Brevet FR2671208A1 — publié le 19920703

La présente invention concerne un nouveau procédé de quantification destiné à être utilisé dans un système de compres- sion d'image. Dans La compression d'image, on effectue La compression des données rée L Les Lors de L'étape de quantification du processus général Le principe qui est derrière La norme internationale (JPEG) en préparation consiste à transformer La dimension spatiale (données d'éléments d'image, ou pixe Ls) en une série de coeffi- cients de transformation par cosinus discrets à deux dimensions. Ce sont ces coefficients qui sont quantifiés par des moyens logicie Ls ou matériels et qui sont ensuite codés pour donner La compression rée L Le. C'est un but de L'invention de produire un procédé amélioré de quantification destiné à être uti Lisé dans Les techniques de compression d'image Le procédé 1 de quantification améLioré donne une amélioration de La compression de 3 à 6 % (étant donné un certain niveau d'erreur dans Le fichier comprimé) IL est important de noter que ceci est réa Lisé au prix d'un ajout minimal de matérie L et Laisse Le système encore compatible à 100 % avec La norme proposée Grâce à L'utilisation d'une technique d'arrondi, on peut obtenir un gain de compression de 3 à 6 % sans aucune perte de qualité supplémentaire. La description suivante, conçue à titre d'il Lustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; e L Le s'appuie sur Les dessins annexés parmi Lesquels: La figure 1 représente La circulation de données pour un appareil typique de compression d'image; les figures 2 A et 2 B montrent La disposition généra Le de coefficients de transformation qui sont utilisés dans des techniques de compression d'image; La figure 3 illustre Le calcu L de quantification; La figure 4 montre une représentation d'un bloc de pixels; et les figures 5 et 6 montrent les résultats de quantifica- tion d'images test typiques selon L'invention. Sur la figure 1, la circulation des données montre que des éléments d'image, ou pixels, sont introduits par l'extrémité frontale 10 du système Une représentation typique des valeurs des pixels est de 0 à 255 ou de -128 à + 127 La représentation de ces valeurs demande 8 bits de données. Le deuxième étage 20 concerne la transformation Même si la transformation fait intervenir des multiplications et, ou bien, des additions par des facteurs autres que des nombres entiers, le résultat final de la transformation est donné par 64 coefficients de fréquence dont l'étendue va typiquement de -1024 à + 1023. Ceux-ci peuvent être représentés par des nombres à 11 bits Ces nombres sont encore considérés comme des nombres entiers. Le troisième étage 24 (qui est représenté comme possédant une bordure plus sombre) est la partie réellement intéressante. Elle concerne la quantification qui réalise vraiment la compres- sion en réduisant à zéro un grand nombre des composantes de haute fréquence La quantification peut varier selon le coefficient considéré Une expérimentation empirique a montré que l'on pouvait "supprimer" certains coefficients sans qu'il s'ensuive aucun effet négatif sur la qualité de l'image L'opération numérique réelle de la quantification est une division par un facteur de quantification Q Si le résultat est un nombre x (comme représenté sur la figure 3), alors on exprimerait x sous la forme: x = C Q o C est la valeur des coefficients avant la quantification. Alors que les valeurs admissibles pour C se trouvent dans l'intervalle de -1024 à + 1024, et que, pour Q, l'intervalle est de 1 à 512, les valeurs typiques de ces grandeurs sont généralement plus petites La plupart du temps, la division de C par Q conduira à un petit nombre, compris dans l'intervalle de -5 à + 5 Avec de semblables petits nombres, la valeur située à la droite de la virgule peut avoir un effet crucial sur la valeur entière choisie pour x Une simple troncation de la partie située à droite de la virgule ne serait pas acceptable. La norme internationale JPEG proposée propose le schéma suivant pour l'opération d'arrondi de la valeur x. -0,5 La présente invention (que l'on désignera par la quanti- fication "Z") utilise la norme suivante: -0,625 le taux de compression, pour un niveau d'erreur donné, est une amé- lioration de 3 à 6 % La description du codeur va aider à expliquer pourquoi. La figure 2 a montre la disposition générale des 64 coef- ficients de transformation Les valeurs de courant continu "DC" se trouvent dans le coin supérieur gauche, et les 63 coefficients restants de courant alternatif se trouvent dans un ordre de croissance horizontale et verticale de la fréquence lorqu'on se déplace vers le coin inférieur droit. La figure 2 b montre certaines valeurs typiques qui peuvent apparaître pour un bloc de 8 x 8 pixels La norme interna- tionale recommande que le codeur balaye en "zigzag" les coeffi- cients de courant alternatif La raison de cet approche réside en l'allongement des passages de zéros, o on obtient la plus grande compression possible Comme on peut le voir sur cette figure, des " 1 " que l'on appellerait "perturbateurs" (dont l'écriture est renforcée sur la figure 2 b) interrompent souvent d'autre part de longs passages de " O " On peut dire que la valeur située à l'endroit du " 1 " perturbateur valait 0,609 avant l'opération d'arrondi Si l'on utilise la norme JPEG, cette valeur est arrondie à " 1 ". L'invention arrondit la valeur 0,609 à O Avec le système JPEG, les 18 derniers coefficients sont codés sous la forme de dix "D", d'un l"i, puis de sept " O " Avec l'invention, les 18 derniers coefficients sont codés sous la forme d'une suite de dix-huit " O Le résultat global est l'obtention de plus longues suites de " O ", d'o l'appellation de quantification "Z". L'un des gros avantages de ce procédé améLioré de quanti- fication est qu'il reste compatible à 100 % avec la norme opposée. A l'opération finale de décompression du système, le dispositif de décompression n'a pas besoin de savoir si on a utilisé la norme JPEG ou "Z" pendant la quantification. Le choix de la valeur 0,625 pour la quantification "Z" semble être optimal pour plusieurs raisons Ainsi, des valeurs autres que 0,5 pourraient être acceptables pour la quantification "Z" Une valeur plus éLevée, par exemple, 0,75, nuirait probablement aux compressions de débits binaires éLevés, o la précision est essentielle Une valeur inféreure à 0,625 ne produirait probablement qu'un gain de 1 à 2 % par exemple et ne vaudrait pas la peine. Le choix de la valeur 0,625 donne un pourcentage de 3 à 6 % et est facile à mettre en oeuvre par des moyens logiciels ou matériels On va considérer la valeur du calcul x = C/Q, comme représenté sur la figure 3. La valeur x, après arrondi, sera un nombre entier de 11 bits L'opération d'arrondi implique l'examen des bits situés à la droite de la virgule (b à b) L'algorithme JPEG impose -1 d'examiner simplement le bit b 1 pour effectuer l'arrondi: 1 10 si b 1 = et b 10 = O, alors on ajoute 1 à x L'approche de la quantification "Z" selon l'invention demande seulement un algorithme légèrement plus complexe pour l'opération d'arrondi: -1 - 2 -3 10 si b 1 = et (b 2 ou b 3 = 1) et si b 10 = 0, alors on ajoute 1 à x Une logique analogue peut être appliquée aux nombres négatifs. Résultats La transformation par cosinus discrets introduit différents degrés d'erreur en différents endroits du bloc de 8 x 8 pixels A titre de comparaison, on va considérer les données se trouvant aux pixels "A" des coins et les pixels '"B"' du centre La figure 4 est une représentation d'un tel bloc de pixels. Le procédé de quantification "Z" proposé réduit les erreurs partout, mais est particulièrement efficace pour les pixels "A" des coins. Les figures 5 et 6 montrent les résultats d'une image test typique Pour des débits binaires donnés, l'approche de la quantification "Z" se révèle marginalement meilleure que l'approche JPEG pour les pixels du centre (voir la figure 5 et noter qu'un rapport signal-bruit plus élevé équivaut à une erreur moindre). Pour les pixels "B" des coins, la différence est beaucoup plus significative C'est de là que la plus grande partie du gain vient, comme on peut le voir sur la figure 6. Une modification très simple du circuit de quantification du système de compression d'image JPEG doit apporter des gains significatifs sur le rapport de compression (de 3 à 6 %) pour un très faible coût ajouté Le procédé de quantification maintient la pleine compatibilité avec la norme proposée Le choix de la valeur 0,625 semble proche du choix optimal à la fois du point de vue de l'efficacité et de celui de la facilité de mise en oeuvre. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du procédé dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATION Procédé de quantification destiné à être uti Lisé dans La compression d'image, Le procédé étant caractérisé en ce qu'i L comprend Les opérations suivantes: recevoir des pixe Ls d'entrée de b Locs de N x N pixe Ls, transformer Lesdits b Locs de pixe Ls en un format du domaine des fréquences qui conduit à plusieurs coefficients de transformation de fréquence comportant un coefficient de courant continu et plusieurs coefficients de courant alternatif, quantifier Lesdits coefficients de fréquence afin de former un nombre entier à plusieurs bits comportant un bit de p Lus grande signification et comportant au moins 3 bits décimaux, examiner Le premier bit décima L et Le deuxième ou Le troisième bit décima L, examiner Le bit Le p Lus significatif, et ajouter une va Leur Logique '1 " audit nombre entier si Ledit premier bit décima L et Ledit deuxième ou Ledit troisième bit décima L sont un " 1 " Logique et si Le bit Le plus significatif est un "O" Logique.