Brevet FR2701186A1 — publié le 19940805

SYSTEME POUR COMPRIMER ET DECOMPRIMER DES DONNEES NUME- RIQUES D'IMAGES. La présente invention concerne d'une f açon générale un système de traitement de données d'images et, plus parti- culièrement, un appareil pour comprimer et décomprimer les données numériques d'images ayant la possibilité de réduire, au minimum la dégradation de la qualité de l'image. Pour comprimer les données numériques d'images, il est courant d'employer des procédés utilisant les caractéris- tiques statistiques de l'image et les procédés les plus employés sont la Transformée Discrète en Cosinus (DCT) ou la Transformée Discrète en Sinus (DST) qui transforment les données d'images d'un domaine spatial en domaine de fréquence et éliminent ensuite la redondance des données dans le domaine de fréquence Les procédés ci-dessus de compactage des données sont couramment adoptés dans le domaine des données numériques d'images car ils ont la propriété de pouvoir concentrer les composants critiques de l'image. Le schéma d'un dispositif classique de compression et de décompression de données d'images peut être réalisé selon la description suivante, donnée à titre d'exemple, en référence à la figure 1 des dessins annexés Sur cette figure, la structure d'un dispositif classique de com- pression et de décompression des données d'images est présentée sous forme d'un schéma de principe. Le procédé de compression est effectué par un compresseur 3 de manière à ce que le compresseur lise les données d'images gardées dans une première mémoire de blocs 2, et transforme les données d'images chargées du domaine spatial au domaine de fréquence au moyen de la technique DCT indiquée ci-dessus Dans ce cas, les données d'images d'entrée sont fournies par une première mémoire vidéo 1 et sont stockées dans la mémoire de blocs sous forme de blocs de 8 x 8 Le compresseur 3 effectue alors une compression de blocs en fonction des caractéristiques statistiques de l'image Il est bien connu dans ce domaine de comprimer les données à l'aide du procédé de quantification. Les données d'images comprimées du type ci-dessus sont transmises par un émetteur 4 accouplé au compresseur 3 vers un récepteur 5 sur une voie de transmission Le récepteur 5 délivre les données d'images comprimées à un décompresseur 6. La décompression est effectuée dans le décompresseur 6, de manière à ce que les données comprimées d'images soient transformées en données de l'image d'origine sous forme de blocs de 8 x 8, et les données décomprimées sont délivrées à une seconde mémoire de blocs 7. Au cours de la compression des données d'images comme indiqué ci-dessus, si la quantification est effectuée avec un faible taux de compression, le procédé DCT n'entraîne aucune distorsion des données due à la compression après transformation des données d'images du domaine spatial au domaine de fréquence Toutefois, si le niveau de quantification augmente pour renforcer le taux de compression, l'image présentera les distorsions à sa 2 - limite ou sur son contour, et en particulier dans le cas d'une image en couleurs, les couleurs apparaîtront brouillées sur l'écran. De plus, étant donné que la quantification des blocs a été effectuée sur une trame d'image, il est nécessaire que la quantification soit effectuée zone par zone, même dans la région o les segments ou composants d'images présentent relativement peu de variations, c'est-à- dire dans les "zones simples" En conséquence, cette phase entraîne des opérations inutiles à la compression et abaisse le rendement de la compression. La présente invention a pour objet de résoudre les problèmes ci- dessus ainsi que d'autres problèmes, et de proposer un appareil de compression et de décompression de données numériques d'images capable de réduire au maximum la dégradation de la qualité de l'image et d'augmenter le rendement de compression. En vue de réaliser cet objet, l'invention consiste en un système de traitement des données d'images qui comprend une mémoire vidéo pour stocker les données d'images d'une seule trame et un appareil pour comprimer et décomprimer les données d'images afin d'envoyer et de recevoir les données comprimées au moyen d'un émetteur et d'un récep- teur par l'intermédiaire d'un canal de transmission, le moyen de compression et de décompression des données d'images comportant une première mémoire de blocs pour stocker par bloc les données d'images en provenance de la mémoire vidéo unitaire prédéterminée; un dispositif de partage des blocs pour diviser lesdites données d'images délivrées par ladite première mémoire de blocs en un nombre prédéterminé de sous- blocs en fonction de la forme ou de la complexité de l'image; un premier commutateur pour modifier la voie de transfert des données si les données d'images délivrées par ledit diviseur de blocs sont des données qui correspondent à une image sensible- 3 - ment complexe; un premier et un second compresseurs pour comprimer les données d'images traversant ledit premier compresseur respectivement en adoptant différents procé- dés de compression, et pour traiter les données compri- mées au moyen dudit émetteur; un générateur d'information supplémentaire pour délivrer des données d'information qui indiquent si lesdites données d'images partagées en sous-blocs ont été comprimées par ledit premier compresseur ou par ledit second compresseur; un second commutateur pour modifier la voie de transfert des données desdites données d'images comprimées selon les informations desdites données supplémentaires reçues par ledit récepteur; un premier et un second décompresseurs pour rétablir lesdites données d'images comprimées traversant ledit second commutateur en adoptant diffé- rents procédés de décompression correspondant respective- ment auxdits procédés de compression différents; un mélangeur de blocs pour composer les pixels prédéterminés des sous-blocs délivrés successivement par le premier décompresseur ou le second décompresseur afin de rétablir l'image d'origine des blocs unitaires prédéterminés; et une seconde mémoire de blocs pour stocker lesdites données rétablies de l'image d'origine sous forme de blocs prédéterminés délivrés par ledit mélangeur de blocs et pour enregistrer dans la mémoire vidéo lesdites données d'images d'origine rétablies. En outre, le diviseur de blocs définit le degré de complexité de l'image en additionnant les valeurs des données des pixels correspondant audit nombre prédéter- miné de sous-blocs et adapte une structure arborescente de quadruple données d'images pour stocker les informa- tiôns associées à la division suivante desdits blocs en fonction dudit degré de complexité de l'image. De préférence, les données d'information formées dans le générateur d'informations supplémentaires comportent un flux de bits destinés à représenter chaque donnée de bloc 4 - segmenté résultant du partage effectué par le diviseur de blocs. D'autres objets et avantages ainsi qu'un exposé plus complet de l'invention apparaîtront d'après l'explication suivante d'une forme de réalisation donnée à titre d'exemple en considérant les dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est un schéma de principe pour illustrer la structure d'un dispositif de compression et de décompression de données selon la technique antérieure; La figure 2 est un schéma de principe qui représente un dispositif de compression et de décompression de données d'images selon la forme de réalisation préférée de l'invention; La figure 3 est un exemple qui représente une image partagée en seize sous-blocs ou segments qui constituent des blocs 32 x 32 d'une trame d'image; La figure 4 est un schéma arborescent d'une configuration de données d'images qui corres- pond aux données d'images de la figure 3; La figure 5 est une représentation qui permet d'expliquer le procédé de compression corres- pondant à une variation relativement faible des données d'images de 8 x 8 sous-blocs; et Les figures 6 (a) et (b) représentent respecti- vement une image et l'image segmentée corres- pondante qui tient compte de la complexité des segments de l'image d'origine. - D'après la figure 2, on peut voir une forme de réalisa- tion préférée de l'invention sous forme d'un schéma de principe En particulier, le dispositif présenté à l'intérieur du trait interrompu 100 constitue l'élément caractéristique de l'invention Ce montage permet de diviser une trame d' image venant de la mémoire vidéo en une pluralité de segments prédéfinis et de les comprimer ensuite selon la configuration des données d'images de chaque segment en utilisant un procédé de segmentation et de compression de blocs Il est également possible de rétablir les données de l'image d'origine à partir des données ainsi comprimées, reçues par la ligne de transmission associée qui fait partie de ce dispositif. Le dispositif ci-dessus comprend une première mémoire de blocs 101 et une seconde mémoire de blocs 111, de la même manière que sur la figure 1, qui sont incorporées respec- tivement dans une première mémoire vidéo 1 et une seconde mémoire vidéo 8 Chacune des mémoires de blocs 101 et 111 stocke des données de trames d'images sous forme de blocs de 32 x 32. Un premier diviseur de blocs 102 associé à la première mémoire de blocs 101 détermine si les données d'images appartiennent à une "zone complexe" qui subit d'importants changements de valeurs des données concer- nant la forme de l'image ou si elles correspondent à une "zone simple", qui présente une variation relativement faible des données d'images et qui partage les données de la trame d'image en un nombre prédéterminé de sous-blocs en fonction de la forme ou de la complexité de l'image. Dans cette forme de réalisation, le diviseur de blocs 102 partage à nouveau les blocs 32 x 32 des données d'images en sous-blocs 16 x 16 ou 8 x 8 et forme ainsi une structure arborescente quadruple. Après le diviseur de blocs 102, se trouve un premier commutateur 104 destiné à modifier la voie de transfert 6 - 7 - des données selon que les données d'images délivrées par le diviseur de blocs 102 est celui qui correspond à l'image complexe La voie de transfert des données comprend deux commutateurs SW 1 et SW 2 placés à une extré- mité avant et à une extrémité arrière du compresseur selon l'invention. Le compresseur de l'invention comprend deux compresseurs 104 et 105 configurés de manière à ce qu'un premier compresseur 104 traite les données d'images qui corres- pondent à la "zone complexe" et un second compresseur 105 qui correspond à la "zone simple". Il existe également un générateur d'informations supplé- mentaires 106 qui délivre des données d'informations indiquant si les données de l'image partagée en sous- blocs venant du diviseur de blocs 102 sont comprimées par le premier compresseur 101 ou par le second compresseur Les données d'informations supplémentaires produites sont fournies à l'émetteur 4. La voie de transfert des données conduit à l'émetteur 4 de la même manière que dans la forme de la technique antérieure Ainsi, l'émetteur 4 reçoit les données de blocs d'image comprimées par l'intermédiaire du premier compresseur 104 ou du second compresseur 105 ainsi que des informations supplémentaires indiquant si les données de l'image partagée en sous-blocs venant du diviseur de blocs 102 sont comprimées par le premier compresseur 104 ou par le second compresseur 105 L'émetteur 4 transfère également les données comprimées ci-dessus, en même temps que les informations supplémentaires, vers le récepteur , en passant par une ligne ou voie de transmission. Le récepteur 5 est associé à un second commutateur 107 de l'invention et délivre les données comprimées ainsi que les informations supplémentaires reçues par la ligne ou la voie de transmission Le second commutateur 107 commute le chemin de transfert des données d'images comprimées en fonction des informations contenues dans les données supplémentaires reçues. Le chemin de transfert des données comprend un premier décompresseur 108 et un second décompresseur 109 pour rétablir les données d'images comprimées reçues de l'émetteur 4 Le second commutateur 107 est configuré de façon à commuter le chemin de transfert des données vers le premier décompresseur 108, si le commutateur 107 reconnaît que les données reçues ont été comprimées dans le premier compresseur ci- dessus 104, et vers le second décompresseur 109, si les données ont été comprimées dans le second compresseur 105. Le chemin de transfert des données conduit finalement à un mélangeur de blocs 110 qui compose les pixels de sous- blocs 16 x 16 ou 8 x 8, lesquels sont rétablis à leur forme d'origine par le premier décompresseur 108 ou le second décompresseur 109, et le mélangeur de blocs 110 délivre les données rétablies résultant de l'image en blocs de 32 x 32, successivement, à une seconde mémoire de blocs 111. Dans la forme de réalisation décrite ci-dessus, un procédé de jugement d'affinité est utilisé pour le procédé de division des blocs De même, la structure arborescente quadruple, mentionnée ci-dessus, sert au transfert des données de blocs segmentés En outre, le premier compresseur 104 est capable de comprimer les données des blocs segmentés en utilisant le procédé DCT bien connu et par quantification, et le second compres- seur 105 utilise une duplication de pixels au moyen d'un procédé de valeur représentative Le premier et le second décompresseurs 108, 109 et le mélangeur de blocs 110 sont configurés de manière à ce que les procédés mis en oeuvre, soient ceux des premier et second compresseurs 104 et 105 mentionnés ci-dessus. 8 - Le principe de fonctionnement et l'effet de l'invention apparaîtront d'après la description suivante. Les données d'une seule trame d'image mémorisées dans la première mémoire vidéo 1 sont lues dans la première mémoire 101 de blocs de 32 x 32 en vue d'être comprimées. Les données de blocs chargées dans la première mémoire de blocs 101 sont délivrées au diviseur de blocs 102 qui détermine l'état de l'image et partage la trame d'image en une pluralité de sous-blocs 8 x 8 dans l'ensemble Par exemple, comme indiqué sur le dessin annexé de la figure 3, si les segments limites d'une trame d'image sont déli- mités, comme indiqué dans la partie hachurée, le diviseur de blocs 102 peut adapter chacun des segments de 8 x 8 ou des sous-blocs numérotés de 1 à 16 aux équations suivantes: M= EE x (i,j) ( 1) i j Mk =E E xk (p,q) ( 2) p q o M désigne la somme des données de pixels du niveau Ll le plus élevé (données d'un bloc de 32 x 32) parmi les données des noeuds respectifs qui constituent la struc- ture arborescente quadruple représentée sur la figure 4, et Mk désigne la somme des données de pixels pour le niveau L 2 (données de sous-blocs 16 x 16) qui correspondent aux noeuds dérivés du niveau le plus élevé Ll En outre, x(i, j) représente les coordonnées du bloc de niveau le plus élevé et xk (p, q) les coordonnées des sous-blocs de niveau immédiatement inférieur Dans l'expression 2 ci- dessus, k est aussi égal à 0, 1, 2 et 3. Ainsi, au premier niveau L 1, la valeur de M est égale à la valeur des données de pixels de la totalité du bloc 32 x 32, et la valeur de Mk est égale à la somme de la _ 9 _ - valeur des données de pixels correspondant aux quatre sous-blocs 16 x 16 qui forment le bloc 32 x 32. Lorsque k égale 0, Mo est la somme des valeurs des données des 4 (quatre) sous-blocs désignés sous le nom de segments 1, 2, 5 et 6 sur la figure 3 De même, Ml est la somme de la valeur des données des segments 3, 4, 7 et 8, M 2 celle des valeurs de données des segments 9, 10, 13 et 14 et M 3 correspond aux segments 11, 12, 15 et 16. En outre, dans le cas du second niveau L 2, la valeur de L est égale à la somme de la valeur des données de pixels des blocs 16 x 16, et la valeur de Mk est égale à la somme de la valeur des données de pixels correspondant aux quatre sous-blocs 8 x 8 appartenant au bloc 16 x 16. Si la valeur obtenue satisfait l'expression 3 suivante, le diviseur de blocs détermine que l'état de l'image correspond à une "zone simple" et associe quatre sous- blocs Sinon, le diviseur de blocs détermine que l'image se trouve dans une "zone complexe". ( | M/4 Mo | M 2 | somme des données de pixels de chacun des quatre sous- blocs et la valeur divisée par quatre de la somme du total des données du bloc 32 x 32 est obtenue, et si la valeur absolue de cette différence est inférieure à la valeur de seuil prédéterminée a, le diviseur de blocs décide que l'image se trouve à l'état de "zone simple". En adoptant les procédés décrits ci-dessus pour la confi- guration d'images représentées sur la figure 3, on déter- mine que les segments 1, 2, 6, 7, 8 et 12 des sous-blocs de 8 x 8 sont jugés comme étant des "zones complexes" et le reste des sous-blocs des "zones simples" Dans ce cas, il - parmi les sous-blocs restants qui correspondent à une "région simple", les segments désignés par 9, 10, 13 et 14 sont combinés en un seul bloc 16 x 16. La configuration des données d'images correspondant aux données d'images de la figure 3 est représentée sur la figure 4 sous la forme d'un schéma arborescent Dans cette structure arborescente, les noeuds désignés par des cercles hachurés indiquent qu'ils doivent être partagés en noeuds de niveau inférieur et les noeuds désignés par des cercles vides sont des noeuds qui n'ont pas besoin d'être divisés. Par conséquent, chaque donnée de bloc partagé peut être représentée par les flux de bits suivants. 1 1101 1101 0011 0100 Ll L 2 L 3 o " 1 " représente la "zone complexe" et O la "zone simple". D'après la description ci-dessus, lorsque les caractéris- tiques de chacun des blocs ont été déterminées par le diviseur de blocs 102 de la figure 2, les données qui correspondent à la "zone complexe" sont comprimées par le premier compresseur 104 qui applique le procédé DCT et la quantification bien connus, et les données qui correspon- dent à la "zone simple" sont comprimées par le second compresseur 105. Sur la figure 5, est représentée une configuration de pixels nécessaire pour comprimer les images des sous- blocs 8 x 8 repérées par la zone "C" qui ne présente qu'une variation d'image relativement faible et correspond à la "zone simple", et le schéma de compression est alors celui du second compresseur 105 qui va être décrit ci- dessous. 12 - Sur le dessin, les zones "A" et "B" désignent les blocs de pixels précédemment comprimés situés dans la partie supérieure et dans la partie gauche du sous-bloc "C" qui doit maintenant être comprimé Le second compresseur 105 peut sélectionner une ou plusieurs valeurs de données appropriées parmi les données de pixels x'ii, x'12 et X'21 des blocs de pixels A et B comprimés précédemment qui correspondent au bord supérieur et au bord gauche de la zone C de sous-blocs et les données de pixels xil, x 12, x 21 et X 22 situées dans les quatre arêtes du sous- bloc C à comprimer Les valeurs des données représenta- tives sont transférées à l'émetteur 4, et vers le récep- teur par la voie de transmission. La condition de choix des valeurs de données dans les blocs de pixels A et B comprimés précédemment pour comprimer les données de pixels d'une zone simple est la suivante 1) soit il existe une limite de l'image autour du bloc C Le second compresseur peut alors choisir les données des pixels xli, x 12, x 21, x 22. 2) soit l'expression suivante est satisfaite: (| x'1 n-xl | prédéterminée. Dans ce cas, le second compresseur peut sélectionner les données x 22 d'un seul pixel. De préférence, les données des pixels ci-dessus xll, x 12, x 21 et x 22 prennent les valeurs moyennes respectives des données de pixels des sousblocs 4 x 4 pour réduire le bruit d'impulsions contenu dans le signal d'image. 13 - Lorsque la compression des données du bloc 32 x 32 a été effectuée selon la procédure ci-dessus, l'émetteur 4 mélange les flux de bits des données comprimées et les flux de la structure arborescente quadruple, et les transfère vers l'extrémité réception. Lorsque les données comprimées et les informations supplémentaires, arrivant par la voie de transmission, sont reçues par le récepteur 5, le second commutateur 107 commute le chemin de transfert des données comprimées de façon à ce que le rétablissement de l'image soit effectué au moyen d'un procédé de décompression correspondant en analysant les flux de données liés à la structure arbo- rescente quadruple. Ainsi, si les données comprimées ont été comprimées dans le premier compresseur 104 ci-dessus, le rétablissement est effectué dans le premier décompresseur 108, et si les données ont été comprimées dans le second compresseur , le rétablissement se fait dans le second décompres- seur 109. Les données décomprimées sont finalement transférées à un mélangeur de blocs 110 Dans ce mélangeur, les données du sous-bloc 16 x 16 ou 8 x 8 rétabli dans sa forme d'origine soit par le premier décompresseur, soit par le second décompresseur 109, sont composées pour former les données de l'image d'origine sous forme de blocs 32 x 32 et les appliquer à une seconde mémoire de blocs 111 successive- ment. Comme on peut le voir d'après ce qui précède, l'invention est capable d'augmenter le rendement de traitement des données dans le domaine de la compression et de la décom- pression d'images en réduisant les opérations effectuées sur les données redondantes de l'image, étant donné qu'elle adopte des procédés de compression différents 14 2701186 selon la configuration de l'image, et par conséquent, elle évite les distorsions dans les zones limites de l'image pendant la compression et réduit au maximum la quantité des données comprimées En outre, dans le cas d'une image en couleurs simples, le rendement de compres- sion est notablement augmenté. - REVENDICATIONS 1 Système de traitement des données d'images qui comprend une mémoire vidéo pour stocker les données d'images d'une seule trame et un appareil pour comprimer et décomprimer les données d'images, afin que les données comprimées soient envoyées et reçues grâce à un émetteur et à un récepteur au moyen d'une voie de transmission, les moyens de compression et de décompression des données d'images comprenant: une première mémoire de blocs pour stocker les données d'images venant de ladite mémoire vidéo par blocs uni- taires prédéterminés; un diviseur de blocs pour partager lesdites données d'images provenant de ladite première mémoire de blocs en un nombre prédéterminé de sous-blocs, en fonction de la forme ou de la complexité de l'image; un premier commutateur pour modifier le chemin de transfert des données, si les données d'images déli- vrées par ledit diviseur de blocs sont des données qui correspondent à une zone d'images sensiblement complexe; un premier et un second compresseurs pour comprimer les données d'images ayant respectivement traversé le premier commutateur, en adoptant des procédés de compression différents, et pour appliquer les données comprimées audit émetteur; un générateur d'informations supplémentaires pour former des données d'informations qui indiquent si lesdites données d'images divisées en sous-blocs venant dudit diviseur de blocs ont été comprimées par ledit premier compresseur ou par ledit second compresseur, et 16 - pour appliquer les données d'informations supplémen- taires audit émetteur; un second commutateur pour changer le chemin de trans- fert des données desdites données d'images comprimées en fonction des informations desdites données supplé- mentaires qui proviennent dudit émetteur et qui sont reçues par ledit récepteur; un premier et un second décompresseurs pour rétablir lesdites données d'images comprimées traversant ledit second commutateur en adoptant différents procédés de décompression correspondant respectivement auxdits procédés de compression différents; un mélangeur de blocs pour composer les pixels de sous- blocs prédéterminés provenant successivement dudit premier décompresseur ou dudit second décompresseur pour reconstituer l'image d'origine desdits blocs unitaires prédéterminés; et une seconde mémoire de blocs pour stocker lesdites données d'images d'origine rétablies sous forme de blocs prédéterminés venant dudit mélangeur de blocs et pour enregistrer lesdites données de l'image d'origine rétablie dans ladite mémoire vidéo. 2 Appareil pour comprimer et décomprimer les données d'images selon la revendication 1, dans lequel ledit diviseur de blocs détermine le degré de la complexité de l'image en ajoutant les valeurs des données des pixels correspondant audit nombre prédéterminé de sous-blocs et adapte une structure de données d'images arborescente quadruple pour stocker les informations liées à un nouveau partage desdits blocs selon ledit degré de complexité de l'image. 17 - 3 Appareil pour comprimer et décomprimer les données d'images selon la revendication 1, dans lequel lesdites données d'informations produites par ledit géné- rateur d'informations supplémentaires sont constituées par un flux de bits représentant chaque bloc de données partagé par ledit diviseur de blocs. 4 Appareil pour comprimer et décomprimer les données d'images selon la revendication 1, dans lequel lesdites données d'images à variations relativement faibles ou moins complexes sont comprimées par ledit second compresseur en se référant à la valeur des données de pixels comprimés précédemment (x'lj, x'12 et x'21) situés sur le bord supérieur et sur le bord gauche de ladite zone des sous-blocs et à la valeur des données de pixels (xll, x 12, x 21 et x 22) correspondant aux quatre côtés dudit sous-bloc à comprimer, et en sélectionnant les valeurs des données représentatives à transférer à l'émetteur de façon à ce que s'il existe une limite d'image autour dudit sous-bloc, lesdites données de pixels (xjl, x 12, x 21 et x 22) soient sélectionnées et que si la relation suivante est satisfaite (|x' u-x 1 j | bruit d'impulsions contenu dans le signal d'images.