Brevet FR2872664A1 — publié le 20060106

L'invention concerne un dispositif et un procédé de pré-traitement avant codage d'une séquence d'images vidéo. Les dispositifs de codage d'image sont d'autant plus efficaces qu'ils 5 codent des images possédant une entropie temporelle ou spatiale réduite. Ils se trouvent donc souvent associés à des dispositifs de pré- traitement d'images dans lesquels les images sont traitées de façon à permettre un meilleur codage. De manière connue, les dispositifs de pré-traitement adaptés à réduire l'entropie d'une séquence vidéo utilisent des filtres linéaires ou non linéaires qui diminuent voire suppriment les composantes hautes fréquences responsables principales du coût de codage d'images en mode intra. De nombreux filtres existent, parmi eux les filtres passe-bas une ou deux 15 dimensions, les filtres de Nagao, les filtres moyenneurs et les filtres médians. Les principaux inconvénients de ces méthodes sont: - une réduction de la définition spatiale trop visible, en particulier dans l'axe vertical, due au fait que chaque trame d'une vidéo entrelacée ne dispose que de la demi-résolution verticale d'une image, - des effets de flou sur les objets, des contours dégradés. L'invention se propose de résoudre au moins un des inconvénient précités. A cet effet, l'invention propose un dispositif de pré-traitement avant codage d'une séquence d'images vidéo caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens d'effectuer une pluralité de traitements 30 morphologiques sur la séquence d'images vidéo, - des mélangeurs aptes à effectuer après chaque traitement morphologique, une pondération de la séquence vidéo ayant subi un desdits traitements. Appliquer un traitement morphologique brut provoquerait un effet dévastateur sur la qualité de l'image. La présence d'un mélangeur entre chaque opérateur morphologique pondère l'effet de ce traitement en mélangeant le résultat brut de l'opérateur et l'entrée du même opérateur. Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif comporte des moyens de mesurer la complexité de ladite séquence d'images vidéo avant d'effectuer la pluralité de traitements morphologiques. En effet, un pré-traitement visant à réduire l'entropie spatiale de l'image est conseillé principalement pour des images dont la complexité est 10 importante. Ainsi, le pré-traitement peut être contrôlé en fonction de la complexité de l'image et adapté à la complexité de l'image. Avantageusement, les moyens de mesurer la complexité de ladite séquence d'images vidéo mesurent la corrélation intra-i mage. Selon un mode de réalisation préféré, les moyens de mesurer la complexité calculent un coefficient de pondération pour chaque mélangeur. Avantageusement, le coefficient de pondération est identique pour chaque mélangeur. Avantageusement, les coefficients de pondération sont inversement proportionnels à la corrélation intra-image. De manière préférée, les moyens d'effectuer une pluralité de traitements morphologiques et les mélangeurs effectuent les traitements sur 25 la composante luminance du signal vidéo, pixel par pixel pour chaque image. De manière préférée, le dispositif comporte: - des moyens de désentrelacer ladite séquence d'images vidéo avant de mesurer la corrélation intra-image et - des moyens d'entrelacer ladite séquence vidéo après la dernière pondération. Ceci peut permettre d'obtenir des trames progressives qui contiennent chacune la définition verticale complète d'une image. Il est alors possible d'envisager sereinement un traitement dans les deux axes de l'image, horizontal et vertical. L'invention concerne également un procédé de pré-traitement avant 5 codage d'une séquence d'images vidéo. Selon l'invention, le procédé comprend: une pluralité d'étapes de traitements morphologiques sur la séquence d'images vidéo entrante, - une pluralité d'étapes de pondération aptes à effectuer après chaque 10 étape de traitement morphologique, une pondération.du résultat du traitement morphologique. L'invention sera mieux comprise et illustrée au moyen d'exemples de modes de réalisation et de mise en oeuvre avantageux, nullement limitatifs, 15 en référence aux figures annexées sur lesquelles: - la figure 1 représente un mode de réalisation préféré d'un dispositif selon l'invention, - la figure 2 représente le voisinage du point courant P pris en compte 20 pour définir la complexité de l'image courante. Les modules représentés sont des unités fonctionnelles, qui peuvent ou non correspondre à des unités physiquement distinguables. Par exemple, ces modules ou certains d'entre eux peuvent être regroupés dans un unique composant, ou constituer des fonctionnalités d'un même logiciel. A contrario, certains modules peuvent être éventuellement composés d'entités physiques séparées. Le signal vidéo Ei en entrée du dispositif de pré-codage est un signal 30 vidéo de type entrelacé. Afin d'améliorer les performances du dispositif de précodage, le signal vidéo Ei est désentrelacé par le désentrelaceur 1. Le désentrelaceur 1 double le nombre de lignes par trame du signal vidéo Ei en utilisant un procédé de désentrelacement connu de l'homme du métier basé sur trois trames consécutives du signal vidéo Ei. On obtient alors des trames progressives qui contiennent chacune la définition verticale complète d'une image, ce qui permet d'effectuer un traitement dans l'axe vertical. On obtient le signal E à la sortie du désentrelaceur 1. Une analyse de complexité de l'image est ensuite effectuée. Effectivement, la réduction d'entropie spatiale s'applique principalement à des images possédant une entropie spatiale importante. Le dispositif comporte donc en amont des moyens 2 de mesure de la corrélation de chaque image. La figure 2 illustre un exemple de voisinage pris en compte pour le calcul de la complexité de l'image courante dans le module 2. Pour chaque pixel de l'image, on calcule le résultat pixel Rp à l'aide 15 de la luminance du point courant et de celle de 4 de ses voisins: Rp = [abs(P P(-1,0)) + abs(P P(0,-1)) + abs(P P(0,+1)) + abs(P P(+1,0))]I 4 Ensuite, on effectue l'accumulation sur une trame de tous ces résultats 20 pixels. nbpixels E Rp 0 Cintra nblignes x nbcol Cette mesure de corrélation permet de connaître l'écart moyen, sur une 25 image, entre un pixel et ses pixels voisins. On obtient ainsi une information intéressante sur la définition dans l'image. Dans d'autre modes de réalisation, il est possible de modifier ces équations afin d'obtenir une définition plus complète de la complexité de 30 l'image. Il est également possible d'agrandir le voisinage du pixel courant pris en compte pour le calcul de la complexité image. A partir de cette mesure, on calcule un coefficient K dans l'intervalle [0,1], en fonction de la complexité des images entrantes. Le tableau suivant illustre les valeurs du coefficient K en fonction de 5 Cintra, donné à titre illustratif uniquement. La valeur de Cintra est codée sur 8 pixels et donc comprise entre 0 et 255. Type de corrélation Valeur de Cintra Valeur du coefficient K Très forte Cintra = [0..2] 1/8 = Kmin Forte Cintra = [2..4] 2/8 Moyenne Cintra = [5..8] 3/8 Faible Cintra = [9..16] 4/8 Très faible Cintra = [17..30] 5/8 Non significative Cintra = [ 30..255] 6/8 = Kmax Lorsque la corrélation est très forte, (très peu de définition), le pré-traitement de l'image est tout de même effectué dans des proportions moins importantes cependant, illustré par la valeur du coefficient K. A contrario, une corrélation faible est un indicateur d'une forte entropie. L'exemple d'un bruit aléatoire (corrélation faible voire nulle) est un bon 15 exemple (entropie élevée). Le coefficient K peut être le même pour chaque mélangeur comme dans le mode de réalisation préféré ou différent pour tous les mélangeurs. Le traitement effectué dans le dispositif de la figure 1 est effectué 20 uniquement sur la composante luminance de la vidéo. Effectivement, un traitement de la composante chrominance peut provoquer des artefacts désagréables au niveau de la couleur, et surtout, c'est la composante luminance qui possède la majeure partie de la complexité de l'image. Le signal Ein (qui est identique au signal E) en sortie du module 2 subi ensuite une érosion dans le module 3. Le procédé d'érosion consiste à garder le pixel ayant la valeur minimum de luminance parmi les pixels d'un élément structurant qu'il reçoit en entrée. L'élément structurant est constitué d'une fenêtre 3*3, 3 lignes par 3 colonnes autour du pixel courant, soit 9 pixels. Toutefois, une autre taille de fenêtre peut être trouvée sachant que plus la taille de la fenêtre est importante et plus l'érosion sera sévère. Le module 3 calcule donc pour chaque pixel du signal vidéo entrant Eh, 5 sa nouvelle valeur de luminance. Le signal TO vidéo en sortie du module 3 représente donc le signal E;,, érodé, soit donc pour chaque pixel sa valeur de luminance modifiée par rapport à TO correspondant à la valeur minimale de l'élément structurant dont il fait partie. Ensuite le signal TO est transmis à un mélangeur 4. Le mélangeur 4 reçoit également en entrée le coefficient K transmis par le module 2. Le mélangeur 4 produit en sortie le signal SO selon la formule 15 suivante: SO=KxTO+(1 K)xEin Le signal SO rentre dans le module de dilatation 5. L'opération de dilatation consiste à garder le pixel ayant la valeur de 20 luminance maximale parmi les éléments d'un élément structurant centré sur le pixel courant, de taille 3 x 3 = 9 pixels. Le module de dilatation produit en sortie un nouveau signal vidéo T1 transmis à l'entrée d'un mélangeur 6. Le mélangeur 6 reçoit également en entrée le coefficient K de pondération. Le mélangeur 6 produit alors un signal SI selon la formule suivante en pondérant, pour chaque pixel la valeur de luminance qu'il reçoit en entrée: S1=KxT1+(1 K)xSO Le signal SI rentre alors dans un second module 7 de dilatation. Le module 7 de dilatation effectue alors une opération de dilatation sur le signal S1. L'opération de dilatation consiste à garder le pixel ayant la valeur de luminance maximale parmi les éléments d'un élément structurant centré sur le pixel courant de taille 3 x 3 = 9 pixels. Le module 7 produit alors en sortie un signal T2 qui rentre dans le mélangeur 8 qui pondère la composante luminance du signal reçu, pour chaque pixel reçu. Le mélangeur 8 reçoit également en entrée le coefficient K de pondération. Le mélangeur 8 produit en sortie un signal S2, selon la formule S2=KxT2+ (1 K)xSl Le signal S2 rentre alors dans un second module 9 d'érosion. Le module 9 effectue une érosion sur le signal S2, l'opération d'érosion consistant comme indiqué précédemment à remplacer le pixel courant par le pixel minimum parmi les pixels de l'élément structurant défini comme précédemment. Le module 9 d'érosion produit en sortie un signal T3 qui rentre dans un quatrième mélangeur 10. Le mélangeur 10 reçoit également en entrée le coefficient K de pondération. Le mélangeur produit en sortie un signal S3 selon la formule suivante: S3 = KxT3+(1 K)xS2 Le signal S3 est ensuite transmis à l'entrée d'un entrelaceur 11 qui permet d'entrelacer le signal S3 afin d'obtenir la sortie vidéo Si du dispositif de pré traitement qui est ensuite transmis à un dispositif de codage. Le signal vidéo entrant Si bénéficie alors d'une entropie spatiale réduite et son codage ultérieur s'en trouve facilité. Tout type de codage peut être 30 envisagé par la suite. Bien entendu, l'invention ne se limite pas au mode de réalisation donné ci-dessus. L'homme du métier comprendra aisément qu'il est envisageable de modifier le nombre d'opérations morphologiques du dispositif de prétraitement ainsi que le nombre de mélangeurs associés. Revendications 1. Dispositif de pré-traitement avant codage d'une séquence d'images 5 vidéo (E;) caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens (3, 5, 7, 9) d'effectuer une pluralité de traitements morphologiques sur la séquence d'images vidéo (E;), des mélangeurs (4, 6, 8, 10) aptes à effectuer après chaque traitement morphologique, une pondération du résultat du traitement morphologique. 2. Dispositif selon la revendications 1 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (2) de mesurer la complexité de ladite séquence d'images vidéo (E;) avant d'effectuer la pluralité de traitements morphologiques. 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens de mesurer la complexité de ladite séquence d'images vidéo (E;) mesurent la corrélation intra-image. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les moyens de mesurer la complexité calculent un coefficient (K) de pondération pour chaque mélangeur (4, 6, 8, 10). 5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que le coefficient 25 (K) de pondération est identique pour chaque mélangeur (4, 6, 8, 10). 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5 caractérisé en ce que les coefficients (K) de pondération sont inversement proportionnels à la corrélation intra-image. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens ((3, 5, 7, 9) d'effectuer une pluralité de traitements morphologiques et les mélangeurs (4, 6, 8, 10) effectuent les traitements sur la composante luminance du signal vidéo, pixel par pixel pour chaque image. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce 5 qu'il comporte des moyens (1) de désentrelacer ladite séquence d'images vidéo (E;) avant de mesurer la corrélation intra-image et - des moyens (11) d'entrelacer ladite séquence vidéo (E;) après la dernière pondération. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens d'effectuer une pluralité de traitements morphologiques effectuent une ouverture suivie d'une fermeture. 10. Procédé de pré-traitement avant codage d'une séquence d'images vidéo caractérisé en ce qu'il comprend: - Une pluralité d'étapes de traitements morphologiques sur la séquence d'images vidéo (E;), - Une pluralité d'étapes de pondération aptes à effectuer après 20 chaque étape de traitement morphologique, une pondération du résultat du traitement morphologique.