Considération des dépendances pour l'optimisation débit-distortion globale : application à HEVC

Dependencies consideration for Gobal Rate-Distortion Optimization : application to HEVC

• Auteur / Autrice : Maxime Bichon
• Direction : Luce Morin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal, Image, Vision
• Date : Soutenance le 01/03/2019
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Telefonaktiebolaget LM Ericsson
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Christine Guillemot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luce Morin, Christine Guillemot, Marco Cagnazzo, Mathias Wien, Frédéric Dufaux, Ce Zhu, Wassim Hamidouche, Julien Le Tanou
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marco Cagnazzo, Mathias Wien

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitement du signal -- Techniques numériques

Taux de distorsion, Théorie du

Compression vidéo

Codage

Mots clés libres

Compression vidéo

Dépendances de codage

Optimiation débit-distorsion globale

HEVC

Video Compression

Coding Dependencies

Global Rate-Distortion Optimization

HEVC

Résumé

La compression vidéo est critique pour le déploiement de nouvelles technologies vidéo, telles que l'ultra haute définition (UHD) oule débit d'images élevé (HFR). De nouvelles normes sont périodiquement conçues afin de répondre au besoin d'une meilleure efficacité de codage vidéo. Une nouvelle norme introduit généralement de nouveaux outils de compression qui permettent d’accroitre les capacités de la norme précédente. Cependant,une norme spécifie uniquement le processus de décodage. Pour s’assurer une compression optimale, il est nécessaire d’optimiser l’utilisation de ces outils et donc de l’encodage. Alors que de nombreux encodeurs sont basés sur l'optimisation indépendante des paramètres de codage, ce qui conduit à une succession d’optimums locaux, cette thèse adresse l'optimisation jointe de ces paramètres afin d’atteindre une efficacité globale.Tout d'abord, nous fournissons une description exhaustive des dépendances qui lient les paramètres de codage au sein de la dernière norme de compression vidéo publiée: HEVC.Ensuite, nous estimons les possibilités, en termes d'efficacité de codage, d'optimiser plusieurs paramètres de codage jointement et exhaustivement, dans le cas de codage Intraimage.Enfin, nous proposons de modéliser la propagation de la distorsion temporelle entre blocs de pixels, introduite par la prédiction temporelle. A partir d’un modèle mathématique simplifié, nous pouvons obtenir une solution analytique qui définit le quantificateur optimal pour chaque bloc de pixels. Les quantificateurs optimaux permettent d'atteindre une efficacité de codage élevée, pour une séquence de plusieurs images, du point de vue de l'optimisation débit-distorsion.

Video compression remains one ofthe key challenges for the deployment of newvideo technologies, such as Ultra High Definition(UHD) or High Frame Rate (HFR).Requirements for better coding efficiency are periodically answered by the release of newstandards, introducing additional coding toolswith coding capabilities beyond previousstandards. However, encoding optimization isnecessary for guaranteeing that an encoder canprovide the best efficiency in the scope of astandard. Many encoders are based onindependent optimization of coding parameters,which leads to successive local optima. In thisthesis, the emphasis is put on parameters jointoptimization to achieve global optimum.First, we provide an exhaustive description ofcoding parameters dependencies related to thelatest released video coding standard, HEVC.Then, we try to estimate the opportunities, interms of coding efficiency, to exhaustively andjointly optimize multiple coding parameters, inthe use case of Intra-picture coding. Finally, wepropose to model the temporal distortionpropagation between blocks of pixels,introduced by the Inter-frame prediction. Basedon a simplified mathematical model, we candraw an analytical solution that sets the optimalquantizer for each block of pixels. Optimalquantizers allow achieving high codingefficiency, in a sequence of frames, from arate-distortion optimization standpoint.