La compression MPEG

1
La compression MPEG

• A. Quidelleur
• SRC2 Meaux 2008-2009
• Culture Scientifique et Traitement de
  lInformation
• Numérisation des systèmes audio et vidéo

2
Plan

• Rappels sur la vidéo numérique
• Enjeux et principes de la compression vidéo
• Principes de la compression des images basée sur
  la DCT - Compression JPEG (rappels)
• La compression MJPEG
• La compression vidéo MPEG1 - 2
• Etapes de la compression
• Caractéristiques de MPEG1 et MPEG2
• La compression audio MPEG1 - 2
• La compression MPEG4

3
Rappels sur la vidéo numérique
4
Définition spatiale de la TV
Application Définition (lignes lignes affichables)
SDTV 720 pixels 576 lignes
HDTV 1920 pixels 1080 lignes

• Entrelacement les images sont constituées de 2
  trames, affichées successivement à lécran.

5
Les structures déchantillonnage

• Exploitent la plus grande sensibilité de lœil à
  la luminance quà la chrominance

Mesure de Y, Cr et Cb
Mesure de Y uniquement
6
Les autres formats
Format Structure de base Définition temporelle Définition spatiale (en pixels ? lignes affichables)
SIF 422 25 im/s 360288
CIF 422 29,97 im/s 360288
QCIF 422 29,97 im/s 180144
7
Profondeur de codage
Quantification de la luminance (TV num)
Diffusion 8 bits / échantillon
Production 10 bits / échantillon
Quantification de la chrominance (TV num)
8
Multiplexage du flux vidéo
9
Enjeux et principes de la compression vidéo
10
Enjeux

• Occupation spectrale dun signal numérique gtgt
  signal analogique ? problèmes pour
• Le stockage
• La transmission
• Le temps de traitement
• Ex. 1h vidéo non compressée 1Go, 1h TVHD non
  compressée 800 Go
• Or linformation numérique est représentée par
  une succession de  signes . Tous ces signes
  sont-ils indispensables ?
• La théorie de linformation tente dextraire les
  signes pertinents de linformation et
  dabandonner la redondance pour réduire le débit
  ou la capacité de stockage dun signal.

11
Stratégie

• Deux stratégies de réduction de débit
• Sans perte linformation compressée est intègre
  ? données informatiques
• Avec perte après compression, on ne peut
  reconstituer intégralement linformation
  originale ? suffisant pour laudio et la vidéo.
  Meilleure réduction de volume en général.
• La compression avec pertes fragilise
  linformation transmise.
• ? La redondance peut servir à retrouver
  linformation malgré les erreurs. Ex répétition
  du même signe 10 fois ? 9 pertes de signes
  tolérées.
• Après compression, les échantillons successifs ne
  sont plus liés, pas dinterpolation possible ?
  Besoin un code correcteur derreurs.
• Cependant, le gain obtenu par compression est
  toujours supérieur à la redondance introduite par
  le code correcteur derreurs.

12
Rapport de compression (ou taux de compression)

• Noté ?1, ce qui signifie réduction dun facteur
  ?.

13
Application à laudio et la vidéo

• Beaucoup de redondance dans les phénomènes
  naturels (sons et images non synthétisés).
• Vidéo son image
• Dans une vidéo, où se trouve la redondance ?
• Dans le son, redondance temporelle.
• Dans limage, redondance
• spatiale (deux pixels voisins sont généralement
  assez semblables)
• temporelle (peu de différence entre limage N et
  limage N1)
• fréquentielle lénergie dune image est
  concentrée essentiellement dans les basses
  fréquences, tandis que les hautes fréquences
  participent peu au sens.

14
Application à laudio et la vidéo

• Comment compresser une vidéo ?
• En exploitant la redondance de limage TV
• En utilisant des codages plus adaptés, utilisant
  moins de bits
• Où compresser ?
• En environnement studio pour lenregistrement
  et le stockage uniquement. Inutile pour les
  liaisons entre équipements (dautant que
  compressions avec perte/décompression successives
  dégradent la qualité du signal).
• En transmission et en diffusion.

15
Comment compresser une vidéo ?

• Corrélation spatiale Dans une image, il y a
  beaucoup de plages uniformes ? exploité par la
  Transformée en Cosinus Discrète.
• Corrélation temporelle Dune image à la
  suivante, il y a peu de changements on transmet
  uniquement la différence entre images ?
  Compensation de mouvement.
• Redondance subjective On tient compte de
  lacuité visuelle. Les détails fins nont pas
  besoin dêtre codés avec autant de précision que
  les parties essentielles ? Quantification.
• Redondance statistique Certains mots reviennent
  plus fréquemment que dautres ? Codage
  entropique.

16
Principes de la compression des images basée sur
la DCT Compression JPEG (rappels)
17
La compression JPEG

• Voir matière Les images informatiques et leurs
  traitements
• JPEG (Joint Photographic Expert Group) est une
  norme ISO de compression dimages fixes avec
  pertes, standardisée en 1992.
• JPEG prend en compte les failles du systèmes de
  perception humaine, de manière à réduire la
  quantité dinformation de limage qui sera codée.
• Lalgorithme de compression repose sur
• Une transformation mathématique de limage la
  DCT (Discrete Cosine Transform)
• Un codage à longueur variable le codage de
  Huffman
• Formats source
• R, V, B en 444
• Y, R-Y et B-Y en 422

18
La notion de fréquences dans une image

• Une image peut présenter une fréquence spatiale
  horizontale et une fréquence spatiale verticale.
• Pour les signaux temporels, on utilise la
  transformée de Fourier pour passer dans le
  domaine des fréquences.
• Pour les images, on peut, entre autres, passer
  dans le domaine des fréquences par la Transformée
  en Cosinus Discrète (TCD, ou DCT Discrete Cosin
  Transform)

19
La Transformée en Cosinus Discrète dans la norme
JPEG

• La DCT porte sur des blocs de 8?8 pixels.

Image INA Formation
20
La Transformée en Cosinus Discrète dans la norme
JPEG

• La DCT fournit une représentation spectrale
  bidimensionnelle ( H et V) du bloc.
• Le bloc est décomposé en une combinaison linéaire
  de  fonctions  images de base, de la même
  manière que la transformée de Fourier décompose
  un signal temporel en une somme de fonctions
  sinus et cosinus.

DCT
64 coefficients transformés représentant les
différentes composantes fréquentielles présentes
dans le bloc 8?8
DCT-1
Bloc de 64 pixels représentant les échantillons
damplitude
21
La Transformée en Cosinus Discrète dans la norme
JPEG

• Les  fonctions  de base de la DCT sont
  représentées dans le tableau ci-dessous (ici pour
  la composante de luminance si le format dentrée
  est YCrCb).
• Chaque coefficient de la DCT représente la
  contribution de limage située à la même place
  dans la matrice dans la construction de limage.

Exemple Un extrait de la matrice des
coefficients DCT dun bloc de pixel est le
suivant (0 dans toutes les autres cases)
2 1
3


Cela signifie quil faut  superposer  2 images
I0,0, 1 image I1,0 et 3 images I1,0 pour créer le
bloc.
Fonctions de base
22
Calcul des coefficients DCT (à titre indicatif)

• DCT
• DCT-1

Où la fonction C() est définie par
23
Calcul des coefficients DCT un exemple simple

• Pour lexemple, bloc de taille 4?4.
• Calcul sur la luminance Y

Coefficients Y de luminance du bloc
Coefficients DCT correspondants
0
1
2
3
y
v
0
0
10 5 0 0
0 2 1 0
4 0 0 0
0 0 0 0




1
1
?
2
2
3
3
x
u
24
Calcul des coefficients DCT un exemple simple

• Calcul du premier coefficient DCT

5,5
25
Calcul des coefficients DCT un exemple simple

• En répétant la formule pour tous les coefficients
  DCT, on obtient
• En pratique, le calcul est toujours fait par
  ordinateur ou par un circuit électronique dédié
  !!!

v
0
1
2
3
0
5,5 5,38 1,5 -0,07
4,76 4,52 0,69 -0,84
2 2,50 1 -0,49
2,35 3,66 2,96 0,98
1
2
3
u
26
Propriétés de la DCT

• On constate que les coefficients hautes
  fréquences portent les informations de détails de
  limage.
• Ainsi, les blocs des zones homogènes dune image
  ont des coefficients non négligeables en BF, et
  négligeables en HF (exemple 1)
• Seuls les blocs des zones très hétérogènes ont
  des coefficients importants en HF (exemple 2)

Exemple 1
Exemple 2
27
Application à la compression

• Puisque les hautes fréquences portent
  linformation de détail de limage, on va
  diminuer leur valeur, voire lannuler. Cest
  lopération de quantification.
• Limage va être dégradée, mais compte-tenu de
  limperfection de lœil humain, cette dégradation
  sera peu ou pas perceptible (tout dépendra de la
  sévérité de la quantification).

Images INA Formation
28
La quantification

• La norme JPEG fournit des tables, qui permettent
  de retoucher la valeur des coefficients DCT de
  manière à diminuer la valeur de ceux qui
  contribuent le moins au sens de limage.
• Les coefficients de haute fréquence sont les plus
  réduits. Le rapport de compression dépend
  directement de la table utilisée.

29
Quantification
Image INA Formation

• Des tables de quantification sont définies pour
  chaque composante (Y, Cr et Cb).
• La quantification est moins sévère pour la
  luminance car lœil y est plus sensible.

30
Illustration de leffet de la quantification
Images INA Formation
31
Illustration de leffet de la quantification
Images INA Formation
32
Illustration de leffet de la quantification
Conservation dun unique coefficient la
composante continue (DC)
Image INA Formation

• A retenir Un codeur peut travailler
• À taux de réduction constant (au détriment de la
  qualité)
• A qualité constante la performance du codeur en
  matière de taux de réduction risque dêtre
  médiocre.
• Ne pas oublier que la nature de limage
  intervient sur lefficacité de la compression !
  Une image simple peut être de bonne qualité avec
  un fort taux de réduction. Pour ce même taux, une
  image complexe sera certainement de piètre
  qualité

33
Le codage

• Les coefficients de la DCT sont balayés en
  zig-zag, des basses fréquences vers les hautes
  fréquences.
• Les suites de 0 sont transmises sous forme
  condensée couple (nb de  0  précédant le
  coeff non nul, coeff).
• Dans lexemple 0 60 0 29 0 16 0 41 0 26 0 23 4
  10 2 7 0 15
• Puis codage à longueur variable les valeurs les
  plus courantes sont codées par un mot court, les
  valeur les plus rares sont codées par un code
  long. (Principe du code Morse, ex.  e  . et
   q  --.-).
• Cest le code de Huffman qui est employé

34
Pour résumer algorithme de compression JPEG

• Décomposition en blocs de 8?8 pixels par
  composante.
• Passage du domaine spatial au domaine fréquentiel
  par DCT.
• Quantification et seuillage des coefficients DCT.
• Balayage en zig-zag.
• Codage entropique

35
Synoptiques fonctionnels dun codeur et dun
décodeur JPEG
36
La compression MJPEG
37
MJEPG

• Moving JPEG (MJPEG) nest pas une norme !! Cest
  un algorithme propriétaire, donc inadaptable dun
  appareil à lautre.
• MJPEG permet de compresser les images successives
  dune vidéo comme si celles-ci étaient chacune
  une photo.
• Origine Le montage dimages compressées
  dépendantes les unes des autres est difficile car
  il y a rupture de la séquence. Les monteurs ont
  appliqué la compression JPEG individuellement aux
  photogrammes constituant une vidéo ?  MJPEG .

38
Fonctionnalités dun codeur MJPEG

• Afin de garder un débit constant, le signal est
  stocké dans une mémoire tampon.
• Lorsque la mémoire déborde (par exemple, car
  images complexes donc DCT large) on
  sous-quantifie les prochaines images en changeant
  de table de quantification, voire on supprime
  certaines images.
• Les tables utilisées sont celles normalisées dans
  MPEG.

39
La compression vidéo MPEG 1-2

• Etapes de la compression
• Spécificités des normes MPEG1 et MPEG2

40
Principe de la compression MPEG

• La compression repose sur la transformation DCT
  de limage, comme dans JPEG.
• Lalgorithme part du principe que deux images
  successives dans une vidéo se ressemblent ? on
  peut alors transmettre uniquement les
  informations qui ont changé entre les deux
  images.
• Ainsi, les images dune vidéo peuvent être codées
  de deux manières
• En intra cest-à-dire, comme une photographie
  indépendante des autres images de la vidéo, selon
  un algorithme identique à celui de JPEG.
• En prédiction on ne transmet que les
  différences (compressées) entre limage courante
  et limage intra la précédant (ou la suivant).

41
La compression MPEG

• Mesure de la différence entre deux images
  successives
• Image S1 codée en intra.
• Calcul pour chaque bloc de 8?8 pixels lerreur ?
  S2-S1. ? est une matrice de 8?8 valeurs.
• Si les deux images se ressemblent, les
  coefficients de la matrice sont proches.
• Calcul de la DCT de la matrice ?.
• Si les deux images se ressemblent, les
  coefficients basse fréquence de la matrice ? sont
  plus importants que les coefficients haute
  fréquence.
• Donc on peut les quantifier efficacement (i.e.
  sans perdre trop dinformation).
• Au lieu de transmettre limage S2, on transmet la
  matrice des coefficients DCT de ? quantifiés, qui
  est bien moins volumineuse.

42
La compression MPEG

• Estimation du mouvement subi par les blocs
• Compensation de mouvement
• Si beaucoup de mouvement,
• S2 est très différente de S1
• Les coefficients de la matrice ? sont très
  différentes
• Les coefficients DCT haute fréquence de ? sont
  non négligeables on ne peut pas les quantifier
  sans dégradation importante.
• ? Le codeur va estimer le déplacement du bloc
  dans limage.
• Le codeur ouvre une fenêtre de recherche dans S1
  autour du bloc de référence.
• Il balaie la fenêtre et calcule ? pour chaque
  bloc rencontré dans la fenêtre lerreur
  (opération de block matching).
• Le bloc de S1 qui minimise lerreur est retenu.
• Le codeur transmet
• Les coefficients DCT quantifiés de la matrice
  derreur
• Le vecteur de mouvement du bloc.

43
Illustration de la Forward Prediction
Image INA Formation
44
Illustration de la compensation de mouvement
En réalité, on ne transmet pas un vecteur de
mouvement pour chaque bloc, mais pour chaque
macro-bloc 4 blocs adjacents.
45
Les types dimages dune séquence codée en MPEG

• Dans une même séquence vidéo, trois types de
  codage des images
• Image I en Intra
• Image P (prédite, forward prediction ) par
  rapport à une image passée
• Image B (bidirectionnelle, forward prediction et
  backward prediction) par rapport à une image
  passée et une image future. Le codeur transmet la
  moyenne des erreurs et transmet les 2 vecteurs.
• Le codeur choisit le mode de prédiction le plus
  rentable.
• A lintérieur dune image P macroblocs I ou P.
• A lintérieur dune image B macroblocs I, P ou
  B.
• En moyenne, pour un même contenu,
• volume(P) volume(I) / 2
• volume(B) volume(I) / 4
• Mais dépend de lalgorithme utilisé par le
  constructeur.

46
Le GOP

• Le GOP (Group Of Picture) définit lenchaînement
  des images I, P et B dans le flux vidéo.
• Le GOP commence toujours par une image I.
• On note GOP(M,N), où M est la distance entre deux
  images P et N la distance entre deux images I.
• Question Un monteur peut-il travailler sur des
  vidéos dont les GOP sont représentés ci-dessous ?

47
Réarrangement du GOP

• Si lenchaînement des images contient des images
  B, le codage et décodage ne peuvent être
  effectués dans lordre darrivée de la séquence
  réarrangement préalable des images.

48
Synoptique du codeur MPEG
49
La compression vidéo MPEG 1-2

• Etapes de la compression
• Spécificités des normes MPEG1 et MPEG2

50
Paramètres des normes MPEG

• Structure déchantillonnage
• En théorie, un algorithme de compression MPEG
  accepte nimporte quel format en entrée (422,
  420, SIF, SDTV, HDTV, ).
• La restriction se fait au niveau des profils
  (recommandations) décrits dans les normes.

51
Paramètres des normes MPEG
Codage en mode image

• Gestion de lentrelacement
• Dans un signal vidéo entrelacé, on peut créer les
  macroblocs en mode image ou en mode trame.
• ? Image avec mouvement Mode trame préférable
  car les trames sont peu cohérentes entre elles
• ? Image sans mouvement Mode image plus efficace
  car les trames sont fortement corrélées

Codage en mode trame
52
La norme MPEG1

• Application lenregistrement
• CD-ROM, disques optiques
• VCD (magnétoscope numérique en Chine)
• Utilisée par la TV numérique aux USA en attendant
  la mise au point du MPEG2
• Débit
• Comprime des images animées son stéréo avec un
  débit de 1.5Mbit/s
• Format dentrée en général, format SIF
• Performances réduites pour un signal entrelacé
  (ex. signal TV)
• MPEG1 définit
• 3 types dimages I, P, B
• 2 paramètres GOP(M, N)

53
La norme MPEG2

• Le norme MPEG2 a été mise au point pour le
  stockage et la diffusion de la vidéo numérique.
• Cest la norme de compression utilisée dans la
  télévision numérique terrestre (TNT ou DVB-T).
• A amélioré MPEG1
• En tenant compte de lentrelacement
• En rajoutant des outils de gestion des erreurs de
  transmission
• Formats dentrée acceptés
• 422, 420, 444
• EDTV, HDTV, futurs formats super HDTV
• RVB et composantes
• Formats informatiques
• Balayage entrelacé ou progressif à lintérieur
  dune même image, le codeur peut choisir de
  traiter des blocs trame à trame ou en
  désentrelacé.

54
La norme MPEG2

• Sadapte à diverses qualités dimages en
  télévision
• 2Mbit/s qualité comparable au VHS
• 3 à 5 Mbit/s qualité comparable au PAL
• 8 à 10 Mbit/s qualité comparable au 422
• Définit
• 4 niveaux (définition des paramètres utilisés)
• 6 profils (applications dédiées)
• 3 types dimages I, P, B
• 2 paramètres M et N
• La donnée dun couple profil/niveau garantit
  linteropérabilité des équipements.

55
Profils et niveaux de la norme MPEG2
Difficulté technique croissante
CODEC bas coût
TV numérique
Studio
Qualité croissante
56
Scalabilité de la norme MPEG2

• La qualité et la résolution sont adaptables au
  mode de transmission vidéo. Entre autres
• Scalabilité SNR (Signal to Noise Ratio)
• Si le support de transmission est peu robuste, on
  peut dégrader la qualité de la vidéo et augmenter
  sa résistance au bruit (en gardant le même
  débit).
• Scalabilité spatiale
• En attendant la migration des postes de TV de la
  SDTV à la HDTV, transmission simultanée des 2
  qualités
• ? MPEG2 exploite la redondance entre le signal
  basse définition et le signal haute définition
  pour réduire la quantité dinformation transmise.

57
Application La chaîne de diffusion de la
télévision numérique
58
La compression audio MPEG1 - 2

• Propriétés psycho-acoustiques exploitables pour
  la compression
• Les compressions audio MPEG 1 et 2

59
Le codage perceptuel

• Comme la compression vidéo MPEG utilise les
  failles de la vision humaine, la compression
  audio MPEG exploite les propriétés de laudition
  humaine.
• Compression de limage ne coder que
  linformation indispensable, dans la mesure où
  lœil est un capteur imparfait.
• ? Compression du son ne coder que
  linformation indispensable, dans la mesure où
  loreille est un capteur imparfait.

60
Courbe de sensibilité de loreille humaine

• A une fréquence donnée, notre oreille ne peut
  percevoir un son quà condition que son niveau de
  pression acoustique soit supérieur à un seuil. Le
  seuil est différent pour chaque fréquence de la
  bande audible.

• Courbe de sensibilité de loreille dans un
  environnement calme

seuil
61
Le masquage fréquentiel

• Sous leffet dune excitation, le seuil
  daudibilité minimum est amplifié au voisinage de
  la fréquence du son.
• Par conséquence, un autre son de fréquence
  proche, émis en même temps, peut être inaudible.

80
Pression acoustique (dB)
60
Son  masqueur 
40
Son  masqué 
20
Seuil en environnement calme
Déformation de la courbe seuil de masquage
0
f(Hz)
20
200
2000
20000
1000
5000
500
100
50
10000
62
Exploitation du masquage en fréquence pour la
compression

• On ne code pas les sons masqués (inaudibles)
• On adapte la profondeur de codage nombre de
  bits minimal pour que N lt seuil daudibilité.

63
Exploitation du masquage fréquentiel par les
normes MPEG1 et 2

• Le spectre audible est divisé en 32 sous-bandes.
• Pour chaque sous-bande, on détermine la fréquence
  dominante et on en déduit la nouvelle courbe de
  seuil daudibilité (à laide de modèles
  psycho-acoustiques).
• Ces modèles sont sauvegardés dans la ROM des
  codeurs.
• Dans chaque sous-bande, le codeur choisit le pas
  de quantification adapté au niveau du seuil
  daudibilité.
• Le flux numérique contient les valeurs du pas de
  quantification de chaque sous-bande pour que le
  décodage soit possible.

64
Le masquage temporel

• Loreille nentend pas un son sil est produit
  dans un court délai avant ou après un son de même
  fréquence de plus grande amplitude.
• ? On ne code pas les sons masqués temporellement.

65
Le masquage de canal

• Loreille humaine est incapable de détecter la
  provenance dun son sil a une fréquence trop
  basse.
• ? Coder en mono les sons basse fréquence.

66
La compression audio MPEG

• Propriétés psycho-acoustiques exploitables pour
  la compression
• Les compressions audio MPEG 1 et 2

67
La compression audio MPEG1

• Fréquences déchantillonnage 32 à 48 kHz
• Débits 32 à 384 kbit/s
• Trois niveaux (layers) sont définis

Niveau Technique Utilisation - Performances
Niveau 1 Masquage fréquentiel Qualité CD
Niveau 2 Masquage fréquentiel Masquage temporel Qualité CD Utilisé dans le DVB-S
Niveau 3 Masquage fréquentiel avec largeur des sous-bandes adaptée Masquage temporel Codage entropique Exploitation de la cohérence entre les voies stéréo  MP3 
68
La compression audio MPEG2

• Fréquences déchantillonnage 16 à 48 kHz
• Débits 8 à 384 kbit/s
• Elle reprend lessentiel de la norme MPEG1 audio.
• Gère les signaux multicanaux jusquà 5 voies

69
La compression MPEG4

• Lapproche objet
• Le codage de la vidéo
• Lintégration de la 3D
• Le codage des images de synthèse
• La norme MPEG4 audio
• La description de scène
• Profils et niveaux

70
Lapproche objet

• Nouveauté majeure découpe des scènes en
   objets 
• Intérêt MPEG4 se veut une norme de compression
• pour les applications multimédia,
• supportée sur nimporte quel type de support (?
  émergence récente de la mobilité)
• et gérant linteractivité (possibilité de
  modifier la composition dune scène et les objets
  dans le flux numérique sans avoir à les décoder)

71
Codage de la vidéo le plan alpha

• Un objet est décrit par
• Ses composantes Y, Cr, Cb codées comme en MPEG
  1 et 2 (sauf images fixes, cf. supra)
• Un plan alpha
• Codé en binaire 1 à lintérieur de lobjet, 0
  ailleurs
• Ou codé sur 8 bits définit en plus des niveaux
  de transparence

72
Codage de la vidéo le plan alpha

• Codage dun plan alpha binaire technique du
  codage de contour
• Lobjet est découpé en blocs 16?16 pixels
• Plusieurs (7) types de BAB (Bloc Alpha Binaire)
  sont définis par la norme, en fonction du
  mouvement et de la  déformation  subis dans la
  scène
• Le codage de chaque type de BAB est défini par la
  norme Intra, ou Inter avec compensation de
  mouvement
• Chaque bloc de lobjet est donc codé suivant son
  BAB
• Codage dun plan alpha sur 8 bits
• Composante binaire par technique de codage de
  contour
• Les niveau de gris des blocs intérieurs (
  niveaux de transparence) sont ensuite codés par
  DCT.

73
Codage dune vidéo les sprites

• Sprite  une grande image composée de tous les
  pixels dun objet donné visibles à un moment ou
  un autre de la séquence
• Ex. un sprite dobjet fond une vue
  panoramique dun paysage sans les personnages
  passant au premier plan
• Cest une image fixe elle est codée par DCT en
  Intra et émise au début du flux MPEG.
• Intérêt
• Economie de bits
• Manipulations intéressantes sur la vidéo

74
Lintégration de la 3D

• Pour habillage des structures 3D par des images
  naturelles (fixes), MPEG4 utilise la technique de
  compression par ondelettes, plus efficace que la
  DCT.
• La compression par ondelettes consiste en une
  analyse multi-résolution de limage.

75
La compression par ondelettes

• Réduction de la résolution de limage par
  décimation
• Séparation des détails horizontaux, verticaux, et
  bidimensionnels par filtrage

Image originale décimée (smooth) 1 point sur 4
Transformée par ondelettes
Hautes fréquences horizontales
Hautes fréquences verticales
Hautes fréquences bidimensionnelles
Image originale
4 petites images (dimension/2) Les 3 images de
détail contiennent les informations perdues par
la décimation
A ce niveau, pas de pertes
76
La compression par ondelettes

• On peut réitérer lopération sur limage décimée
  (smooth) plusieurs fois analyse
   multicouches .
• Limage smooth est plus petite à chaque couche
  moins dinformations à coder
• On peut quantifier les images de détails et leur
  appliquer un codage entropique.

• Intérêt pour la 3D le multicouche permet
  dadapter le rendu des détails à la distance de
  visualisation (position de lutilisateur dans
  lenvironnement 3D).

77
Le codage des images de synthèse

• La norme inclut des algorithmes permettant la
  description des visage et leur animation.
• Elle permet aussi la construction dobjets par
  treillis actifs
• Les objets sont décrits par un treillis
  triangulaire
• Le décodeur calcule lévolution de la texture
  dune scène à lautre pour chaque triangle par
  interpolation

Un treillis
78
La norme MPEG4 audio

• Codage des sons naturels
• Débits de 2 à 64 kbit/s
• La norme na pas pu proposer 1 seul algorithme
  pour tous les types de sons (musique, parole,
  etc. )
• ? Elle inclut plusieurs standards de codage,
  adapté à chaque type de signal sonore
• Les algorithmes proposés dans la norme MPEG2
  audio sont notamment repris.
• Synthèse de sons la norme inclut plusieurs
  algorithmes de génération de sons (pluie, bruits
  de pas, instruments de musique).

79
Description de scènes

• Les scènes sont organisées sous forme dune
  structure hiérarchique dobjets.
• La norme inclut un standard de description de la
  scène en flux binaire BIFS (Binary Format for
  Scene Description).
• Elle permet lutilisation du VRML (langage de
  modélisation de la réalité virtuelle) pour
  permettre linterface de la 3D et de la vidéo.

80
Description de scène un exemple
81
Profils et niveaux MPEG4

• 5 profils
• Profils visuels codage visuel des données
  naturelles, synthétiques ou hybrides
• Profils audio nombre doutils implémentés et le
  débit visé
• Profils graphiques éléments graphiques et
  textuels utilisables dans une scène
• Profils de descripteurs de scène types
  dinformations pouvant constituer une scène MPEG4
  (audio, 2D, 3D)
• Profils de descripteurs dobjets outils
  disponibles pour décrire un objet (descripteur
  dobjet, synchronisation, information sur le
  contenu des objets)

82
Profils et niveaux MPEG4
83
Bibliographie

•  Compression Numérique JPEG, DV, MPEG ,
  support de cours, INA Formation, mars 2003
•  Compression MPEG-1 à MPEG-4 , E. Fert, S.
  Jeannin, Techniques de lIngénieur - Traité
  Télécommunications
•  Compression des images nouveaux besoins,
  nouvelles technologies , support de cours, J.
  Weiss, Supelec, 2000