FR2903269A1 - Dispositif et procede d'encodage de type cabac - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif et un procédé d'encodage, de type CABAC, d'un flux initial d'informations numériques binaires destinées à générer un flux sortant pour former, après décodage, des images vidéo.De manière connue, le procédé comprend les étapes suivantes :- analyse bit à bit des séries successives de bits du flux binaire initial pour en déduire, pour chaque bit, un intervalle représentant la probabilité d'occurrence associée à ce bit, cet intervalle étant défini par sa taille CIR et sa borne inférieure CIL,- analyse de cet intervalle pour assurer, si nécessaire, une renormalisation de celui-ci.Selon l'invention, la renormalisation est non itérative et pour chaque bit du flux initial est conforme à la figure annexée dans laquelle :- M est la longueur de la séquence S des bits de poids forts communs à CIL et CIR,- N est le nombre entier tel que CIR.2<N-1> < 0,25 ≤ CIR.2<N>,- BO est le nombre de bits en attente d'insertion.

Description

1 DISPOSITIF ET PROCEDE D'ENCODAGE DE TYPE CABAC La présente invention

concerne un procédé d'encodage, du type CABAC (Codage arithmétique binaire à contexte adaptatif), d'un flux initial d'informations numériques binaires destinées à générer un flux sortant pour former, après décodage, des images vidéo. On sait que la syntaxe et les procédés permettant d'assurer le décodage d'un flux d'informations vidéo sont définis dans la norme de compression vidéo dit ITU H.264 ou ISO/IEC 14496 MPEG-4 Part.10. Cette norme propose, à titre informatif, des procédés permettant de produire des flux compressés d'informations. Les dispositifs d'encodage générant des flux conformes à cette norme comportent un étage d'encodage dont la tâche est de générer un flux binaire qui est représentatif des informations à transmettre. Cet étage d'encodage peut faire appel à deux méthodes dites respectivement CAVLC (Codage de longueur variable à contexte adaptatif) et CABAC. Cette dernière méthode est plus intéressante en ce qu'elle génère un flux binaire dont le débit est plus faible que celui produit par la première, au détriment cependant d'une plus grande complexité. On sait que la méthode CABAC comporte une étape, dite renormalisation . Cette étape fait appel à un processus itératif qui constitue en quelque sorte le goulot d'étranglement de la méthode, dans la mesure où, par principe même, son temps d'exécution est relativement long. Cette étape fait intervenir un intervalle de probabilité d'occurrence associée à un bit, et des variables de seuils qui seront désignées ci-après par V114 et V1/2. V114 est égal à 0,25 en mode décimal. Dans la suite du texte, on pourra 2903269 2 aussi écrire "01000..." en mode binaire (le nombre total de bits dépendant de la précision souhaitée pour le codage de l'intervalle). De même, Vin, qui est égal à 0,5 en mode décimal, pourra s'écrire "1000..." en mode binaire.

5 La présente invention a pour but de proposer un dispositif et un procédé d'encodage dans lequel on remplace le processus itératif de l'état antérieur de la technique par un processus permettant d'accéder de façon directe aux mêmes résultats, et ceci à partir des mêmes paramètres 10 d'entrée. La présente invention a ainsi pour objet un dispositif d'encodage de type CABAC, d'un flux binaire initial d'informations numériques destinées à générer un flux sortant pour former, après décodage, des images vidéo comprenant : 15 des moyens d'analyse aptes à analyser bit à bit des séries successives de bits du flux binaire initial et à en déduire, pour chaque bit, un intervalle représentant la probabilité d'occurrence associée à ce bit, cet intervalle étant défini par sa taille CIR et sa borne inférieure CIL, 20 - des moyens de stockage du nombre BO de bits en attente d'insertion après traitement du bit précédant le bit courant dans le flux binaire initial, - des moyens de renormalisation aptes à déterminer si une renormalisation est nécessaire pour le bit en cours et à 25 effectuer cette renormalisation, caractérisé en ce que lesdits moyens de renormalisation ne sont pas itératifs et comprennent : a) un premier module de calcul de la borne supérieure de l'intervalle CIH égale à CIL + CIR - 1, 30 b) un deuxième module de détermination de la séquence S des bits de poids forts communs à CIL et CIH, la longueur de cette séquence étant dénommée M, 2903269 3 c) un troisième module de détermination du nombre entier N tel que CIR.2N-1 < Vu4 CIR.2N, d) un quatrième module de calcul du minimum P entre M et N pour, si P est non nul, insérer dans le flux sortant les P 5 bits de poids forts de la séquence S et les BO bits en attente, et mettre BO à 0, e) un cinquième module de mise à jour du nombre BO de bits inconnus qui sont en attente d'insertion pour la renormalisation du bit suivant du flux binaire initial, par 10 augmentation de BO de N - M, f) un sixième module de calcul de la valeur de CIR pour le bit suivant du flux binaire initial, égale à la valeur de CIR pour le bit courant multiplié par 2N, g) un septième module de calcul de la valeur de CIL pour 15 le bit suivant du flux binaire initial, égale à la valeur de CIL pour le bit courant multipliée par 2N et, si M est différent de N, pour y retrancher V1/2. De manière préférée, les moyens de renormalisation sont contenus dans un composant de type circuit intégré pour 20 application spécifique (ASIC), ou réseau de portes programmables in-situ (FPGA) ou sous forme de logiciel dans un processeur de traitement de donnés. Le dispositif selon l'invention permet un traitement de renormalisation, qui ne nécessite que quelques opérations de 25 calcul simples, et aucune itération. Il est ainsi beaucoup plus rapide que le dispositif selon l'art antérieur. L'invention a également pour objet un procédé d'encodage de type CABAC, d'un flux initial d'informations numériques binaires destinées à générer un flux sortant pour former, 30 après décodage, des images vidéo dans lequel : on analyse bit à bit des séries successives de bits du flux binaire initial et on en déduit, pour chaque bit, un 2903269 4 intervalle représentant la probabilité d'occurrence associée à ce bit, cet intervalle étant défini par sa taille CIR et sa borne inférieure CIL, on analyse cet intervalle et on assure, si 5 nécessaire, une renormalisation de celui-ci, la renormalisation prenant notamment en compte un nombre BO de bits en attente d'insertion résultant du traitement du bit précédent du flux binaire initial, caractérisé en ce que la renormalisation est non itérative et 10 comporte les étapes consistant à : a) calculer la borne supérieure de l'intervalle CIH égale à CIL + CIR - 1, b) déterminer la séquence S des bits de poids forts communs à CIL et CIH, la longueur de cette séquence étant 15 dénommée M, c) déterminer le nombre entier N tel que CIR.2N-1 < V114 <-CIR.2N, d) calculer le minimum P entre M et N puis, si P est non nul, insérer dans le flux sortant les P bits de poids forts 20 de la séquence S et les BO bits en attente après le traitement du bit précédent dans le flux binaire initial, et mettre à 0 le nombre BO et e) mettre à jour le nombre BO de bits inconnus qui sont en attente d'insertion pour la renormalisation du bit suivant 25 du flux binaire initial, en augmentant BO de N - M, f) calculer la nouvelle valeur de CIR pour la renormalisation du bit suivant du flux binaire initial en la multipliant par 2N, g) calculer la nouvelle valeur de CIL pour la 30 renormalisation du bit suivant du flux binaire initial, en la multipliant par 2N et, si M est différent de N, y retranchant V1/2 de la nouvelle valeur de CIL, et 10 15 2903269 5 h) poursuivre la renormalisation en appliquant les étapes ci-dessus pour le bit suivant de la séquence de bits. On décrira ci-après, un encodeur de type CABAC et plus particulièrement l'étape de renormalisation, en référence au 5 dessin annexé sur lequel : - la figure 1 est une représentation schématique d'un que représenté sur la figure 1, l'encodeur 1 conforme à la norme H.264 comprend des moyens encodeurs 3, qui, à réception des pixels vidéo, fournissent en sortie, des données, appelées éléments de syntaxe, qui sont envoyées 20 vers des moyens d'encodage conformes à la méthode CABAC. Pour des raisons de simplification, ces moyens 5 seront désignés ci-après par le CABAC . Le CABAC 5 possède ainsi des moyens de binarisation 7, qui transforment les éléments de syntaxe en séquences de 25 bits. Les moyens de binarisation 7 sont suivis de moyens 9 dénommés EncodeDecision dans la norme H.264 qui analysent bit à bit ces séquences de bits afin d'en déduire un intervalle qui est représentatif de la probabilité d'occurrence associée au bit considéré. Cet intervalle est 30 caractérisé par deux paramètres, à savoir, d'une part, sa taille dénommée CodIRange dans ladite norme et désignée encodeur conforme à la norme modules permettant d'exécuter la méthode CABAC, - la figure 2 différentes étapes l'état antérieur de - la figure 3 différentes étapes l'invention. Ainsi est une représentation schématique des de la phase de renormalisation suivant la technique, et est une représentation de la phase de renormalisation suivant les étapes de mise en œuvre de H.264 montrant les différents schématique des 2903269 6 ci-après CIR et, d'autre part, sa borne inférieure dénommée CodlLow dans ladite norme et désignée ci-après CIL. Les moyens EncodeDecision 9 sont en relation avec des moyens de renormalisation 11 qui mettent en oeuvre la 5 fonction de renormalisation précédemment mentionnée. Cette fonction assure l'analyse de l'intervalle associé à chacun des bits de ladite séquence de bits et décide si celuici doit être ou non remis à l'échelle, autrement dit renormalisé. Lorsqu'il s'avère que la renormalisation n'est 10 pas nécessaire, cette étape est court-circuitée. Les moyens de renormalisation 11 coopèrent avec des moyens d'insertion 12 dont le rôle est d'insérer, en cas de renormalisation, un ou plusieurs bits dans le flux compressé de sortie de l'encodeur.

15 On a représenté pour mémoire sur la figure 2 les différentes étapes de la phase de renormalisation mise en oeuvre par les moyens de renormalisation 11 suivant l'état antérieur de la technique, c'est-à-dire celle dans laquelle on fait appel à un processus itératif pour déterminer les 20 bits à insérer dans le flux. Dans une première étape de cette phase, on teste (bloc 13) la valeur de CIR afin de savoir si sa taille est inférieure à V1/4 (la valeur binaire sur 10 bits de V1/4 est de 01 0000 0000). Si tel n'est pas le cas, il n'y a pas de 25 renormalisation et l'on court-circuite cette étape pour le bit considéré. Si la valeur de CIR est inférieure à V114, il doit y avoir remise à échelle autrement dit renormalisation, et l'on multiplie (bloc 15) alors successivement par 2 cette 30 valeur tant qu'elle reste inférieure à V114. Ce sont ces itérations successives qui représentent un temps d'exécution important. Comme on le voit sur la figure, à chaque 2903269 7 itération on teste également la valeur de CIL, et on met à jour les valeurs de CIL et de BO (nombre de bits inconnus en attente d'insertion tel que défini dans la norme H.264). La présente invention se propose de remplacer tout le 5 processus itératif par un traitement direct. L'invention repose sur l'exploitation d'une propriété du codage arithmétique. Ce dernier prévoit que lors du codage d'un message (séquence de bits à transmettre), la taille de l'intervalle définissant la probabilité d'occurrence d'un 10 bit du message ne fait que se réduire. Cela signifie qu'à un instant du codage, les bits de poids fort (en mode binaire) ou les premières décimales (en mode décimal) de la borne inférieure de l'intervalle qui sont identiques à celles de la borne supérieure sont définitivement figés et resteront 15 constants jusqu'à la fin du codage. Prenons un exemple pour illustrer ce principe. Supposons que l'intervalle final définissant un message soit, exprimé en mode décimal : [ 0,1234567 ; 0,1234568 [ 20 Considérons qu'en cours de codage, l'intervalle soit égal à . [ 0,1234023 ; 0,1235871 [ 25 Les premières décimales 0,123 de la borne inférieure sont identiques aux premières décimales de la borne supérieure. La théorie nous dit qu'on peut à cet instant prédire qu'elles resteront constantes jusqu'à la fin du codage, ce qui est bien le cas à la vue des valeurs de 30 l'intervalle final. La transposition de cette propriété dans le contexte de la renormalisation du CABAC est particulièrement 2903269 8 intéressante puisqu'elle va nous permettre de prédire directement les résultats de ce processus à partir des caractéristiques de l'intervalle. On a représenté schématiquement sur la figure 3 un mode 5 de réalisation du procédé de renormalisation selon l'invention. Ce procédé utilise comme données d'entrée la taille CIR et la borne inférieure CIL de l'intervalle définissant la probabilité d'occurrence associé au bit courant à traiter.

10 Dans une première étape 100, la borne supérieure CIH de l'intervalle est calculée. Elle est simplement égale à la somme de CIL et CIR, diminuée de 1 (en mode binaire). Dans une deuxième étape 110, on détermine la séquence S qui correspond à la suite des bits de poids forts de CIL et 15 CIH qui sont identiques et la longueur M (nombre de bits) de cette séquence S. Cette opération peut être réalisée simplement en appliquant l'opérateur "OU EXCLUSIF" (XOR) à la paire CIL, CIH et en comptant le nombre de bits "0" consécutifs de poids forts dans le résultat pour obtenir M.

20 En pratique, il n'est pas nécessaire de définir une variable particulière S. Il suffit de mémoriser le nombre M de bits de poids forts identiques de CIL et CIH. S est alors simplement la suite des M bits de poids forts de CIL ou CIH. On détermine ensuite, dans une étape 120, le nombre 25 d'itérations N qui seraient nécessaires dans le procédé de renormalisation selon l'art antérieur. Ce nombre N est égal au nombre de multiplications par deux ou, ce qui revient au même, de décalage vers la gauche des bits de CIR (bloc 15, figure 2) pour que CIR devienne supérieur à V114.

30 Il n'est en pratique pas nécessaire de procéder à un calcul itératif pour déterminer la valeur de N. On sait en effet que N peut être obtenu directement par l'équation : 2903269 9 N = lmbd(l, CIR) -lmbd(1,V1m) où - "lmbd(a,b)" est une fonction courante en particulier sur les processeurs de traitement de signal (en abrégé et en anglais "DSP") qui fournit le numéro du bit de valeur a le 5 plus à gauche (de plus haut poids) dans le nombre binaire b, et - "1" est un bit de valeur un. On pourra se reporter au document US2005/0001745, et notamment aux paragraphes [0026] à [0028], sur l'utilisation 10 de l'équation ci-dessus pour le calcul de N. Il convient cependant de noter que, dans ce document, le fait de calculer N sans itération ne supprime pas le processus itératif selon l'art antérieur, qui est au contraire indiqué comme nécessaire, pour déterminer les bits à insérer (cf. 15 [0030] du document cité). On notera que les étapes 110 et 120 du procédé selon l'invention sont indépendantes et peuvent donc être exécutées dans un ordre quelconque ou en parallèle. Dans l'étape 130 qui suit, on calcule le minimum P 20 entre M et N. Si P est non nul (test 135), on passe à l'étape d'insertion 140 pour insérer les P bits de poids forts de S et les BO bits en attente dans le flux sortant, et mettre BO à O. Cette étape 140 est connue et définie dans la norme H.264. Elle consiste à insérer dans le flux sortant 25 le bit de poids fort de S (ou ce qui revient au même de CIL ou de CIH), puis BO bits de valeur inverse de celle du bit de poids fort de S, puis d'insérer les P-1 bits restants de S. L'étape 150 suivante du procédé de renormalisation 30 consiste à calculer le nombre BO de bits inconnus (définis dans la norme H.264 et mis à jour, dans le procédé selon l'art antérieur décrit en référence à la figure 2, par le 2903269 10 bloc 17) qui sont en attente d'insertion pour la prochaine renormalisation. Ce nombre est augmenté de la différence N - M. Ensuite, les nouvelles valeurs pour CIR et CIL sont calculées. Elles sont obtenues dans une étape 160 par 5 multiplication de CIR et CIL par 2N (c'est-à-dire, en pratique, N décalages vers la gauche des bits de CIR et CIL) et, si M est différent de N (test 170), par soustraction de V1/2 à la valeur de CIL (étape 180). Chacune des étapes référencées 100 à 180 dans la figure 10 3 correspond, pour le dispositif d'encodage selon l'invention, à l'un des modules ou à une partie de module de ce dispositif d'encodage. A titre d'exemple, un mode de réalisation de l'étape de renormalisation représentée sur la figure 3 est donnée en 15 annexe. Elle est exprimée sous forme d'une implémentation logicielle en langage C. Les variables ont une dynamique de 32 bits. Dans cet exemple, la fonction norm() est une instruction spécifique qui compte le nombre de bits de poids fort identiques et consécutifs de l'argument qui lui est 20 passé. Dans cet exemple, les nombres "21", "Ox3ff" et "0x200" sont liés au nombre de bits de CIL et CIR dans la norme. Ainsi "21" vient de norm(10 0000 0000) qui est le bit de poids forts des variables sur 10 bits. Ceci permet de 25 compter le nombre de bits de poids forts égal à 0 en ne considérant que les 10 bits significatifs des deux variables. La valeur "Ox3ff" est un masque avec 10 bits à "1" pour éviter les débordements dans les autres bits et "0x200" est 30 la valeur V1/2 codée sur 10 bits.

2903269 11 ANNEXE RENORMALISATION 5 // // entrée: CIL (résolution 10 bits suivant la norme) // CIR (résolution 9 bits suivant la norme) 10 // BO int N, M, P, CIH; N = norm(CIR) - norm(V114) ; CIH = CIL + CIR - 1; 15 M = norm(CIL ^ CIH) - 21; P = min(M, N); Si (P!=0) // émission des P bits de poids forts de CIL et 20 des BO bits en attente, et remise à 0 de BO BO = 0 BO += N - M; CIL = (CIL N) & Ox3ff; 25 if (M != N) CIL -= 0x200; CIR = N; //

Claims (2)

REVENDICATIONS

1.- Dispositif d'encodage de type CABAC, d'un flux binaire initial d'informations numériques destinées à générer un flux sortant pour former, après décodage, des images vidéo comprenant : des moyens d'analyse (9) aptes à analyser bit à bit des séries successives de bits du flux binaire initial et à en déduire, pour chaque bit, un intervalle représentant la probabilité d'occurrence associée à ce bit, cet intervalle étant défini par sa taille CIR et sa borne inférieure CIL, des moyens de stockage d'un nombre BO de bits en attente d'insertion après traitement du bit précédent du flux binaire initial, des moyens de renormalisation (11) aptes à déterminer si une rénormalisation est nécessaire pour le bit en cours et à effectuer cette renormalisation, caractérisé en ce que lesdits moyens de renormalisation ne 20 sont pas itératifs et comprennent : a) un premier module de calcul de la borne supérieure de l'intervalle CIH égale à CIL + CIR - 1, b) un deuxième module de détermination de la séquence S des bits de poids forts communs à CIL et CIH, la longueur de 25 cette séquence étant dénommée M, c) un troisième module de détermination d'un nombre entier N tel que CIR.2N-1 < Vu4 CIR.2N, où V114 est égal à 0,25 en mode décimal, d) un quatrième module de calcul du minimum P entre M et 30 N pour, si P est non nul, insérer dans le flux sortant les P bits de poids forts de la séquence S et les BO bits en attente, et mettre BO à 0, 2903269 13 e) un cinquième module de mise à jour du nombre BO de bits inconnus qui sont en attente d'insertion pour la renormalisation du bit suivant du flux binaire initial, par augmentation de BO de N - M, 5 f) un sixième module de calcul de la valeur de CIR pour le bit suivant du flux binaire initial, égale à la valeur de CIR pour le bit courant multiplié par 2N, g) un septième module de calcul de la valeur de CIL pour le bit suivant du flux binaire initial, égale à la valeur de 10 CIL pour le bit courant multipliée par 2N et, si M est différent de N, pour y retrancher V1/2, où V1/2 est égal à 0,5 en mode décimal.

2.- Procédé d'encodage de type CABAC, d'un flux 15 initial d'informations numériques binaires destinées à générer un flux sortant pour former, après décodage, des images vidéo dans lequel : on analyse bit à bit des séries successives de bits du flux binaire initial et on en déduit, pour chaque bit, un intervalle représentant la probabilité d'occurrence associée à ce bit, cet intervalle étant défini par sa taille CIR et sa borne inférieure CIL, on analyse cet intervalle et on assure, si nécessaire, une renormalisation de celui-ci, la renormalisation prenant notamment en compte un nombre BO de bits en attente d'insertion résultant du traitement du bit précédent du flux binaire initial, caractérisé en ce que la renormalisation est non itérative et comporte les étapes consistant à : a) calculer (100) la borne supérieure de l'intervalle CIH égale à CIL + CIR -1, 2903269 14 b) déterminer (110) la séquence S des bits de poids forts communs à CIL et CIH, la longueur de cette séquence étant dénommée M, c) déterminer (120) le nombre entier N tel que CIR.2N-1 < 5 V114 <-CIR. 2N, où V1/4 est égal à 0,25 en mode décimal, d) calculer le minimum P entre M et N puis, si P est non nul (135), insérer (140) dans le flux sortant les P bits de poids forts de la séquence S et les BO bits en attente après traitement du bit précédent dans le flux binaire initial, et 10 mettre à 0 le nombre BO et e) mettre à jour (150) le nombre BO de bits inconnus qui sont en attente d'insertion pour la renormalisation du bit suivant du flux binaire initial, en augmentant BO de N - M, f) calculer (160) la nouvelle valeur de CIR pour la 15 renormalisation du bit suivant du flux binaire initial en la multipliant par 2N, g) calculer (160) la nouvelle valeur de CIL pour la renormalisation du bit suivant du flux binaire initial, en la multipliant par 2N et, si M est différent de N (170), y 20 retranchant (180) V112 de la nouvelle valeur de CIL, où V1,,2 est égal à 0,5 en mode décimal, et h) poursuivre la renormalisation en appliquant les étapes ci-dessus pour le bit suivant de la séquence de bits.