numérique, la technique de
codage la plus appropriée parmi les M techniques de codage Ci.
La présente invention propose en outre un dispositif de décodage d'un signal numérique codé, le signal codé provenant d'un signal numérique d'origine décomposé en une version simplifiée et un signal résiduel, obtenu par soustraction de la version simplifiée au signal numérique d'origine, la version simplifiée étant codée au moyen d'une technique de codage unique prédéterminée, et le signal résiduel étant codé au moyen d'une technique de codage sélectionnée parmi un nombre prédéterminé M de techniques de codage Ci, o i est un entier compris entre 1 et M, caractérisé en ce qu'il comporte: - des premiers moyens de décodage, pour décoder la version simplifiée au moyen de la technique de décodage associée à la technique de codage unique prédéterminée; - des moyens de sélection de décodage, pour sélectionner, à partir de chaque bloc de la version simplifiée décodée, pour chaque bloc correspondant du signal résiduel, une technique de décodage prise parmi un nombre prédéterminé M de techniques de décodage Di respectivement associées aux techniques de codage Ci; - des seconds moyens de décodage, pour décoder chaque bloc du signal résiduel au moyen de la technique de décodage sélectionnée pour ce bloc par les moyens de sélection; et - des moyens additionneurs, pour ajouter la version simplifiée décodée au signal résiduel décodé, de façon à reconstituer le signal numérique d'origine. Selon une caractéristique particulière, les moyens de sélection de décodage comportent des moyens de prédiction, pour prédire, à partir de chaque bloc de la version simplifiée décodée, pour le bloc correspondant du signal résiduel, la technique de décodage la plus appropriée associée à une
des M techniques de codage Ci.
L'invention vise également: - tout appareil de traitement de signaux numériques comportant des moyens adaptés à mettre en oeuvre un procédé de codage tel que celui succinctement exposé ci-dessus; - tout appareil de traitement de signaux numériques comportant un dispositif de codage tel que celui succinctement exposé ci-dessus; - tout appareil de traitement de signaux numériques comportant des moyens adaptés à mettre en oeuvre un procédé de décodage tel que celui succinctement exposé ci- dessus; et tout appareil de traitement de signaux numériques comportant un
dispositif de décodage tel que celui succinctement exposé ci-dessus.
L'invention vise aussi: - un moyen de stockage d'informations lisible par un ordinateur ou un microprocesseur conservant des instructions d'un programme informatique, permettant la mise en oeuvre du procédé de codage et/ou de décodage de I'invention tel que succinctement exposé ci-dessus, et - un moyen de stockage d'informations amovible, partiellement ou totalement, lisible par un ordinateur ou un microprocesseur conservant des instructions d'un programme informatique, permettant la mise en oeuvre du procédé de codage et/ou de décodage de l'invention tel que succinctement
exposé ci-dessus.
Les caractéristiques particulières et les avantages du dispositif de codage, du procédé et du dispositif de décodage, des appareils de traitement de signaux numériques et des moyens de stockage d'information étant les mêmes que ceux du procédé de codage de l'invention, ils ne sont pas rappelés ici. D'autres aspects et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture
de la description détaillée qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à
titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui
l'accompagnent, dans lesquels: - la figure 1 illustre de façon schématique le contexte des procédés et dispositifs de codage et de décodage de l'invention; - la figure 2 est un organigramme illustrant des étapes successives du procédé de codage de l'invention, dans un mode particulier de réalisation; - la figure 3 est un organigramme illustrant des étapes successives du procédé de décodage de l'invention, dans un mode particulier de réalisation; - la figure 4 est un organigramme illustrant des étapes successives du procédé de codage de l'invention, dans une première variante de réalisation; - la figure 5 est un organigramme illustrant des étapes successives du procédé de codage de l'invention, dans une seconde variante de réalisation; - la figure 6 est un organigramme illustrant des étapes successives du procédé de décodage de l'invention, dans la première variante de réalisation; - la figure 7 est un organigramme illustrant des étapes successives du procédé de décodage de l'invention, dans la seconde variante de réalisation; et - la figure 8 représente de façon schématique un mode particulier de réalisation d'un système susceptible de contenir tout ou partie d'un dispositif de codage conforme à l'invention et tout ou partie d'un dispositif de décodage
conforme à l'invention.
Comme le montre la figure 1, on considère une source de signal numérique 1 produisant, soit un signal d'image, soit un signal vidéo, soit un signal sonore, soit encore un signal de données. On cherche à coder le signal issu de cette source de signal numérique (bloc 12 sur la figure 1), en vue de transmettre ou stocker ce signal
sous forme compressée (référence 14 sur la figure 1).
Pour reconstituer le signal d'origine (signal reconstruit 18 sur la figure 1), on doit procéder au décodage (bloc 16) du signal codé transmis ou stocké, l'opération de décodage étant nécessairement la transformation inverse de
l'opération de codage afin que le signal soit correctement reconstruit.
La figure 2 présente la succession des étapes effectuées dans le cadre du procédé de codage de l'invention, dans un mode particulier de
réalisation.
On considère un signal numérique, contenant une certaine quantité d'information. Une première étape 200 du procédé consiste à déterminer une version simplifiée du signal numérique, c'est-à-dire un signal issu du signal
numérique d'origine mais contenant moins d'information que celui-ci.
A titre d'exemple non limitatif, dans le cas o le signal numérique est un signal d'image, I'image simplifiée peut être de deux types: soit elle présente la même résolution spatiale que l'image d'origine, soit elle présente une
résolution spatiale inférieure.
On peut obtenir des images simplifiées de même résolution spatiale que l'image d'origine par exemple en appliquant à cette dernière un opérateur morphologique d'ouverture-fermeture, suivi d'une reconstruction morphologique. Ce type de traitement élimine les objets plus petits qu'une certaine taille et restaure les contours des objets qui n'ont pas été totalement supprimés. On peut obtenir des images simplifiées de résolution spatiale inférieure à celle de l'image d'origine par exemple en appliquant à cette dernière une décomposition en sous-bandes par transformation en ondelettes, et en conservant comme image simplifiée une sous-bande obtenue par filtrage
passe-bas au cours de la décomposition.
L'étape suivante 202 du procédé consiste à coder la version simplifiée obtenue précédemment. Pour cela, on utilise une technique de codage sans pertes unique prédéterminée, par exemple, pour des signaux d'image, un codage par transformation en cosinus discrète sans pertes, ou une
technique classique de codage sans pertes de carte de segmentation.
Au cours d'une étape suivante 204, on détermine un signal résiduel, défini comme la différence entre le signal numérique d'origine et la version simplifiée. Pour cela, si les signaux considérés sont des images, dans un mode particulier de réalisation o l'image simplifiée est obtenue à partir de l'image d'origine par application d'un opérateur morphologique d'ouverture-fermeture, suivi d'une reconstruction morphologique, on soustrait du signal d'origine, point par point, la version simplifiée. Si, en variante, l'image simplifiée est obtenue à partir de l'image d'origine par application de la transformation en ondelettes et conservation de la sous-bande basse, l'étape de soustraction 204 consiste à
omettre de considérer cette sous-bande basse pour obtenir l'image résiduelle.
L'étape suivante 206 a pour but de sélectionner, pour chaque bloc du signal résiduel, une technique de codage parmi un nombre prédéterminé M de techniques de codage Ci, o i est un entier compris entre 1 et M. On utilise pour
cela la version simplifiée.
Par exemple, dans le cas o le signal numérique est un signal d'image, et si certaines techniques de codage sont particulièrement efficaces pour le codage des régions texturées, et d'autres techniques de codage sont particulièrement efficaces pour le codage des contours, on utilise l'image simplifiée pour distinguer les régions contenant des contours des régions contenant des textures. Cette distinction peut être obtenue par tout procédé connu de l'homme du métier: on sait par exemple que le calcul du gradient
spatial donne une information sur la localisation des contours de l'image.
Connaissant ainsi la technique de codage la plus appropriée pour coder chaque bloc de la version simplifiée, à l'étape 208, on applique cette technique de codage au bloc correspondant, c'est-à-dire, pour un signal
d'image, au bloc de mêmes coordonnées spatiales, dans le signal résiduel.
L'organigramme de la figure 3 illustre un procédé de décodage adapté à décoder des signaux codés conformément au procédé de codage qui vient d'être décrit. A l'étape 300, on commence par décoder la version simplifiée codée du signal, au moyen de la technique de décodage inverse de la technique de
codage unique prédéterminée qui a été utilisée.
Ensuite, conformément à l'invention, c'est l'image simplifiée qui sert à sélectionner, à l'étape 302, parmi les M techniques de décodage Di correspondant respectivement aux M techniques de codage Ci, la technique de décodage associée à la technique de codage qui a été effectivement utilisée
pour coder chaque bloc du signal résiduel.
Par exemple, dans le cas o le signal numérique est un signal d'image, on recherche dans l'image simplifiée décodée la présence de contours et la présence de textures, puis on sélectionne, pour les blocs de l'image résiduelle correspondant spatialement aux blocs de l'image simplifiée contenant des contours, la technique de décodage associée à la technique de codage particulièrement efficace pour le codage des contours, et on sélectionne, pour les blocs de l'image résiduelle correspondant spatialement aux blocs de l'image simplifiée contenant des textures, la technique de décodage associée à la
technique de codage particulièrement efficace pour le codage des textures.
A l'étape 304, on décode chaque bloc du signal résiduel au moyen
de la technique de décodage sélectionnée à l'étape précédente.
Enfin, à l'étape 306, on ajoute l'image simplifiée décodée et l'image
résiduelle décodée, pour obtenir l'image d'origine, décodée.
On décrit ci-après, à l'aide de la figure 4, une première variante de réalisation du procédé de codage de l'invention. Cette variante appartient au
domaine du codage d'image numérique.
L'image numérique considérée est divisée en sous-bandes de
fréquence, et chaque sous-bande est codée indépendamment des autres.
Chaque sous-bande est divisée en blocs. On suppose que chaque bloc peut être codé, au choix, au moyen de deux techniques de codage: une technique C1 de mise à zéro des coefficients et une technique C2 de quantification vectorielle. On considère comme image simplifiée la sous- bande basse obtenue
par transformation en ondelettes.
A l'étape 20 illustrée par la figure 4, on considère un premier soussignal résiduel. Il s'agit d'un bloc d'une des sous-bandes de détail, obtenue par
transformation en ondelettes de l'image numérique d'origine.
A l'étape 22, on sélectionne pour ce sous-signal la technique de
codage la plus appropriée parmi les deux techniques C1 et C2.
Pour cela, on applique par exemple un critère d'optimisation du rapport débit/distorsion. On peut procéder comme suit. On code le sous-signal considéré au moyen des deux techniques de codage C1 et C2, de façon à obtenir deux sous-signaux codés. Puis on compare les sous-signaux codés pour sélectionner la technique de codage la plus appropriée. Poureffectuer cette comparaison, on calcule par exemple, d'une part, les deux débits nécessaires pour transmettre respectivement les deux sous- signaux codés et d'autre part, les erreurs de codage, ou distorsion, provoquées par chaque technique de codage. Ces erreurs de codage mesurent respectivement l'erreur quadratique moyenne apportée dans l'image reconstruite par le codage du sous-signal considéré, selon chacune des techniques de codage. On compare ensuite, à titre d'exemple non limitatif, les sommes pondérées R +..D, R désignant le débit, D désignant la distorsion et L étant un coefficient de réglage,
obtenues pour chacun des sous-signaux codés.
On sélectionne alors, pour le sous-signal considéré, la technique de
codage pour laquelle la valeur de cette somme pondérée est la plus faible.
A l'étape 24, on utilise l'image simplifiée pour prédire la décision à prendre sur la technique de codage du signal en cours de codage. Pour cela, dans la variante décrite ici, on calcule la variance du sous- signal de l'image simplifiée correspondant au sous-signal résiduel en cours de codage. Si la valeur de la variance est inférieure à un seuil prédéterminé (étape 26), la prédiction est la technique de codage C1 de mise à zéro des coefficients (étape 28). Sinon (étape 30), la prédiction est la technique de codage C2 de
quantification vectorielle (étape 30).
A l'étape 32, on évalue la validité de la prédiction effectuée en comparant la technique de codage prédite et la technique de codage sélectionnée à partir du critère d'optimisation du rapport débit/distorsion. Si les techniques prédite et sélectionnée sont les mêmes, on attribue arbitrairement à un indicateur la valeur "0", indiquant que la prédiction est correcte (étape 34). Sinon (étape 36), on attribue à l'indicateur la valeur "1", indiquant que la prédiction est fausse. Le choix de ces valeurs peut bien
entendu être inversé.
A l'étape 38, on code le sous-signal résiduel au moyen de la technique de codage sélectionnée à l'étape 22, et on code l'indicateur, pour
lequel un bit suffit.
Les étapes 40 et 42 illustrent le fait qu'on procède de même avec
tous les autres sous-signaux.
Ainsi, au lieu de transmettre au décodeur la technique de codage effectivement utilisée, on lui transmet une information sur la validité de la prédiction de cette technique de codage. On réduit ainsi la quantité
d'information nécessaire à la transmission.
La figure 6 illustre la succession des étapes effectuées dans le
cadre de la même variante de réalisation, lors du décodage.
A l'étape 44, on considère le premier bloc de l'image simplifiée.
A l'étape 46, on teste si la valeur de la variance du bloc considéré est inférieure à un seuil prédéterminé. Si c'est le cas (étape 48), le résultat de la prédiction de la technique de décodage à utiliser pour ce bloc est la technique D1, associée à la technique de codage C1 (mise à zéro). Sinon (étape 50), le résultat de la prédiction est la technique de décodage D2, associée à la
technique de codage C2 (quantification vectorielle).
Ensuite, à l'étape 52, on lit l'indicateur qui a été transmis avec le
signal codé.
On teste la valeur de cet indicateur à l'étape 54. Si sa valeur est "0", c'est que la prédiction est correcte (étape 56), et si sa valeur est "1", c'est que
la prédiction est fausse (étape 58).
A l'étape 60, on met à jour en conséquence l'information de décodage. A l'étape 62, on lit le bloc de l'image résiduelle qui correspond
spatialement au bloc considéré de l'image simplifiée.
A l'étape 64, on décode ce bloc de l'image résiduelle, au moyen de la technique de décodage correspondant à la prédiction si la prédiction est
correcte, et au moyen de l'autre technique si la prédiction est fausse.
Les étapes 66 et 68 illustrent le fait qu'on procède de même avec
tous les autres blocs du signal.
La figure 5 illustre une seconde variante de réalisation du procédé de codage de l'invention, également dans le cas o les signaux considérés sont
des signaux d'image.
On suppose ici qu'on a le choix entre deux techniques de codage,
dont une avec pertes d'information et une sans pertes d'information.
L'image simplifiée est ici de même résolution spatiale que l'image d'origine. On la détermine à l'étape 70, au moyen d'un opérateur morphologique
d'ouverture-fermeture suivi d'une reconstruction morphologique.
A l'étape 72, on considère le premier bloc de l'image simplifiée.
On utilise l'image simplifiée pour déterminer si un contour passe
dans le bloc en cours de codage.
A l'étape 74, on recherche ainsi dans le bloc considéré de l'image simplifiée la présence d'un contour. Comme indiqué plus haut, cette recherche peut être effectuée par tout procédé connu de l'homme du métier, tel que le
calcul du gradient spatial.
Les régions de contour étant particulièrement importantes, s'il résulte de l'étape 74 que le bloc considéré contient un contour, à l'étape 76, on choisit de coder le bloc correspondant de l'image résiduelle par la technique de codage sans pertes. Sinon, on choisit la technique de codage avec pertes
(étape 78).
Les étapes 80 et 82 illustrent le fait qu'on procède de même avec
tous les autres blocs.
La figure 7 illustre la succession des étapes effectuées dans le
cadre de cette seconde variante de réalisation, lors du décodage.
A l'étape 84, on considère le premier bloc de l'image simplifiée, préalablement décodée par la technique de décodage inverse de la technique
de codage unique prédéterminée utilisée pour coder l'image simplifiée.
De même qu'à l'étape 74 du procédé de codage (figure 5), on recherche, à l'étape 86, la présence de contours dans le bloc considéré de
I'image simplifiée.
Si le bloc considéré de l'image simplifiée contient au moins un contour (étape 88), on décode le bloc correspondant de l'image résiduelle au moyen de la technique de décodage sans pertes. Sinon (étape 90), on décode le bloc correspondant de l'image résiduelle au moyen de la technique de
décodage avec pertes.
Les étapes 92 et 94 illustrent le fait qu'on procède de même avec
tous les autres blocs.
Le système 10 représenté de façon schématique sur la figure 8 est, comme décrit ci-après, susceptible de contenir l'ensemble du dispositif de codage de la présente invention ou seulement une partie de celui-ci, et/ou l'ensemble du dispositif de décodage de la présente invention ou seulement
une partie de celui-ci.
Ce système 10 peut par exemple être un micro-ordinateur, relié à différents périphériques tels qu'une caméra numérique 107, ou un scanner, ou encore tout moyen de saisie et de mémorisation d'images. La caméra 107 est par exemple reliée à une carte graphique et fournit des données à compresser,
et donc, à coder.
Le système 10 comporte une interface de communication 112 reliée à un réseau 113, lequel est apte, aussi bien à transmettre au système 10 des données à compresser provenant de l'extérieur, qu'à transmettre vers d'autres
points de ce réseau 113 des données compressées provenant du système 10.
Le système 10 comporte également un moyen de stockage 108, tel qu'un disque dur, par exemple. Le système 10 comporte aussi un lecteur de disquettes 109, lequel est prévu pour recevoir des disquettes 110. En variante, le lecteur de disquettes 109 et les disquettes 110 peuvent être remplacés respectivement par un lecteur de disques compacts à mémoire figée (en anglais "CD-ROM") et des disques compacts à mémoire figée, ou par un lecteur de cartes à mémoire et des cartes à mémoire, ou encore par un lecteur de disques vidéo numériques (en anglais DVD, "Digital Video Disc"). Les disquettes, disques compacts à mémoire figée, cartes à mémoire ou disques vidéo numériques 110 et le disque dur 108 peuvent contenir des données codées selon le procédé de codage décrit précédemment, et peuvent également contenir des programmes permettant d'exécuter les étapes successives du procédé de codage et/ou du procédé de décodage décrits précédemment. Selon une première variante, les programmes permettant au système 10 de mettre en oeuvre le procédé de codage et le procédé de
décodage de l'invention peuvent être stockés dans une mémoire morte 102.
Selon une deuxième variante, les programmes précités peuvent être
reçus en provenance du réseau 113 par l'interface de communication 112.
Dans le cas o les données à compresser consistent en des signaux audio, le système 10 est relié à un microphone externe 111, par l'intermédiaire
d'une carte entrée/sortie 106.
Le système 10 comporte éventuellement en outre un écran 104 et/ou un clavier 114. L'écran 104 peut permettre de visualiser les données à compresser et/ou de servir d'interface avec un utilisateur du système 10. On peut par exemple conférer à cet utilisateur la possibilité de choisir entre
plusieurs techniques de codage en saisissant ce choix au moyen du clavier.
Une unité centrale de traitement 100 comprise dans le système 10 et reliée, par exemple par l'intermédiaire d'un bus de communication 101, aux éléments 102 à 104, 106 à 109, 112 et 114 décrits précédemment, exécute les instructions stockées dans la mémoire morte 102 ou dans les autres éléments de stockage et relatives aux étapes du procédé de codage et/ou de décodage
décrits précédemment.
Ainsi, I'unité centrale de traitement 100 est adaptée à mettre en
oeuvre les organigrammes décrits en figures 2 à 7.
L'unité centrale de traitement 100, la mémoire morte 102 et la mémoire vive 103 peuvent coopérer pour former: - des moyens de simplification, pour déterminer une version simplifiée du signal numérique, contenant seulement une partie de l'information contenue dans le signal numérique; des premiers moyens de codage, pour coder la version simplifiée au moyen d'une technique de codage unique prédéterminée; - des moyens soustracteurs, pour soustraire du signal numérique la version simplifiée, de façon à obtenir un signal résiduel; - des moyens de sélection de codage, pour sélectionner, à partir de chaque bloc de la version simplifiée, pour chaque bloc correspondant du signal résiduel, une technique de codage parmi un nombre prédéterminé M de techniques de codage Ci, o i est un entier compris entre 1 et M, ces moyens de sélection de codage comportant des moyens de prédiction pour prédire, à partir de la version simplifiée, pour chaque bloc du signal numérique, la technique de codage la plus appropriée parmi les M techniques de codage Ci; et - des seconds moyens de codage, pour coder chaque bloc du signal résiduel au moyen de la technique de codage sélectionnée par les moyens de
sélection de codage.
Ainsi, le système 10 peut comprendre un dispositif de codage de signaux numériques comportant des moyens adaptés à mettre en oeuvre un
procédé de codage tel que décrit plus haut.
Par ailleurs, l'unité centrale de traitement 100, la mémoire morte 102 et la mémoire vive 103 peuvent coopérer pour former: - des premiers moyens de décodage, pour décoder la version simplifiée au moyen de la technique de décodage associée à la technique de codage unique précitée; - des moyens de sélection de décodage, pour sélectionner, à partir de chaque bloc de la version simplifiée décodée, pour chaque bloc correspondant du signal résiduel, une technique de décodage prise parmi un nombre prédéterminé M de techniques de décodage Di respectivement associées aux techniques de codage Ci, ces moyens de sélection de décodage comportant des moyens de prédiction pour prédire, à partir de chaque bloc de la version simplifiée décodée, pour le bloc correspondant du signal résiduel, la technique de décodage la plus appropriée associée à une des M techniques de codage Ci; - des seconds moyens de décodage, pour décoder chaque bloc du signal résiduel au moyen de la technique de décodage sélectionnée pour ce bloc par les moyens de sélection de décodage; et - des moyens additionneurs, pour ajouter la version simplifiée décodée au signal résiduel décodé, de façon à reconstituer le signal numérique
d'origine.
Ainsi, le système 10 peut comprendre un dispositif de décodage de signaux numériques comportant des moyens adaptés à mettre en oeuvre un
procédé de décodage tel que décrit plus haut.
Selon une première variante de réalisation, lors de la mise sous tension du système 10, les programmes et les techniques de codage et/ou de décodage stockés dans une des mémoires non volatiles, par exemple la mémoire morte 102, sont transférés dans une mémoire vive 103 du système , laquelle contient alors le code exécutable et les variables nécessaires au
déroulement des procédés de codage et/ou de décodage de l'invention.
Selon une deuxième variante de réalisation, les différentes techniques de codage et/ou de décodage susceptibles d'être utilisées peuvent être mémorisées dans des éléments de stockage différents de ceux qui stockent le code exécutable. En effet, on peut améliorer l'invention en introduisant dans le système 10 des techniques de codage et de décodage supplémentaires, soit par le réseau 113, via l'interface de communication 112,
soit par l'intermédiaire d'une disquette ou support de données analogue 110.
Le bus de communication 101 permet la communication entre les différentes entités comprises dans le système 10, ou reliées à celui-ci, telles que la caméra numérique 107. Cependant, la représentation du bus 101 proposée sur la figure 8 n'est nullement limitative. En particulier, I'unité centrale de traitement 100 est susceptible de communiquer des instructions à toute entité comprise dans le système 10, soit directement, soit par l'intermédiaire
d'une autre entité du système 10.
Claims (22)
1. Procédé de codage d'un signal numérique, caractérisé en ce que: (a) on effectue une étape de simplification de signal, au cours de laquelle on détermine (200) une version simplifiée du signal numérique, contenant seulement une partie de l'information contenue dans ledit signal numérique; (b) on effectue une étape de codage de signal simplifié, au cours de laquelle on code (202) ladite version simplifiée au moyen d'une technique de codage unique prédéterminée; (c) on effectue une étape de soustraction, au cours de laquelle on soustrait (204) du signal numérique ladite version simplifiée, de façon à obtenir un signal résiduel; (d) on effectue une étape de sélection de codage, au cours de laquelle, à partir de chaque bloc de la version simplifiée, on sélectionne (206) pour chaque bloc correspondant du signal résiduel une technique de codage parmi un nombre prédéterminé M de techniques de codage Ci, o i est un entier compris entre 1 et M; et (e) on effectue une étape de codage de signal résiduel, au cours de laquelle on code (208) chaque bloc du signal résiduel au moyen de la
technique de codage sélectionnée précédemment.
2. Procédé de codage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'exécution de l'étape (b) de codage de signal simplifié a lieu indifféremment à l'issue des étapes (a) de simplification, (c) de soustraction, (d) de sélection de
codage ou (e) de codage de signal résiduel.
3. Procédé de codage selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le signal numérique est un signal d'image, caractérisé en ce que ladite version
simplifiée présente la même résolution spatiale que ledit signal numérique.
4. Procédé de codage selon la revendication 3, caractérisé en ce que pour déterminer ladite version simplifiée, on applique successivement au signal numérique un opérateur d'ouverture - fermeture, puis une reconstruction morphologique.
5. Procédé de codage selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le signal numérique est un signal d'image, caractérisé en ce que ladite version simplifiée présente une résolution spatiale inférieure à celle dudit signal numérique.
6. Procédé de codage selon la revendication 5, caractérisé en ce que pour déterminer ladite version simplifiée, on applique au signal numérique une
décomposition en ondelettes et on retient comme version simplifiée une sous-
bande obtenue par filtrage passe-bas lors de ladite décomposition.
7. Procédé de codage selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que, à l'étape (d) de sélection de codage, on effectue une étape de prédiction, au cours de laquelle, à partir de la version simplifiée, on prédit (28, 30) pour chaque bloc du signal numérique la technique de codage la plus appropriée parmi lesdites M techniques de codage Ci, et en ce que ledit procédé comporte en outre des étapes suivant lesquelles: (f) on effectue une étape de sélection optimisée de codage, au cours de laquelle, à partir d'un critère d'optimisation prédéterminé, on sélectionne (22), pour chaque bloc du signal résiduel, la technique de codage la plus appropriée parmi lesdites M techniques de codage Ci et on code ledit bloc au moyen de la technique de codage sélectionnée; (g) on effectue une étape de comparaison, au cours de laquelle, pour chaque bloc du signal numérique, on compare (32) la technique de codage prédite à l'étape (d) de sélection de codage et la technique de codage sélectionnée à l'étape (f) de sélection optimisée de codage; et (h) on effectue une étape de mémorisation, au cours de laquelle, si les techniques de codage prédite et sélectionnée sont identiques, on mémorise (34) en vue du décodage un indicateur selon lequel la prédiction effectuée à l'étape (d) de sélection de codage est correcte, et sinon, on
mémorise (36) un indicateur selon lequel ladite prédiction est fausse.
8. Procédé de codage selon la revendication 7, caractérisé en ce que, à l'étape (f) de sélection optimisée de codage, on utilise une méthode
d'optimisation du rapport débit/distorsion.
9. Procédé de codage selon l'une quelconque des revendications 1 à
6, dans lequel le signal numérique est un signal d'image et lesdites M techniques de codage Ci comprennent une technique de codage avec pertes d'information et une technique de codage sans pertes d'information, caractérisé en ce que, à l'étape (d) de sélection de codage, on recherche (74), dans chaque bloc de la version simplifiée, la présence de contours, puis (dl) on effectue une étape de codage sans pertes, au cours de laquelle, si le bloc considéré contient au moins un contour, on code (76) le bloc correspondant du signal résiduel au moyen de ladite technique de codage sans pertes d'information; ou (d2) on effectue une étape de codage avec pertes, au cours de laquelle, si le bloc considéré ne contient aucun contour, on code (78) le bloc correspondant du signal résiduel au moyen de ladite technique de codage avec
pertes d'information.
10. Procédé de décodage d'un signal numérique codé, ledit signal codé provenant d'un signal numérique d'origine décomposé en une version simplifiée et un signal résiduel, obtenu par soustraction de la version simplifiée au signal numérique d'origine, ladite version simplifiée étant codée au moyen d'une technique de codage unique prédéterminée, et ledit signal résiduel étant codé au moyen d'une technique de codage sélectionnée parmi un nombre prédéterminé M de techniques de codage Ci, o i est un entier compris entre 1 et M, caractérisé en ce que: - on effectue une étape de décodage de signal simplifié, au cours de laquelle on décode (300) ladite version simplifiée au moyen de la technique de décodage associée à ladite technique de codage unique prédéterminée; et - on effectue une étape de sélection de décodage, au cours de laquelle, à partir de chaque bloc de ladite version simplifiée décodée, on sélectionne (302) pour chaque bloc correspondant du signal résiduel une technique de décodage prise parmi un nombre prédéterminé M de techniques de décodage Di respectivement associées auxdites M techniques de codage Ci; - on effectue une étape de décodage de signal résiduel, au cours de laquelle on décode (304) chaque bloc du signal résiduel au moyen de la technique de décodage qui a été sélectionnée pour ce bloc; et - on effectue une étape d'addition, au cours de laquelle on ajoute (306) la version simplifiée décodée au signal résiduel décodé, de façon à
reconstituer le signal numérique d'origine.
11. Procédé de décodage selon la revendication 10, dans lequel ledit signal numérique est un signal d'image, caractérisé en ce que ladite version
simplifiée présente la même résolution spatiale que ledit signal numérique.
12. Procédé de décodage selon la revendication 10, dans lequel le signal numérique est un signal d'image, caractérisé en ce que ladite version simplifiée présente une résolution spatiale inférieure à celle dudit signal numérique.
13. Procédé de décodage selon l'une quelconque des revendications
10 à 12, caractérisé en ce que, au cours de ladite étape de sélection de décodage, - on effectue une étape de prédiction, au cours de laquelle, à partir de chaque bloc de la version simplifiée décodée, on prédit (48, 50) pour le bloc correspondant du signal résiduel la technique de décodage la plus appropriée associée à une desdites M techniques de codage Ci; - on effectue une étape de lecture, au cours de laquelle on lit (52) un indicateur associé au bloc considéré de la version simplifiée, relatif à la validité de ladite prédiction de la technique de codage du bloc correspondant du signal numérique; - on effectue une étape de décodage de signal résiduel, au cours de laquelle, si et seulement si d'après ledit indicateur, ladite prédiction est correcte, on décode le bloc correspondant du signal résiduel au moyen de ladite
technique de décodage prédite.
14. Procédé de décodage selon l'une quelconque des revendications
10 à 12, dans lequel le signal numérique est un signal d'image et lesdites M techniques de codage Ci comprennent une technique de codage avec pertes d'information et une technique de codage sans pertes d'information, caractérisé en ce que, au cours de ladite étape de sélection de décodage, on recherche (86), dans chaque bloc de la version simplifiée décodée, la présence de contours, puis - on effectue une étape de décodage sans pertes, au cours de laquelle, si le bloc considéré contient au moins un contour, on décode (88) le bloc correspondant du signal résiduel au moyen de la technique de décodage sans pertes d'information associée à ladite technique de codage sans pertes d'information; ou - on effectue une étape de décodage avec pertes, au cours de laquelle, si le bloc considéré ne contient aucun contour, on décode (90) le bloc correspondant du signal résiduel au moyen de la technique de décodage avec pertes d'information associée à ladite technique de codage avec pertes d'information.
15. Dispositif de codage d'un signal numérique, caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens de simplification, pour déterminer une version simplifiée du signal numérique, contenant seulement une partie de l'information contenue dans ledit signal numérique; - des premiers moyens de codage, pour coder ladite version simplifiée au moyen d'une technique de codage unique prédéterminée; - des moyens soustracteurs, pour soustraire du signal numérique ladite version simplifiée, de façon à obtenir un signal résiduel; - des moyens (100, 102, 103) de sélection de codage, pour sélectionner, à partir de chaque bloc de la version simplifiée, pour chaque bloc correspondant du signal résiduel, une technique de codage parmi un nombre prédéterminé M de techniques de codage Ci, o i est un entier compris entre 1 et M; et - des seconds moyens de codage, pour coder chaque bloc du signal résiduel au moyen de la technique de codage sélectionnée par lesdits moyens
de sélection.
16. Dispositif de codage selon la revendication 15, caractérisé en ce que lesdits moyens (100, 102, 103) de sélection de codage comportent des moyens de prédiction, pour prédire, à partir de la version simplifiée, pour chaque bloc du signal numérique, la technique de codage la plus appropriée
parmi les M techniques de codage Ci.
17. Dispositif de décodage d'un signal numérique codé, ledit signal codé provenant d'un signal numérique d'origine décomposé en une version simplifiée et un signal résiduel, obtenu par soustraction de la version simplifiée au signal numérique d'origine, ladite version simplifiée étant codée au moyen d'une technique de codage unique prédéterminée, et ledit signal résiduel étant codé au moyen d'une technique de codage sélectionnée parmi un nombre prédéterminé M de techniques de codage Ci, o i est un entier compris entre 1 et M, caractérisé en ce qu'il comporte: - des premiers moyens de décodage, pour décoder ladite version simplifiée au moyen de la technique de décodage associée à ladite technique de codage unique prédéterminée; - des moyens (100, 102, 103) de sélection de décodage, pour sélectionner, à partir de chaque bloc de ladite version simplifiée décodée, pour chaque bloc correspondant du signal résiduel, une technique de décodage prise parmi un nombre prédéterminé M de techniques de décodage Di respectivement associées auxdites techniques de codage Ci; - des seconds moyens de décodage, pour décoder chaque bloc du signal résiduel au moyen de la technique de décodage sélectionnée pour ce bloc par lesdits moyens de sélection; et - des moyens additionneurs, pour ajouter la version simplifiée décodée au signal résiduel décodé, de façon à reconstituer le signal numérique
d'origine.
18. Dispositif de décodage selon la revendication 17, caractérisé en ce que lesdits moyens (100, 102, 103) de sélection de décodage comportent des moyens de prédiction, pour prédire, à partir de chaque bloc de la version simplifiée décodée, pour le bloc correspondant du signal résiduel, la technique de décodage la plus appropriée associée à une des M techniques de codage Ci.
19. Appareil de traitement de signaux numériques, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens adaptés à mettre en oeuvre un procédé de codage
selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
20. Appareil de traitement de signaux numériques, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens adaptés à mettre en oeuvre un procédé de
décodage selon l'une quelconque des revendications 10 à 14.
21. Appareil de traitement de signaux numériques, caractérisé en ce
qu'il comporte un dispositif de codage selon la revendication 15 ou 16.
22. Appareil de traitement de signaux numériques, caractérisé en ce
qu'il comporte un dispositif de décodage selon la revendication 17 ou 18.
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