FR2994517A1

FR2994517A1 - Procede, notamment pour optimiser la compression d'un fichier video et/ou audio, utilisant un codec affectant un poids en bits par seconde au fichier compresse correspondant, et systeme associe.

Info

Publication number: FR2994517A1
Application number: FR1257769A
Authority: FR
Inventors: Than Marc-Eric Gervais; Bruno Loubet
Original assignee: I CES INNOVATIVE COMPRESSION ENGINEERING SOLUTIONS
Current assignee: JEAN-CLAUDE COLIN, FR
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2014-02-14
Also published as: FR2994518A1; US9025677B2; US20140044199A1; RU2624557C2; RU2012147859A; KR20140021464A

Abstract

Procédé de compression d'un flux à l'aide d'un codec (C), prévu pour affecter à un flux compressé un débit d'encodage (Q) mesuré en bits par seconde, utilisant un pré-filtre (X1) remplaçant dans l'entête (T1) du flux d'origine la fréquence de restitution (R) par une fréquence égale au produit (RxK) de la fréquence de restitution (R) par un coefficient (K) puis pour retransmettre le flux ainsi filtré (FX1) au codec ; le post-filtre (X2) replaçant la fréquence de restitution (R) dans l'entête (TX2) d'un flux (FX2) résultant de l'encodage du flux préfiltré (FX1) par le codec (C).

Description

-1- 10 La présente demande se rapporte aux procédés de compression des flux, notamment de fichiers vidéo et/ou audio. Les principales normes utilisées actuellement, notamment MPEG4 / H264 pour la compression de flux vidéo, prévoient l'allocation d'un certain débit au 15 flux compressé, mesuré en bits par seconde, indépendamment du nombre d'image par seconde que le flux d'origine contient. Ainsi, un fichier vidéo de 10 secondes encodé avec un débit de compression de 10 mégabits par seconde (10Mbps) aura un « poids » de 100 Mégabits (100Mb), soit 12,5 Mégaoctets (12,5 Mo), que sa fréquence d'affichage soit de 50 images par secondes, c'est- 20 à-dire que le fichier contienne 500 images, ou que sa fréquence d'affichage soit de 25 images par secondes, c'est-à-dire que le fichier contienne 250 images. En outre, les codecs mettant en oeuvre la norme H264 créent, dans le flux ou le fichier compressé obtenu à partir du flux ou du fichier d'origine, des groupes d'images (GOP, en anglais 'Group Of Picture'). Chaque groupe 25 comprend 3 types d'images compressées : une image référence, dite de type «I », faiblement compressée ; une ou plusieurs images «P » plus compressées, prédites et restituées uniquement en fonction des images précédentes du GOP, une ou plusieurs images «B » prédites et restituées à la fois à partir des 30 images précédentes et suivantes du GOP. - 2 - La qualité du flux restitué est fonction du débit choisi et de la fréquence d'affichage et de restitution du flux traité, ces deux fréquences étant identiques entre elles dans le cas de la norme H264, qui conserve le nombre d'images entre le flux d'origine et le flux compressé. Le débit de compression peut être choisi au moment de la compression ; un débit de 10 Mbps permettra une restitution de meilleure qualité qu'un débit de 5 Mbps. La qualité du flux restitué est aussi fonction de la façon dont le GOP est obtenu, et donc de la constitution de chaque GOP, notamment, de la qualité de l'image de référence de type I, du nombre d'images de chaque type « B » ou «P », comme de leur ordonnancement. Un grand nombre d'images du type « P » est ainsi susceptible de donner un aspect saccadé lors de la restitution. Un grand nombre d'images de type « B » ou « P » entre deux images de référence de type « I » successives, est susceptible de faire apparaître une dégradation progressive de la vidéo restituée, entre les deux images de référence, donc une vidéo de moindre qualité. La norme H264, notamment, est largement utilisée pour la compression de flux vidéo Internet et télévision. Cependant, les restitutions des flux compressés, notamment selon cette norme, ont des défauts visuellement apparents pour le téléspectateur, alors que celui-ci est de plus en plus exigeant quant à la qualité de la restitution. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de compression qui permette d'améliorer la restitution, tout en étant susceptible d'utiliser les normes existantes et les codecs correspondants, de sorte que l'utilisateur final, par exemple le spectateur, dans le cas d'une vidéo, et/ou l'auditeur, dans le cas de sons, n'aie pas à changer ou modifier ses logiciels ou matériels de restitution virtuels ou physiques (lecteur, visionneuse, télévision ...).30 - 3 - Ainsi, selon un premier objet, l'invention propose un procédé pour compresser un flux d'origine en un flux compressé, à l'aide d'un codec prévu pour affecter à un flux compressé par ledit codec un débit d'encodage mesuré en bits par seconde, - le débit d'encodage étant indépendant du nombre d'éléments par seconde ; - le flux d'origine comprenant au moins un entête et une suite d'éléments successifs; - l'entête du flux d'origine comprenant une fréquence de restitution en éléments par seconde pour les éléments de la suite ; le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend la fourniture d'un pré-filtre, d'un post-filtre et d'un coefficient de compactage et en ce que : - on utilise le pré-filtre avant le codec, pour remplacer dans l'entête du flux d'origine la fréquence de restitution par une fréquence de compactage, puis pour retransmettre le flux ainsi filtré au codec ; puis, - on utilise le post-filtre pour remplacer, dans l'entête d'un flux encodé résultant de l'encodage dudit flux préfiltré, par le codec, la fréquence de compactage par la fréquence de restitution du flux d'origine ; - la fréquence de compression étant égale au produit de la fréquence de restitution par le coefficient de compactage. Le flux d'origine peut être issu de la lecture d'un fichier d'origine, par exemple issu du décodage d'un fichier d'origine déjà compressé.

Le procédé peut comprendre une étape pour enregistrer le flux compressé en un fichier compressé. Le débit d'encodage peut être constant, notamment dans le cas d'un encodage, 30 par le codec, en CBR (Constant Bit Rate, en français : taux de bit constant). Au contraire, Le débit d'encodage peut être variable, notamment dans le cas - 4 - d'un encodage, par le codec, en VBR (Variable Bit Rate, en français : taux de bit variable). Le coefficient de compactage est avantageusement un entier strictement 5 supérieur à 1, de préférence égal à 2 ou à 3. Il peut aussi être un nombre décimal, par exemple 1,5 ou 2,5. Le procédé peut être prévu pour s'appliquer à un flux audio, chaque élément étant un échantillon de son et la fréquence de restitution étant la fréquence 10 d'échantillonnage correspondante. Le procédé peut être prévu pour s'appliquer à un flux vidéo, chaque élément étant une image unique, la fréquence de restitution étant une fréquence d'affichage pour les images du flux. Le codec peut être prévu pour former des 15 groupes d'images compactées (GOP), les images de chaque groupe comprenant au moins une image référence du type « I », les autres images du groupe pouvant être d'un type parmi les types «B » ou « P ». Selon un deuxième objet, l'invention propose un procédé pour optimiser des 20 flux 3D, dont les images peuvent être multiplexées, ou pas, utilisant un procédé selon le premier objet de l'invention. Selon un troisième objet, l'invention propose un procédé pour fabriquer un fichier global par assemblage de plusieurs séries d'éléments compressées par 25 un procédé selon les objets précédents de l'invention, chaque série étant compressée avec un débit et/ou un coefficient de compactage qui lui sont propres. Selon un quatrième objet, l'invention propose un procédé pour optimiser les 30 performances d'un codec, utilisant un procédé selon les objets précédents de l'invention. - 5 - Selon un cinquième objet, l'invention propose un procédé pour encoder un flux en temps réel ou un flux en streaming, utilisant un procédé selon les objets précédents de l'invention.

Selon un sixième objet, l'invention propose un système de filtres pour la mise en oeuvre d'un procédé selon les objets précédents de l'invention. Selon un septième objet, l'invention propose un programme d'ordinateur pour 10 la mise en oeuvre d'un procédé selon les objets précédents de l'invention. Selon un huitième objet, l'invention propose un encodeur physique (hardware) pour la mise en oeuvre d'un procédé selon les objets précédents de l'invention. 15 Plusieurs modes d'exécution de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure unique illustre schématiquement un procédé selon l'invention. La figure illustre des étapes d'un procédé de compression numérique d'un flux 20 numérique Fi, nominé flux d'origine, en un flux numérique compressé. Le flux d'origine comprend un entête Ti et une suite d'un nombre Z d'éléments E successifs. Les éléments E sont destinés à être restitués à un utilisateur final, par exemple un spectateur ou un auditeur, à une certaine fréquence de restitution R inscrite dans l'entête Ti. 25 Le flux d'origine Fi peut résulter de la lecture d'un fichier d'origine. Il peut être aussi issus d'une prise en direct, par exemple d'une caméra, dans le cas d'un flux vidéo, ou d'un micro, dans le cas d'un flux audio. 30 Le flux compressé F2 peut être enregistré en un fichier compressé ou simplement diffusé, c'est-à-dire restitué directement, par exemple via un - 6 - écran, dans le cas d'un flux vidéo, ou une enceinte, dans le cas d'un flux audio. La description qui suit va en être faite en référence à des flux vidéo. Dans 5 l'exemple illustré, chaque élément E est donc un ensemble de valeurs numériques permettant de reconstituer une image ; par simplification, chaque élément E du fichier d'origine Fi sera nommé « image » d'origine. L'entête comprend la fréquence R à laquelle doivent être restitués les éléments 10 E. Ainsi, la fréquence de restitution R est égale à N images par seconde. A la figure, les éléments représentés sont le premier élément El de la série, le dernier élément EN de la première seconde, et le dernier élément de la série EZ. 15 Dans l'exemple illustré, on utilise pour l'encodage, donc la compression du flux F1 en le flux F2, un codec C répondant à la norme H264. Le codec C comprend une entrée pour choisir le débit d'encodage Q. Le codec C produit des images compressées 51 ...SN...SZ, aussi appelées slices (tranches, en français), chacune des images compressées Sl... SN... SZ correspondant à une 20 image d'origine respective El...EN...EZ. Selon l'invention, on utilise deux filtres numériques Xl, X2, de préférence des routines informatiques : un pré-filtre XI pour traiter le flux d'origine Fi; le pré-filtre X1 25 produisant, à partir du flux d'origine Fi, en direction du codec C un flux prétraité FX1 ; et, un post-filtre X2 prévu pour recueillir un flux FX2 sortant du codec C; le post-filtre X1 produisant, à partir du flux sortant FX2, le flux compressé F2. 30 - 7 - Les filtres Xl, X2 comprennent une entrée commune pour fixer un unique coefficient de compactage K, choisi. K est un nombre positif, entier ou décimal, différent de 1 et, de préférence, supérieur à 1. Pour l'utilisation d'un codec du type H264, K est avantageusement choisi compris entre 1,5 et 4, de préférence égal à 2, ou 3. Le pré-filtre X1 est conçu pour remplacer dans l'entête Ti du fichier d'origine Fi, la fréquence de restitution R, par une fréquence de compactage RK; la fréquence de compactage RK est le produit de la fréquence de restitution R par fo le coefficient de compactage K (RK R x K). Le pré-filtre est aussi prévu pour conserver, identique, la suite des éléments d'origine El ... EZ. Comme illustré à la figure, le flux prétraité FX1 comprend un entête Ti, contenant la fréquence de compactage RK, et une suite d'un nombre Z 15 d'éléments E successifs, respectivement identiques à chacun des éléments El - EZ du flux d'origine Fi. Le codec C est prévu pour encoder le flux prétraité FX1 à un débit Q mesuré en bits par secondes. Le codec C conserve la valeur de la fréquence, de sorte 20 que l'entête TX2 du flux encodé FX2 contient la fréquence RK de compactage. En outre, le flux encodé comprend une suite dont chacune des images compressées Sl...SN...SZ correspond à une image d'origine respective El ...EN...EZ. 25 Le post-filtre X2 est conçu pour remplacer dans l'entête TX2 du flux encodé FX2, la fréquence de compactage RK par la fréquence de restitution R d'origine. Ainsi, le flux compressé F2 comprend un entête T2 contenant la même 30 fréquence de restitution R que le flux Fi d'origine, et, une suite d'images Si- - 8 - SZ compressées par le codec C, chacune correspondant à une image respective El -EZ du flux d'origine. Le flux encodé FX2 a un débit QX2 égal au débit Q choisi, soit : QX2 = Q. Le flux compressé F2 a un débit réduit Q2 égal au débit choisi divisé par le coefficient de compactage K, soit : Q2 = Q / K De façon surprenante, on constate que la qualité obtenue est nettement améliorée pour un flux compressé avec le procédé selon l'invention (par exemple avec Q = 10 Mbps et un coefficient de compactage K=2, de sorte que le débit réduit du fichier compressé est Q/K = 5Mbps), par rapport à un flux compressé obtenu en compressant le même flux d'origine Fi avec le même codec, mais avec un débit choisi égal au débit réduit (Q = 5Mbps), sans utiliser les filtres Xl, X2 selon l'invention. Ainsi, un procédé selon l'invention permet d'améliorer notablement la qualité de restitution ressentie, sans augmenter la bande passante nécessaire à la transmission du flux, ou, sans augmenter le poids d'un fichier compressé correspondant, proportionnelle au débit réduit (poids compressé = 5 Kbps x Z / N). Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits.

Notamment, un procédé selon l'invention, équivalent à celui précédemment décrit, peut être utilisé pour la compression d'un flux audio.

Claims

REVENDICATIONS: 1. Procédé de compression d'un flux d'origine (F1) en un flux compressé (F2), à l'aide d'un codec (C) prévu pour affecter à un flux 5 compressé par ledit codec (C) un débit d'encodage(Q) mesuré en bits par seconde, ledit débit d'encodage (Q) étant indépendant du nombre (N) d'éléments par seconde ; ledit flux d'origine (F1) comprenant au moins un entête (Ti) et 10 une suite d'éléments (El...EN...EZ) successifs ; ledit entête dudit flux d'origine comprenant une fréquence de restitution (R=N éléments par seconde) pour les éléments de ladite suite (El ... EN ... EZ) ; ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend la fourniture d'un pré- 15 filtre, d'un post-filtre et d'un coefficient de compactage (K) et en ce que : on utilise le pré-filtre (X1) avant le codec, pour remplacer dans l'entête (Ti) du flux d'origine la fréquence de restitution (R) par une fréquence de compactage (RK), puis pour retransmettre le flux ainsi filtré (FX1) audit codec ; puis, 20 - on utilise le post-filtre (X2) pour remplacer, dans l'entête (TX2) d'un flux encodé (FX2) résultant de l'encodage dudit flux préfiltré (FX1) par ledit codec (C), la fréquence de compactage (RK) par la fréquence de restitution (R) ; - ladite fréquence de compression (RK) étant égale au produit 25 (RxK) de la fréquence de restitution (R) par ledit coefficient de compactage (K).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le flux d'origine est issu de la lecture d'un fichier 30 d'origine, par exemple issu du décodage d'un fichier d'origine déjà compressé.- 10 -
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend une étape pour enregistrer le flux compressé (F2) en un fichier compressé.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que débit (Q) est un débit constant.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, 10 caractérisé en ce que débit (Q) est un débit variable.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le coefficient de compactage (K) est un entier strictement supérieur à 1, de préférence égal à 2 ou à 3. 15
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le coefficient de compactage (K) est un nombre décimal.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, 20 caractérisé en ce qu'il est prévu pour s'appliquer à un flux vidéo, chaque élément (E) étant une image unique, la fréquence de restitution (R) étant une fréquence d'affichage pour lesdites images (E).
9. Procédé selon la revendication 8, 25 caractérisé en ce que le codec est prévu pour former des groupes d'images compactées (GOP), les images de chaque groupe comprenant au moins une image référence du type « I », les autres images du groupe pouvant être d'un type parmi les types «B » ou «P ». 30
10. Procédé d'optimisation des flux 3D, caractérisé en ce qu'on utilise un procédé selon l'une des revendications 1 à 9.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est prévu pour s'appliquer à un flux audio, chaque élément (E) étant un échantillon de son et la fréquence de restitution (R) étant 5 la fréquence d'échantillonnage correspondante.
12. Procédé pour fabriquer un fichier global par assemblage de plusieurs séries d'éléments compressées par un procédé selon l'une des revendications 1 à 11, chaque série étant compressée avec un débit et/ou un 10 coefficient de compactage qui lui sont propres.
13. Procédé d'optimisation des performances d'un codec, caractérisé en ce qu'on utilise un procédé selon l'une des revendications 1 à 12.
14. Procédé pour l'encodage d'un flux temps réel ou d'un flux en streaming, caractérisé en ce qu'on utilise un procédé selon l'une des revendications 1 à 13.
15. Système de filtres (X1,X2) pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendication 1 à 14.
16. Programme d'ordinateur pour la mise en oeuvre d'un procédé 25 selon l'une des revendications 1 à 15.
17. Encodeur physique pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 13. 15 20 30