Brevet FR3044196A1 — publié le 20170526

Méthode de compression d'images permettant d'obtenir une qualité de compression fixe L'invention concerne le domaine de la compression d'images et porte 5 sur une méthode de compression d'images permettant d'obtenir une qualité de compression fixe, sans contrainte particulière sur le débit. L'invention s'applique avantageusement à la compression d'images de grande taille, en particulier des images prises par un satellite d'observation. 10 Les méthodes connues de compression d'images sont le plus souvent basées sur des modèles faisant intervenir à la fois la qualité de compression (ou la distorsion engendrée par l'opération de compression) et le débit obtenu après compression Le défaut de ces solutions est qu'elles contrôlent 15 la qualité de compression via une quantité annexe qui est le débit et permettent le plus souvent un contrôle global (sur toute l'image) de la qualité sans permettre une régulation locale. Pour des applications qui n'imposent pas de débit contraint, il existe un besoin d'une méthode de compression d'images qui permet d'obtenir une 20 qualité cible sur chaque zone ou bloc de l'image sans contrôle du débit. De telles applications incluent notamment la transmission d'images depuis un satellite d'observation vers une station au sol. Les prises de vues effectuées par un satellite d'observation correspondent à des images de grande taille pour lesquelles la qualité de compression est un paramètre prépondérant 25 alors que le canal de transmission de la liaison descendante entre le satellite et le sol présente le plus souvent une compatibilité avec des débits de transmission plus importants que pour d'autres applications de transmission sans fils. 30 On connait par ailleurs les méthodes de compression d'images décrites dans les documents FR3013490 et EP1037470. 3044196 2 La méthode décrite dans le document FR3013490 présente l'inconvénient de fonctionner selon un processus itératif complexe qui est difficilement compatible d'une implémentation sur un dispositif à ressources limitées. La méthode décrite dans le document EP1037470 est basée sur une modélisation de la distorsion qui dépend du débit. L'invention propose une méthode de compression d'image basée sur un modèle de distorsion qui ne fait pas intervenir le débit. Un avantage de cette méthode est qu'elle permet de réguler aussi 10 bien localement que globalement la qualité de l'image compressée, et ne nécessite aucun a priori sur l'image à comprimer. L'invention a pour objet une méthode de compression d'images comprenant les étapes suivantes appliquées à au moins une image : 15 - Décorréler l'image en lui appliquant une transformée mathématique de sorte à obtenir un ensemble de coefficients, - Décomposer l'image en blocs et, pour chaque bloc de l'image, - Quantifier lesdits coefficients à l'aide d'un quantificateur scalaire uniforme à zone morte ayant une demi-zone morte de taille T et un 20 pas de quantification A, - Coder les coefficients quantifiés, - La taille T de la demi-zone morte du quantificateur scalaire étant déterminée par minimisation de l'écart entre une distorsion de quantification estimée D(T), dépendant au moins de la dite taille T, 25 et une distorsion de quantification cible Dc. Selon un aspect particulier de l'invention, la distorsion de quantification estimée correspond à une erreur moyenne commise en quantifiant lesdits coefficients à l'aide du quantificateur scalaire uniforme à zone morte. 30 Selon un aspect particulier de l'invention, la distorsion de quantification estimée est déterminée comme la somme d'un premier terme 3044196 3 représentatif de la distorsion de quantification engendrée par la mise à zéro des coefficients dont le module est inférieur à la taille T de la demi-zone morte et d'un second terme représentatif de la distorsion de quantification engendrée par la quantification, avec le pas de quantification A, des 5 coefficients ayant une un module supérieur ou égal à la taille T de la demi-zone morte. Selon un aspect particulier de l'invention, ledit second terme est déterminé par le calcul suivant : a2M(T)-T2 où a est un paramètre 12 prédéterminé du quantificateur et M(T) est le nombre de coefficients dont le 10 module est supérieur ou égal à la taille T de la demi-zone morte du quantificateur scalaire. Selon une variante particulière, la méthode de compression d'images selon l'invention comprend en outre, pour chaque bloc, la détermination du pas de quantification à comme étant égal à la taille T de la demi-zone morte 15 déterminée et pondérée par un paramètre a prédéterminé. Le paramètre a peut être choisi dans l'intervalle [0,2 ; 3] et peut être déterminé indépendamment pour chaque bloc. Le paramètre a peut être fixé à une valeur identique pour tous les blocs de l'image. 20 Selon un aspect particulier de l'invention, la méthode peut comprendre en outre une étape de codage sans perte du paramètre a. Selon un aspect particulier de l'invention, ladite transformée mathématique est une transformée en ondelettes ou une transformée en cosinus discrète. 25 Selon un aspect particulier de l'invention, les coefficients quantifiés sont codés à l'aide d'un codeur source, par exemple un codeur entropique. Selon une variante particulière, la méthode selon l'invention comprend en outre, pour chaque bloc, une étape de codage sans perte de la taille T de la demi-zone morte. 30 3044196 4 L'invention a également pour objet un codeur image comprenant des moyens configurés pour mettre en oeuvre la méthode de compression d'image selon l'invention. L'invention a aussi pour objet un codeur image pour coder au moins 5 une image comprenant : - Un premier module configuré pour - Décorréler l'image en lui appliquant une transformée mathématique de sorte à obtenir un ensemble de coefficients, - Décomposer l'image en blocs et, pour chaque bloc de l'image, - Un quantificateur scalaire uniforme à zone morte de demi-zone morte de taille T et de pas de quantification A pour quantifier lesdits coefficients, - Un codeur source pour coder les coefficients quantifiés, - La taille T de la demi-zone morte du quantificateur scalaire étant déterminée par minimisation de l'écart entre une distorsion de quantification estimée D(T), dépendant au moins de la dite taille T, et une distorsion de quantification cible Dc. L'invention a aussi pour objet un satellite comprenant un codeur image selon l'invention. Le satellite selon l'invention peut comprendre en outre des moyens de transmission au sol des coefficients quantifiés codés et/ou de la taille T de la 25 demi-zone morte codée et/ou du paramètre a codé. L'invention a encore pour objet un programme d'ordinateur comportant des instructions pour l'exécution de la méthode de compression d'image selon l'invention, lorsque le programme est exécuté par un processeur. 30 L'invention a encore pour objet un support d'enregistrement lisible par un processeur sur lequel est enregistré un programme comportant des 3044196 5 instructions pour l'exécution de la méthode de compression d'image selon l'invention, lorsque le programme est exécuté par un processeur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 5 apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit en relation aux dessins annexés qui représentent : La figure 1, un organigramme détaillant les étapes de la méthode de compression d'images selon l'invention, Les figures 2a et 2b, deux exemples de trames binaires utilisées pour 10 la transmission des résultats de compression d'une image, La figure 3, un schéma illustrant un codeur d'images selon l'invention. La figure 1 illustre, sur un organigramme, les étapes de la méthode de compression d'images selon l'invention. La méthode est décrite pour la 15 compression d'une image I vers une image codée Ic. Pour un flux d'images comprenant une succession de prises de vues, la méthode s'applique de façon séquentielle et identique pour chaque image du flux. Cette méthode comprend une première étape 101 de décorrélation de l'image I par l'application d'une transformée mathématique du type 20 transformée orthogonale ou bi-orthogonale permettant de décorréler l'information contenue dans l'image, par exemple en agissant sur son contenu fréquentiel. La transformée mathématique utilisée peut typiquement être une transformée en cosinus discrète (DCT en anglais) ou une transformée en ondelettes ou toute autre transformée mathématique équivalente. La transformée mathématique utilisée peut, par exemple, permettre d'obtenir un ensemble de coefficients représentatifs du contenu fréquentiel de l'image I. La transformée mathématique utilisée peut, par ailleurs, permettre d'obtenir une représentation parcimonieuse de l'image, c'est-à-dire dont le module des coefficients transformés ordonnés décroit rapidement. 3044196 6 L'image I est ensuite décomposée 102 en blocs de pixels correspondants à des zones de l'image. Ces blocs sont, par exemple, de dimension égale à 8 pixels par 8 pixels mais peuvent être de tailles différentes du moment qu'ils permettent un pavage complet de l'image I. Un 5 bloc peut également être confondu avec l'image dans son intégralité. Les étapes suivantes de la méthode de compression sont appliquées successivement à chaque bloc de l'image I obtenue par la décomposition 102. Au préalable, on effectue un réarrangement des coefficients de la 10 transformée appliquée à l'étape 101 pour les réordonner afin que chaque bloc de coefficients de l'image transformée corresponde à un bloc de la décomposition 102 de l'image. Les blocs de coefficients sont par la suite quantifiés 104 par un quantificateur scalaire uniforme à zone morte de paramètres T 15 correspondant à la taille de la demi-zone morte et A correspondant au pas de quantification. Pour rappel, un quantificateur scalaire uniforme à zone morte a pour fonction de quantifier un nombre réel de la façon suivante : - Les nombres dont la valeur absolue est inférieure à T sont mis à zéro, 20 Les nombres dont la valeur absolue est supérieure ou égale à T sont quantifiés à l'aide du pas de quantification A. Le document « an overview of quantization in JPEG 2000, Michael Marcellin et al.,Signal Processing : Image Communication, 2002 » décrit l'utilisation d'un tel quantificateur scalaire uniforme à zone morte dans le 25 contexte de la norme de compression d'image JPEG 2000. Dans une étape 103 préalable à l'opération 105 de quantification scalaire, on détermine la valeur optimale du paramètre T qui permet d'obtenir une distorsion de quantification la plus proche possible d'une distorsion cible 30 Dc. 3044196 7 La distorsion de quantification correspond à l'erreur quadratique moyenne commise en quantifiant les coefficients à l'aide du quantificateur scalaire uniforme à zone morte. Cette distorsion de quantification peut être estimée comme la somme 5 de deux termes. Le premier terme correspond à la distorsion engendrée par la mise à zéro des coefficients dont le module est inférieur à T. Le second terme correspond à la distorsion engendrée par la quantification, avec le pas de quantification A, des coefficients dont le module est supérieur ou égal à T. La relation (1) donne un exemple d'estimation de la distorsion de 10 quantification sur la base de ce modèle. D(T)=1[Do(T)+ a2 M(T)-T2 (1) 12 Le premier terme Do(T) correspond à la distorsion engendrée par la mise à zéro des coefficients C1 dont le module est inférieur à T et peut être calculée à l'aide de la relation (2). 2 15 D0(T)= Elcii (2) IC,I REVENDICATIONS1. Méthode de compression d'images comprenant les étapes suivantes appliquées à au moins une image (I) : - Décorréler (101) l'image (I) en lui appliquant une transformée mathématique de sorte à obtenir un ensemble de coefficients, - Décomposer (102) l'image (I) en blocs et, pour chaque bloc de l'image (I), - Quantifier (105) lesdits coefficients à l'aide d'un quantificateur scalaire uniforme à zone morte ayant une demi-zone morte de taille T et un pas de quantification A, - Coder (106) les coefficients quantifiés, - La taille T de la demi-zone morte du quantificateur scalaire étant déterminée (103) par minimisation de l'écart entre une distorsion de quantification estimée D(T), dépendant au moins de la dite taille T, et une distorsion de quantification cible De. 2. Méthode de compression d'images selon la revendication 1 dans laquelle la distorsion de quantification estimée correspond à une erreur moyenne commise en quantifiant lesdits coefficients à l'aide du quantificateur scalaire uniforme à zone morte. 3. Méthode de compression d'images selon la revendication 2 dans laquelle la distorsion de quantification estimée est déterminée comme la somme d'un premier terme représentatif de la distorsion de quantification engendrée par la mise à zéro des coefficients dont le module est inférieur à la taille T de la demi-zone morte et d'un second terme représentatif de la distorsion de quantification engendrée par la quantification, avec le pas de quantification A, des coefficients ayant une un module supérieur ou égal à la taille T de la demi-zone morte. 304 4 196 14 4. Méthode de compression d'images selon la revendication 3 dans laquelle T2 où ledit second terme est déterminé par le calcul suivant : a2M(T)-12, ou a est un paramètre prédéterminé du quantificateur et M(T) est le nombre de coefficients dont le module est supérieur ou égal à la taille T de la demi- 5 zone morte du quantificateur scalaire. 5. Méthode de compression d'images selon l'une des revendications précédentes comprenant en outre, pour chaque bloc, la détermination (104) du pas de quantification A comme étant égal à la taille T de la demi- 10 zone morte déterminée et pondérée par un paramètre a prédéterminé. 6. Méthode de compression d'images selon la revendication 5 dans laquelle le paramètre a est choisi dans l'intervalle [0,2 ; 3]. 15 7. Méthode de compression d'images selon l'une des revendications 5 ou 6 dans laquelle le paramètre a est déterminé indépendamment pour chaque bloc. 8. Méthode de compression d'images selon l'une des revendications 5 ou 6 20 dans laquelle le paramètre a est fixé à une valeur identique pour tous les blocs de l'image. 9. Méthode de compression d'images selon l'une des revendications 5 à 8 comprenant en outre une étape (108) de codage sans perte du paramètre 25 a. 10.Méthode de compression d'images selon l'une des revendications précédentes dans laquelle ladite transformée mathématique est une transformée en ondelettes ou une transformée en cosinus discrète. 30 11. Méthode de compression d'images selon l'une des revendications précédentes dans laquelle les coefficients quantifiés sont codés (106) à l'aide d'un codeur source, par exemple un codeur entropique. 3044196 15 12. Méthode de compression d'images selon l'une des revendications précédentes comprenant en outre, pour chaque bloc, une étape (107) de 5 codage sans perte de la taille T de la demi-zone morte. 13. Codeur image (300) comprenant des moyens configurés pour mettre en oeuvre la méthode de compression d'image selon l'une des revendications précédentes. 10 14. Codeur image (300) pour coder au moins une image (I) comprenant : - Un premier module (DEC) configuré pour - Décorréler (101) l'image (I) en lui appliquant une transformée mathématique de sorte à obtenir un ensemble 15 de coefficients, - Décomposer (102) l'image (I) en blocs et, pour chaque bloc de l'image (I), - Un quantificateur scalaire uniforme à zone morte (QS) de demi-zone morte de taille T et de pas de quantification A pour quantifier 20 lesdits coefficients, - Un codeur source (COD) pour coder les coefficients quantifiés, - La taille T de la demi-zone morte du quantificateur scalaire étant déterminée (103) par minimisation de l'écart entre une distorsion de quantification estimée D(T), dépendant au moins de la dite taille 25 T, et une distorsion de quantification cible Dc. 15.Satellite comprenant un codeur image (300) selon l'une des revendications 13 ou 14. 30 16. Satellite selon la revendication 15 comprenant en outre des moyens de transmission au sol des coefficients quantifiés codés et/ou de la taille T de la demi-zone morte codée et/ou du paramètre a codé. 3044196 16 17. Programme d'ordinateur comportant des instructions pour l'exécution de la méthode de compression d'image selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, lorsque le programme est exécuté par un processeur. 5 18.Support d'enregistrement lisible par un processeur sur lequel est enregistré un programme comportant des instructions pour l'exécution de la méthode de compression d'image selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, lorsque le programme est exécuté par un 10 processeur.