Brevet FR2985139A1 — publié le 20130628

Procédé de compression sélective bas débit de flux vidéo et codeur mettant en oeuvre le procédé La présente invention porte sur un procédé de compression sélective 5 d'un flux vidéo à bas débit ainsi que sur un codeur mettant en oeuvre le procédé de compression. L'invention concerne le domaine du codage ou de la compression d'une séquence vidéo. L'invention concerne également le domaine de la sécurisation de l'accès aux informations contenues dans une séquence 10 vidéo. L'invention concerne enfin le domaine de la transmission, sur des canaux à débit contraint, de flux vidéo compressés et sécurisés. Un problème visé par la présente invention consiste à adapter la compression d'une séquence vidéo, réalisée par un codeur standard, pour 15 diminuer son débit afin de pouvoir la transmettre sur un canal à débit disponible limité. Un autre problème résolu par l'invention est la différentiation de l'accès au contenu visuel de certaines zones d'intérêt d'une séquence vidéo pour différents utilisateurs. Dans une image, certaines zones ou régions 20 présentent un intérêt plus élevé que d'autres, pour l'utilisateur final. Par exemple, les objets mobiles peuvent présenter un intérêt plus grand que les zones de paysage en arrière plan. L'invention vise à différencier la compression réalisée sur la séquence en prenant en compte le niveau d'intérêt de chaque zone. 25 Une solution possible aux problèmes précités consiste à compresser séparément chaque zone spatiale d'une séquence vidéo en utilisant deux codeurs distincts avec des taux de compression différents. Cette solution présente l'inconvénient de nécessiter la génération de 30 deux flux compressés séparés et d'engendrer ainsi un surcout en débit utile car une redondance importante existe entre les deux flux. En outre, elle nécessite l'emploi de deux codeurs distincts et d'un module supplémentaire permettant la recombinaison in fine de la séquence originale à partir des deux flux décompressés. Cette solution n'est donc pas compatible d'un codeur ou décodeur standard. La présente invention permet de résoudre les limitations des solutions de l'art antérieur en proposant un procédé de compression adapté à produire un unique flux compressé bas débit à partir duquel un utilisateur peut avoir accès à l'intégralité de la séquence à une résolution faible alors qu'un autre utilisateur peut avoir accès à une séquence dont la résolution ou la qualité est rehaussée pour certaines zones. L'invention a pour avantage de permettre aux utilisateurs non autorisés le visionnage de la séquence à basse résolution alors que d'autres utilisateurs autorisés peuvent visionner une séquence dont la résolution est améliorée seulement pour certaines zones. Ainsi, la séquence vidéo originale est transmise avec un débit faible tout en permettant le visionnage à haute résolution des zones d'intérêts qui nécessitent une qualité d'image supérieure. Avantageusement, l'invention prend en compte la propriété de scalabilité de certains codeurs vidéo, (en anglais ces codeurs sont désignés par les termes « scalable video coder »), c'est-à-dire la possibilité de représenter un même signal vidéo à différents niveaux d'informations. Le principe de la scalabilité appliquée à la compression vidéo est connu principalement pour trois types d'information, spatiale, temporelle et en qualité. La propriété de scalabilité en qualité permet d'obtenir, dans un unique flux compressé, plusieurs niveaux ou couches de scalabilité représentant le signal vidéo à des niveaux de qualité (ou rapport signal à bruit) croissants. Typiquement, on parle de couche de base pour désigner la partie du flux compressée qui, une fois décompressée, produira un signal vidéo à un niveau de qualité minimum et de couches de rehaussement pour désigner les parties du flux supplémentaires qui permettent, si elles sont décompressées, d'augmenter la qualité de la séquence vidéo décompressée en diminuant la distorsion de quantification entre la séquence originale et la séquence reconstruite. Ainsi, l'invention ne nécessite l'emploi que d'un seul codeur et 5 décodeur et reste compatible des standards de compression scalable tels que le standard H.264/SVC. L'invention a pour objet un procédé de compression sélective d'une séquence vidéo comprenant une pluralité d'images caractérisé en ce qu'il 10 comporte au moins les étapes suivantes : - Sous-échantillonner spatialement ladite séquence vidéo, Compresser, à l'aide d'un codeur vidéo, la séquence vidéo sous-échantillonnée pour former un premier flux compressé bas débit correspondant à une couche de base, 15 - Décompresser ledit premier flux compressé puis le sur- échantillonner spatialement, Effectuer la différence entre la séquence vidéo d'origine et ladite séquence décompressée et sur-échantillonnée afin de produire un premier résultat intermédiaire, 20 Appliquer un masque occultant sur au moins une première région d'intérêt dudit résultat intermédiaire afin de produire une séquence vidéo fusionnée qui présente dans la ou les région(s) d'intérêt(s) un contenu égal à la différence entre la séquence vidéo d'origine et la séquence décompressée et sur- 25 échantillonnée et dont le reste de l'image est masqué, Compresser, à l'aide du même codeur vidéo, ladite séquence vidéo fusionnée pour former un deuxième flux compressé correspondant à une première couche supplémentaire, Multiplexer les premier et deuxième flux compressés afin de 30 produire un unique flux compressé bas débit. Dans une variante de réalisation, le procédé selon l'invention comporte en outre les étapes suivantes : Effectuer la différence entre la séquence vidéo d'origine et le deuxième flux compressé puis décompressé afin de produire un second résultat intermédiaire, Appliquer un masque occultant sur au moins une seconde région d'intérêt dudit second résultat intermédiaire afin de produire une seconde séquence vidéo fusionnée qui présente dans la ou les seconde(s) région(s) d'intérêt(s) un contenu égal à la différence entre la séquence vidéo d'origine et le deuxième flux compressé puis décompressé et dont le reste de l'image est masqué, Compresser, à l'aide du même codeur vidéo, ladite seconde séquence vidéo fusionnée pour former un troisième flux compressé correspondant à une seconde couche supplémentaire, Multiplexer le troisième flux compressé avec les premier et deuxième flux compressés afin de produire un unique flux compressé bas débit. Dans une variante de réalisation de l'invention, la seconde région d'intérêt est complémentaire de la première région d'intérêt. Dans une variante de réalisation de l'invention, l'une des régions d'intérêt comporte les objets mobiles de la séquence et l'autre région d'intérêt comporte l'arrière plan. Dans une variante de réalisation, le procédé selon l'invention comporte en outre une étape de chiffrement dudit deuxième flux compressé ou dudit troisième flux compressé avant l'étape de multiplexage. Dans une variante de réalisation de l'invention, ledit deuxième flux compressé et/ou ledit troisième flux compressé sont marqués avec un 30 identifiant non interprétable, de façon à ce qu'un décodeur vidéo standard ne puisse pas décompresser ledit deuxième flux compressé et/ou ledit troisième flux compressé. L'invention a également pour objet un codeur source vidéo caractérisé en ce qu'il comporte des moyens adaptés à mettre en oeuvre le procédé de 5 compression selon l'invention. Le codeur source peut être un codeur scalable adapté à produire un unique flux compressé comportant la couche de base et la ou les couches supplémentaires et il peut être compatible du standard H.264/SVC. 10 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : - la figure 1, un synoptique d'un codeur vidéo selon l'invention dans un premier mode de réalisation, 15 la figure 1 bis, un synoptique d'un codeur vidéo selon l'invention dans un second mode de réalisation, la figure 2, un schéma du module de fusion sélective que comprend le codeur vidéo selon l'invention, les figures 3a à 3d, une illustration, sur une image d'une séquence 20 vidéo, du procédé de compression sélective selon l'invention, - la figure 4, un synoptique d'un décodeur vidéo selon l'invention La figure 1 représente, sur un synoptique, un codeur vidéo 100 selon l'invention. Une séquence vidéo 101 à transmettre, par exemple une 25 séquence à haute définition, est reçue en entrée du codeur vidéo 100. Cette séquence est sous-échantillonnée spatialement pour produire une séquence 106 de résolution moindre et dont la quantité d'information est plus faible. La séquence sous-échantillonnée est ensuite compressée 115, avec un taux de compression donné, pour produire un premier flux compressé 109 à bas 30 débit. Ce premier flux compressé 109 constitue la couche de base du codeur vidéo scalable 100 selon l'invention. 2 985 13 9 6 Le premier flux compressé 109 est parallèlement décompressé 107 puis sur-échantillonné spatialement 108 afin de produire une séquence vidéo de même résolution que la séquence 101 originale. Un module de fusion sélective 110 reçoit en entrée la séquence originale à haute résolution 101, la séquence à faible résolution sur-échantillonnée 108 et une information 102 concernant une ou plusieurs régions d'intérêt de chaque image de la séquence. Cette information peut être fournie sous la forme d'un masque définissant les contours de la zone d'intérêt dans chaque image de la séquence. Le module de fusion sélective 110 produit en sortie une séquence 103 contenant, pour chaque image, pour les zones d'intérêt la différence entre la représentation à la résolution initiale et la représentation à la résolution moindre de la séquence sur échantillonnée 108 et pour le reste de l'image un contenu effacé ou masqué. La séquence 103 est ensuite compressée 111 comme une couche supplémentaire du codeur vidéo scalable 100 selon l'invention. Un deuxième flux compressé 104 est ainsi produit et est ensuite multiplexé temporellement 114 avec le premier flux 109 correspondant à la couche de base pour produire un unique flux compressé 105 bas débit prêt à être transmis. Dans une variante de réalisation de l'invention, le second flux 104 associé à la couche supplémentaire peut être chiffré via un module de chiffrement 112 et une clé de chiffrement 113. De cette façon, seul un utilisateur autorisé aura accès, à réception du flux compressé 105, aux zones d'intérêt de la séquence à haute résolution. Un utilisateur non autorisé ne pourra pas déchiffrer la couche supplémentaire et ne bénéficiera que de la couche de base associée à la séquence vidéo intégrale mais à faible résolution. Ainsi, le procédé selon l'invention permet de sécuriser certaines régions d'intérêts de l'image en diminuant la résolution spatiale sur ces zones pour les utilisateurs non autorisés. Les détails de la zone, qui 2 9 85 13 9 7 nécessitent une résolution élevée pour être perçus par l'oeil humain, seront ainsi floutés. Dans une autre variante de réalisation, le multiplexeur 114 utilisé 5 permet de marquer les paquets du second flux 104 de telle façon qu'un décodeur standard, utilisé par un tiers non autorisé, ne pourra pas décoder ce second flux. Un tel marquage consiste, par exemple, à utiliser un identifiant de paquet non reconnu par un décodeur standard. Le standard de compression vidéo H.264 utilise une couche d'abstraction, appelée 10 « Network Abstraction layer » ou NAL qui permet d'encapsuler les données en les regroupant par type avant de les transmettre sur un réseau. Typiquement les données compressées à partir d'une couche de base sont encapsulées dans des paquets NAL comportant un identifiant associé à cette couche de base et les données compressées à partir de la couche 15 supplémentaire bénéficient d'un identifiant de paquet NAL différent. Le marquage du second flux 104 peut consister à modifier les identifiants de paquets NAL en leur attribuant un identifiant réservé non exploitable par un décodeur standard. Le flux de base 109 sera, quant à lui, encapsulé dans des paquets NAL avec un identifiant interprétable par un décodeur standard. 20 Ainsi, même en modifiant le codeur par l'introduction d'une étape de chiffrement, le flux compressé 105 généré sera toujours décodable, de par sa couche de base 109, par un décodeur standard qui n'est pas spécifiquement adapté à décoder le flux compressé 105 généré par un codeur 100 selon l'invention. 25 La figure 2 représente un schéma du module de fusion sélective 110 que comprend le codeur vidéo selon l'invention. Le module 110 reçoit chaque image de la séquence vidéo 101 originale ainsi que chaque image correspondante de la séquence 30 décompressée et sur-échantillonnée 108 et produit en sortie, pour chaque image d'entrée, une nouvelle image fusionnée et in fine une séquence vidéo fusionnée 103 comportant l'ensemble des images fusionnées. Le module 110 effectue les traitements suivants pour chaque image. Tout d'abord la séquence décompressée sur-échantillonnée 108 est soustraite 205 de la séquence vidéo originale 101 pour produire un résultat intermédiaire 204. Ensuite, à partir de la définition d'une ou plusieurs régions d'intérêt 102, une étape de génération de masques 201 est réalisée consistant à produire une image de même définition dans laquelle les pixels de la ou des régions d'intérêt sont occultés en les remplaçant par une valeur de luminance donnée, par exemple la valeur maximale possible et les pixels du reste de l'image sont affectés à une valeur nulle. L'image 202 produite en sortie de l'étape 201 de génération de masques constitue un masque occultant les régions d'intérêt. Ce masque 202 est ensuite additionné, pixel par pixel, au résultat intermédiaire 204 afin de produire une image de la séquence vidéo fusionnée 103. La figure 1 bis illustre une autre variante de réalisation de l'invention, pour laquelle deux séquences différentes 103,103' peuvent être produites en appliquant le procédé selon l'invention pour deux zones d'intérêt différentes ou deux groupes de zones d'intérêt différents 102,102'. Les deux zones ou groupes de zones sont, par exemple, complémentaires. Par exemple la première zone peut correspondre à l'arrière plan et la seconde zone aux objets d'intérêts tels que des objets mobiles. Un premier module de fusion sélective 110 reçoit en entrée la séquence vidéo initiale 101 et la séquence décompressée sur-échantillonnée 108 ainsi que l'information 102 permettant de masquer une première zone ou un premier groupe de zones de la séquence. La séquence fusionnée 103 obtenue est codée comme une première couche supplémentaire 111' afin de produire un deuxième flux compressé 104. Un second module de fusion sélective 110' reçoit en entrée la séquence vidéo initiale 101 et la séquence codée 111 comme première couche supplémentaire puis décompressée 107' ainsi que l'information 102' permettant de masquer une seconde zone ou un second groupe de zones de la séquence. La séquence fusionnée 103' obtenue est codée comme une seconde couche supplémentaire 111' afin de produire un troisième flux compressé 104'. Cette seconde couche supplémentaire 111' est une couche de rehaussement par rapport à la première couche supplémentaire 111. Seulement un des deux flux compressés 104 produits est chiffré. L'autre flux 104' n'est pas chiffré. Ainsi, trois flux compressés sont générés correspondant respectivement à une couche de base 109, une première couche supplémentaire non chiffrée 104' et une seconde couche supplémentaire chiffrée 104. Les trois flux ainsi produits sont multiplexés temporellement 114 afin de produire un unique flux compressé 105. Entre chaque couche de rehaussement, un lien de récursivité existe qui rend chaque couche d'ordre supérieur dépendant de celles d'ordre inférieur. Les trois couches de codage (115,111,111') sont compressées par un même codeur vidéo scalable, par exemple un codeur compatible du standard H.264/SVC. Les figures 3a à 3d illustrent les résultats intermédiaires et finaux obtenus par application du procédé selon l'invention. La figure 3a schématise un masque 202 obtenu par application de l'étape de génération de masques 201. Les masques 301,302,303 correspondent à certaines zones de l'image. La figure 3b représente une image de la séquence vidéo d'origine 101. L'emplacement des masques 301,302,303 correspond à des zones 25 d'intérêt 311,312,313 de l'image, dans l'exemple il s'agit de véhicules. La figure 3c représente l'image de la séquence décompressée obtenue par décompression du premier flux 109 associé à la couche de base. Cette image présente une résolution diminuée par rapport à l'image d'origine de la figure 3b, cette résolution est uniforme sur toute l'image. 30 La figure 3d représente l'image de la séquence décompressée obtenue par décompression du second flux 105 associé à la couche supplémentaire. Cette image est identique à celle de la figure 3c à l'exception des régions d'intérêts 311,312,313 qui présentent la même résolution que celle de l'image d'origine de la figure 3b et pour laquelle les véhicules sont visibles avec une qualité supérieure à celle de la figure 3c. La figure 4 illustre, sur un synoptique, les étapes d'un procédé de décompression adapté à décompresser un flux compressé 105 selon le procédé selon l'invention ainsi que ses moyens de mise en oeuvre. Le procédé de décompression décrit ci après est repris de la demande 10 de brevet français n° 100802 déposée le 17 mars 2011 par le même demandeur. Le procédé de décompression selon l'invention est exécuté pour un utilisateur autorisé et permet de visionner l'intégralité de la séquence vidéo 15 originale, y compris les zones privées masquées. Le flux compressé 105, par le biais du procédé de compression selon l'invention, est reçu, après transmission, par un décodeur vidéo 400 selon l'invention apte à décompresser et reconstruire la séquence vidéo originale 101. 20 Le flux compressé 105 est reçu par un démultiplexeur 401 qui produit en sortie deux flux compressés 41,42. Le premier flux compressé 41 contient l'information relative à la couche de base, c'est-à-dire la séquence vidéo à une résolution inférieure à la résolution d'origine. Le second flux compressé 42 contient l'information relative à la couche de rehaussement. 25 Pour séparer les deux flux 41,42 à partir du flux unique 105, le démultiplexeur 401 identifie les paquets marqués avec un identifiant spécifique, correspondant à la couche d'information supplémentaire à laquelle seuls les utilisateurs autorisés ont accès. Si le décodeur vidéo standard 410 mis en oeuvre pour décompresser 30 les flux est un décodeur scalable, alors le démultiplexeur réalise uniquement une transposition de l'identifiant des paquets de la couche de rehaussement vers un identifiant compatible du décodeur standard 410 et qui permet d'identifier le flux 42 de paquets comme contenant des données complémentaires à celles de la couche de base 41. Le décodeur scalable 410 permet ensuite de décompresser les deux flux 41,42 simultanément et de recomposer la séquence vidéo d'origine en superposant la séquence masquée avec la séquence résultant de la différence entre la séquence originale et la séquence masquée. Si le décodeur vidéo standard 410 utilisé n'est pas un décodeur scalable (par exemple un décodeur de type H.264/AVC), alors le 10 démultiplexeur sépare en outre les deux flux 41,42 qui sont décodés séparément puis la séquence visionnée est recomposée après décodage. Dans une variante de réalisation de l'invention, si le flux 42 est sécurisé au moyen d'un algorithme de chiffrement, une étape de déchiffrement 402 est exécutée pour déchiffrer le flux 42 à partir de la 15 connaissance de la clé de chiffrement 113. Les moyens de déchiffrement 402 peuvent être dissociés du décodeur vidéo 410 ou intégrés dans ce dernier. Une fois la couche de base décodée 404 et la couche supplémentaire décodée 403, la séquence originale 405 est reconstruite et peut être 20 visionnée par un utilisateur autorisé. L'invention a pour avantage de conserver la compatibilité du flux vidéo compressé avec un décodeur standard scalable. L'invention utilise les propriétés intrinsèques d'un codeur vidéo scalable en séparant la séquence 25 vidéo à transmettre en deux niveaux d'information associés à une couche de base et une couche de rehaussement éventuellement destinés à des groupes d'utilisateurs distincts. L'invention trouve application dans tous les domaines où il est nécessaire de transmettre un flux vidéo à travers un canal de transmission 30 dont la bande passante est limitée. REVENDICATIONS1. Procédé de compression sélective d'une séquence vidéo (101) comprenant une pluralité d'images caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes : Sous-échantillonner spatialement (106) ladite séquence vidéo (101), Compresser (115), à l'aide d'un codeur vidéo (100), la séquence vidéo sous-échantillonnée pour former un premier flux compressé (109) bas débit correspondant à une couche de base, Décompresser (107) ledit premier flux compressé (109) puis le sur-échantillonner spatialement (108), Effectuer la différence (205) entre la séquence vidéo (101) d'origine et ladite séquence décompressée et sur-échantillonnée (108) afin de produire un premier résultat intermédiaire (204), Appliquer (203) un masque occultant (202) sur au moins une première région d'intérêt (102) dudit résultat intermédiaire (204) afin de produire une séquence vidéo fusionnée (103) qui présente dans la ou les région(s) d'intérêt(s) (102) un contenu égal à la différence entre la séquence vidéo (101) d'origine et la séquence décompressée et sur-échantillonnée (108) et dont le reste de l'image est masqué, Compresser (111), à l'aide du même codeur vidéo (100), ladite séquence vidéo fusionnée (103) pour former un deuxième flux compressé (104) correspondant à une première couche supplémentaire,- Multiplexer (114) les premier et deuxième flux compressés (109,104) afin de produire un unique flux compressé (105) bas débit. 2. Procédé de compression selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte en outre les étapes suivantes : Effectuer la différence entre la séquence vidéo (101) d'origine et le deuxième flux compressé (104) puis décompressé (107') afin de produire un second résultat intermédiaire, 10 - Appliquer un masque occultant sur au moins une seconde région d'intérêt (102') dudit second résultat intermédiaire afin de produire une seconde séquence vidéo fusionnée (103') qui présente dans la ou les seconde(s) région(s) d'intérêt(s) (102') un contenu égal à la différence entre la séquence vidéo (101) d'origine et le deuxième flux compressé (104) puis décompressé (107') et dont le reste de l'image est masqué, Compresser (111'), à l'aide du même codeur vidéo (100), ladite seconde séquence vidéo fusionnée (103') pour former un troisième flux compressé (104') correspondant à une seconde 20 couche supplémentaire, Multiplexer (114) le troisième flux compressé (104') avec les premier et deuxième flux compressés (109,104) afin de produire un unique flux compressé (105) bas débit. 25 3. Procédé de compression selon la revendication 2 caractérisé en ce que la seconde région d'intérêt (102') est complémentaire de la première région d'intérêt (102). 4. Procédé de compression selon la revendication 3 caractérisé en ce 30 que l'une des régions d'intérêt (102,102') comporte les objets mobilesde la séquence (101) et l'autre région d'intérêt (102,102') comporte l'arrière plan. 5. Procédé de compression selon l'une des revendications 2 à 4 caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de chiffrement dudit troisième flux compressé (104') avant l'étape de multiplexage (114). 6. Procédé de compression selon l'une des revendications 2 à 5 caractérisé en ce que ledit deuxième flux compressé (104) et/ou ledit troisième flux compressé (104') sont marqués avec un identifiant non interprétable, de façon à ce qu'un décodeur vidéo standard ne puisse pas décompresser ledit deuxième flux compressé (104) et/ou ledit troisième flux compressé (104'). 7. Procédé de compression selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de chiffrement dudit deuxième flux compressé (104) avant l'étape de multiplexage (114). 8. Codeur source vidéo caractérisé en ce qu'il comporte des moyens adaptés à mettre en oeuvre le procédé de compression selon l'une des revendications 1 à 7. 25 9. Codeur source vidéo selon la revendication 8 caractérisé en ce que le codeur est un codeur scalable adapté à produire un unique flux compressé (105) comportant la couche de base et la ou les couches supplémentaires. 30 10. Codeur source vidéo selon la revendication 9 caractérisé en ce que le codeur est compatible du standard H.264/SVC. 15 20