Brevet FR2878395A1 — publié le 20060526

Domaine technique de l'invention L'invention concerne les systèmes de traitement du signal vidéo, ces systèmes pouvant être des émetteurs (caméras, codeurs, etc...), des récepteurs (décodeurs, écrans, etc...), des noeuds de transmission ou de stockage (où peut s"opérer une transformation du signal, tel un transcodage). Art antérieur à l'invention Dans un système classique de compression de signal vidéo, différents moyens sont mis en oeuvre pour réduire l'information originale. Ces moyens tiennent compte des 10 caractéristiques des éléments composant un système vidéo, dont les écrans. Les principales caractéristiques d'un écran sont sa résolution spatiale (horizontale et verticale), à savoir le nombre de pixels composant l'image dans chacune de ces directions; la fréquence de la vidéo, à savoir le nombre d'images successives par seconde; la structure d'échantillonnage des pixels dans une image, à savoir la position des représentants de chacune des composantes couleurs dans l'image; la profondeur couleur, à savoir le nombre de bits par pixel (bpp) des composantes couleurs. Dans les systèmes de compression actuels, il existe des techniques définies dont l'objectif est de modifier une vidéo originale dans ses caractéristiques de résolution spatiale ainsi que de fréquence image. Ainsi, dans le cas d'une modification de résolution spatiale, lors de sa compression, une image vidéo de taille originale 576x720 est souséchantillonnée d'un facteur 2 dans chacune des deux directions. A la décompression, il est alors possible d'afficher la vidéo avec ses images réduites en taille ou bien d'interpoler la vidéo réduite vers la taille originale, avant son affichage. L'invention décrite dans le présent document propose d'améliorer les systèmes de traitement du signal vidéo en créant un procédé qui modifie la quantification des composantes couleurs du signal vidéo original. La modification de la quantification s'effectue sur les signaux représentant chaque composante couleur. Cette modification est spatio-temporelle dans le sens qu'elle varie d'une partie de l'image à l'autre, et d'une image à l'autre. Les avantages de l'invention sont multiples. Comme principal avantage dans les systèmes de compression de signal vidéo, on peut citer le gain en compression allié à l'adaptation du signal vidéo à l'écran du terminal. Un exemple d'application type concerne le secteur des réseaux mobiles ou les réseaux sans fil, où la bande passante est un élément clé au déploiement réseau et à son coût, et dont les terminaux ont des capacités d'affichage différentes. Exposé de l'invention L'objet de l'invention est un procédé de modifications de quantification des composantes couleur d'un signal vidéo dans le but d'améliorer les systèmes de compression/décompression vidéo et plus généralement les systèmes de traitement de signal vidéo. Le signal vidéo est décrit dans la figure 1. Cette figure donne une structure d'une séquence vidéo telle que communément employée aujourd'hui. La séquence vidéo, de structure telle que décrite dans la figure, consiste en une succession périodique d'images Ii de même taille HxL. Dans cette représentation, j indique la référence temporelle. Une image est composée de pixels, dont le nombre définit la résolution spatiale de l'image. Ainsi, une image à un instant j est un tableau de HxL pixels. Cet exemple n'exclut pas d'autres types de vidéo, et de manière générale on notera qu'un signal vidéo peut se décrire comme une succession temporelle d'images bidimensionnelles ou tridimensionnelles. La périodicité de la succession temporelle, ainsi que la géométrie et la taille d'image peuvent être variables. Ces images peuvent résulter d'une prise de vue naturelle à travers un capteur tel une caméra, ou bien d'un programme informatique de synthèse d'images, ou bien de dessins, ou bien de tout autre procédé matériel et/ou logiciel et/ou humain. Ces images peuvent tout autant être formées d'une combinaison d'images générées séparément et combinées par tout procédé de montage. Comme dans tout système couleur, un point couleur est représenté par trois composantes: les composantes RVB par exemple. Généralement dans un système de compression vidéo, on utilise trois autres composantes, Y, U et V, qui sont une combinaison des composantes RVB. D'autres triplets de composantes que ceux cités ci-dessus sont définis et peuvent être utilisés tout autant, ces triplets de composantes étant liés les uns aux autres par une combinaison linéaire. Quelque soit le triplet de composantes choisi, nous noterons dorénavant dans le présent document les composantes couleurs Cl, C2 et C3. Dans l'exemple de structure d'image considéré dans la figure 1, nous considérons la plus simple, à savoir que chaque pixel Px,y de l'image possède une valeur donnée par un triplet Cl, C2 et C3. Dans les systèmes de vidéo classiques, les trois composantes couleur Cl, C2 et C3 sont quantifiées sur un nombre de bits généralement identique. La quantification est généralement linéaire. Dans la présente invention, nous proposons de modifier la quantification des signaux représentant chacune des trois composantes couleurs Cl, C2 et C3. Pour cela, nous défroissons la notion de zone sur lequel la modification est effectuée. Telle que dessinée dans la figure 2, une zone est un ensemble de pixels de l'image vidéo, les pixels pouvant être voisins ou pas dans une même image. Suivant cette définition, l'objet de l'invention est de modifier la quantification de Cl, C2 et C3 pour un groupe de zones Zk en une quantification prédéfinie Q', et ce pour une durée d'images donnée, la durée d'images pouvant aller d'une image au nombre d'images constituant la séquence vidéo totale. Ainsi, de par le procédé décrit ici, sur la durée de la séquence vidéo, une zone Zk aura ses composantes quantifiées chronologiquement suivant, par exemple, le type QI durant 100 images, puis (Indurant 1000 images, puis Q durant 50 images etc. Il est l'objet de cette invention que les zones peuvent se faire et se défaire au fur et à mesure de l'avancement dans la séquence vidéo. Il est l'objet de cette invention que les nouvelles quantifications puissent être linéaires ou 15 pas. Il est l'objet de cette invention de répercuter la modification de quantification sur tous les signaux représentant chaque composante, et ce, suivant les fonctions traversées par ces signaux. Il est l'objet de cette invention que la formation des zones, le choix d'en modifier la quantification ainsi que le choix du type de quantification se font grâce à une entité de contrôle. Cette entité de contrôle peut se baser sur différents outils. Parmi ces outils, l'analyse du signal vidéo qui consiste à étudier chacune des composantes formant le signal vidéo à modifier, de manière globale -c'est-à-dire sur l'image- ou locale -c'est-à-dire sur une zone de l'image. Cette analyse du signal vidéo calcule sa complexité, à savoir sa texture, de même cette analyse porte sur sa gamme, à savoir l'ensemble des valeurs prises par chacune des composantes, de même cette analyse porte sur sa propreté, donc sur la puissance du bruit inclus dans le signal, de même cette analyse porte sur sa variation, notamment temporelle, c'est-à-dire d'une image aux suivantes. D'autre part, la qualité de service recherchée, notamment en terme de débit, moyen ou instantané, est un élément de décision. D'autre part, le choix effectué par des entités de décision existantes dans les normes de compression actuelles, notamment sur l'utilisation de la prédiction temporelle ou de la prédiction spatiale, et sur leur type, peut être pris en compte. Enfin, un paramétrage manuel aide aussi l'entité de contrôle. Ainsi, suivant l'application, l'entité pourra utiliser la totalité ou une partie de ces outils. D'autres critères de décision peuvent être tout autant utilisés. Enfin, il faut signaler que suivant le procédé décrit le signal modifié préserve l'espace spatio-temporel du signal original. Brève description des figures La figure 1 décrit une structure de la vidéo comme étant une succession temporelle d'images (j étant l'indice temporel). Chaque image est un tableau de HxL pixels (suivant des axes x et y), chaque pixel P,,, y de coordonnées (x,y) pouvant être décrit au maximum par trois valeurs Clx, y(i),C2,,y(i),C3X,y(j). La figure 2 décrit l'invention en donnant un exemple de zones d'image Zk. Dans ce même exemple, l'entité de contrôle prend les décisions suivantes en ce qui concerne les quantifications par zone après modification objet de l'invention: Quantification Q1 appliquée sur Z1 et Z4 Quantification Q3 appliquée sur Z2, Z5 et Z6 Quantification Q4 appliquée sur Z3 et Z7 Ql: C1,C2 et C3 quantifiés linéairement sur 8 bits Q3: Cl quantifié linéairement sur 6 bits C2 quantifié linéairement sur 5 bits C3 quantifié linéairement sur 5 bits Q4: C 1 quantifié non-linéairement sur 6 bits C2 quantifié non-linéairement sur 5 bits C3 quantifié non-linéairement sur 5 bits etc... La figure 3 donne une description de l'invention suivant un mode de réalisation envisageable dans un codeur vidéo classique, étant entendu que d'autres utilisations et implémentations de l'invention sont possibles. Les 3 composantes couleurs sont dans un premier temps traitées (pré-traitement), ensuite les 3 signaux sont compressés générant un flux binaire. Ce flux binaire est finalement mis en forme (tramage) avant d'être transmis ou stocké. En parallèle, l'entité de contrôle analyse les 3 composantes couleur et contrôle la quantification des signaux représentant ces composantes dans les fonctions de pré-traitement et de compression. Cette entité contrôle le tramage en incluant dans le flux binaire des informations supplémentaires telles que celles décrivant les zones et leur quantification, ainsi qu'une information de changement de scène, etc... Exposé détaillé d'un mode de réalisation Dans la figure 3, nous donnons l'exemple d'un mode de réalisation, dans lequel le signal 15 vidéo est amené à être compressé par un codeur. Suivant ce mode, le signal est reçu par l'entité de contrôle qui analyse le signal pour en générer des éléments techniques tels que sa complexité, la gamme de valeurs prises par chacune des composantes, sa propreté, sa variation temporelle, etc.. Cette analyse peut être effectuée après le processus de Pré-traitement . Le même signal vidéo d'origine composé ipar C1,C2 et C3, est transformé par l'entité de Pré-traitement . La sortie de cette entité est aussi un signal vidéo décrit par trois signaux composantes couleurs. Ces signaux sont compressés par l'entité Compression qui génère un signal que l'on appelle flux binaire. L'entité de compression peut comprendre des fonctions des normes de compression MPEG ou H.26x, telles que la prédiction spatiale, la prédiction temporelle, la transformation (DCT, DWT, etc...), la quantification des coefficients, le codage entropique, etc... L'entité de contrôle, de par son analyse du signal vidéo d'origine et/ou d'autres paramètres, calcule des zones Zk (cf. Figure 2) dans les images successives. Sur certaines de ces zones, l'entité de contrôle réduit la quantification de chacune des composantes Cl, C2 et C3. Dans ce mode de réalisation, la réduction consiste à diminuer le nombre de bits décrivant Cl, C2 et C3 et donc de passer à un nombre NI, N2 et N3 (pour chaque composante) inférieurs à 8, 8 étant la quantification supposée dans le signal vidéo d'origine. La modification de quantification s'opère sur des signaux représentant chacune des composantes Cl, C2 et C3, autant dans l'entité de Pré-traitement que dans celle de Compression . L'entité de contrôle ajoute dans le flux binaire sortant de l'entité de Compression des informations supplémentaires telles que celles décrivant les zones et leur quantification, ainsi qu'une information de changement de scène. Il est bien entendu que ces informations supplémentaires peuvent être acheminées différemment de l'émetteur au récepteur, de même qu'elles peuvent ne pas y être acheminées, et ce, suivant l'application. D'autres informations peuvent être utilisées tout autant. Le flux binaire tramé enrichi de ces informations est ensuite transmis ou stocké. Selon ce mode de réalisation de l'invention, le signal ainsi modifié est reçu après transmission ou stockage, dans le but d'afficher la vidéo. Ce signal modifié subit les fonctions inverses de celles effectuées à l'émission. Dans ce mode de réalisation, pour uniformiser les quantifications des signaux résultant de la modification par zone opérée à l'émission, une fonction est appliquée sur le signal décompressé. Cette fonction d'uniformisation est un traitement qui dépend de l'application considérée. Un traitement envisageable est une simple recopie du signal. Un autre traitement envisageable est une interpolation. De manière plus générale, la fonction d'uniformisation peut se décrire suivant la formule: Px,y (j) = C[P'Xm',yn'l!i'), PXm,yn(1i)] m', n', m, n = 0,1,2, ; i', où P représente le pixel après fonction d'uniformisation P' représente le pixel avant fonction d'uniformisation x,y sont les coordonnées spatiales du pixel j est l'indice temporel du pixel (l'indice de l'image à laquelle il appartient) xm,yn et Xm',yn' sont les coordonnées spatiales de pixels, pixels pris en compte dans la fonction d'uniformisation ji' et ji sont les indices temporels de pixels, pixels pris en compte dans la fonction d'uniformisation C est une combinaison de totalité ou partie de pixels Le signal ainsi uniformisé est alors affiché sur l'écran du terminal. Le procédé faisant l'objet de cette invention ainsi que les différentes étapes le constituant peuvent être implémentés de manière matérielle et/ou logicielle, dans tout système de traitement de signal vidéo, de transmission de signal vidéo ou de stockage de signal vidéo. L'invention concerne plus particulièrement les systèmes où la compression ainsi que l'optimisation du signal vidéo par rapport aux écrans des terminaux sont primordiales. La présence d'éléments ou d'étapes autres que ceux détaillés dans les revendication n'est pas exclue. 8 REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de signal vidéo pour la compression vidéo et l'adaptation aux 5 écrans des terminaux, comprenant des étapes de codage vidéo caractérisé en ce qu'il consiste en les étapes additionnelles suivantes: - la réception du signal vidéo d'origine -l'analyse de ce signal vidéo d'origine - le découpage de ce signal vidéo d'origine en zones - la modification de quantification par zone de ce signal vidéo d'origine - l'ajout dans le signal ainsi modifié d'informations supplémentaires. 2. Procédé de traitement de signal vidéo selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de modification de quantification s'opère sur les signaux représentant chacune des trois composantes couleurs Cl, C2 et C3 du signal vidéo d'origine, Cl, C2 et C3 étant exprimées dans tout espace couleur donné, tel que l'espace YUV, ou bien l'espace RVB, ou bien tout autre espace actuel ou futur. 3. Procédé de traitement de signal vidéo selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape de découpage en zones crée un ensemble ou une pluralité d'ensembles de pixels dans une image de la séquence vidéo traitée, les pixels étant définis par leurs coordonnées spatiales. 4. Procédé de traitement de signal vidéo selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de découpage en zones s'opère à chaque image et sur toute partie de l'image, créant ainsi de nouvelles zones ou bien défaisant des zones existantes. 5. Procédé de traitement de signal vidéo selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de modification de quantification s'opère sur toute zone de l'image, soit-elle nouvelle ou déjà existante. 6. Procédé de traitement de signal vidéo selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape d'analyse génère des éléments techniques sur la spécificité du signal vidéo d'origine. 7. Système de traitement numérique de signal vidéo mettant en oeuvre suivant un mode de réalisation le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, consistant en une entité de pré-traitement, une entité de compression, une entité de tramage, caractérisé en ce qu'une entité de contrôle opère le découpage en zones sur les signaux de composantes couleurs Cl, C2 et C3 entrant dans l'entité de compression. 8. Système de traitement numérique de signal vidéo selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'entité de contrôle opère la modification de quantification par zone sur les signaux 5 de composantes couleurs Cl, C2 et C3 entrant dans l'entité de compression. 9. Système de traitement numérique de signal vidéo selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l'entité de contrôle opère le découpage en zones sur les signaux de composantes couleurs Cl, C2 et C3 dès l'entité de pré-traitement. 10. Système de traitement numérique de signal vidéo selon l'une quelconque des revendications 7, 8 ou 9, caractérisé en ce que l'entité de contrôle opère la modification de quantification par zone sur les signaux de composantes couleurs Cl, C2 et C3 dès l'entité de pré- traitement. 11. Système de traitement numérique de signal vidéo selon l'une des revendications 7, 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que l'entité de contrôle engendre l'ajout dans le signal modifié 15 d'informations supplémentaires lors du tramage.