Compression vidéo basée sur l'exploitation d'un décodeur intelligent

This Ph.D. thesis studies the novel concept of Smart Decoder (SDec) where the decoder is given the ability to simulate the encoder and is able to conduct the R-D competition similarly as in the encoder. The proposed technique aims to reduce the signaling of competing coding modes and parameters. The general SDec coding scheme and several practical applications are proposed, followed by a long-term approach exploiting machine learning concept in video coding. The SDec coding scheme exploits a complex decoder able to reproduce the choice of the encoder based on causal references, eliminating thus the need to signal coding modes and associated parameters. Several practical applications of the general outline of the SDec scheme are tested, using different coding modes during the competition on the reference blocs. Despite the choice for the SDec reference block being still simple and limited, interesting gains are observed. The long-term research presents an innovative method that further makes use of the processing capacity of the decoder. Machine learning techniques are exploited in video coding with the purpose of reducing the signaling overhead. Practical applications are given, using a classifier based on support vector machine to predict coding modes of a block. The block classification uses causal descriptors which consist of different types of histograms. Significant bit rate savings are obtained, which confirms the potential of the approach.Cette thèse de doctorat étudie le nouveau concept de décodeur intelligent (SDec) dans lequel le décodeur est doté de la possibilité de simuler l’encodeur et est capable de mener la compétition R-D de la même manière qu’au niveau de l’encodeur. Cette technique vise à réduire la signalisation des modes et des paramètres de codage en compétition. Le schéma général de codage SDec ainsi que plusieurs applications pratiques sont proposées, suivis d’une approche en amont qui exploite l’apprentissage automatique pour le codage vidéo. Le schéma de codage SDec exploite un décodeur complexe capable de reproduire le choix de l’encodeur calculé sur des blocs de référence causaux, éliminant ainsi la nécessité de signaler les modes de codage et les paramètres associés. Plusieurs applications pratiques du schéma SDec sont testées, en utilisant différents modes de codage lors de la compétition sur les blocs de référence. Malgré un choix encore simple et limité des blocs de référence, les gains intéressants sont observés. La recherche en amont présente une méthode innovante qui permet d’exploiter davantage la capacité de traitement d’un décodeur. Les techniques d’apprentissage automatique sont exploitées pour but de réduire la signalisation. Les applications pratiques sont données, utilisant un classificateur basé sur les machines à vecteurs de support pour prédire les modes de codage d’un bloc. La classification des blocs utilise des descripteurs causaux qui sont formés à partir de différents types d’histogrammes. Des gains significatifs en débit sont obtenus, confirmant ainsi le potentiel de l’approche

Seminario sullo Standard MPEG-4: utilizzo ed aspetti implementativi

Una delle tecnologie chiave che hanno permesso il grande sviluppo della televisione digitale è la compressione video. La tecnologia di codifica video nota come MPEG-2, sviluppata nei primi anni novanta, è diventata lo standard di trasmissione DTV (Digital TV) sia satellitare sia terrestre in quasi tutti i paesi del mondo. Da allora la velocità dei microprocessori e le capacità di memoria dei dispositivi hardware per la codifica e la decodifica sono migliorate significativamente rendendo possibile lo sviluppo e l’implementazione di algoritmi di codifica innovativi in grado di abbattere significativamente i limiti di compressione dello standard MPEG-2. Tali innovazioni, sfociate nel 2003 nello standard MPEG-4 AVC (Advanced Video Coding), non hanno permesso di mantenere la compatibilità all’indietro con l’MPEG-2, e questo ha inizialmente costituito un limite alla loro introduzione nei sistemi di trasmissione DTV. Tuttavia, negli ultimi anni la codifica MPEG-4 AVC si è diffusa rapidamente, è stata adottata dal progetto DVB, recentemente dall’ATSC, ed è lo standard di codifica nell’IPTV. L’obiettivo di questo seminario, che si articola in due giornate, è quello di presentare lo standard di codifica MPEG-4 AVC con particolare attenzione agli aspetti implementativi del livello di codifica video.2008-11-18Sardegna Ricerche, Edificio 2, Località Piscinamanna 09010 Pula (CA) - ItaliaSeminario sullo Standard MPEG-4: utilizzo ed aspetti implementativ

Towards visualization and searching :a dual-purpose video coding approach

In modern video applications, the role of the decoded video is much more than filling a screen for visualization. To offer powerful video-enabled applications, it is increasingly critical not only to visualize the decoded video but also to provide efficient searching capabilities for similar content. Video surveillance and personal communication applications are critical examples of these dual visualization and searching requirements. However, current video coding solutions are strongly biased towards the visualization needs. In this context, the goal of this work is to propose a dual-purpose video coding solution targeting both visualization and searching needs by adopting a hybrid coding framework where the usual pixel-based coding approach is combined with a novel feature-based coding approach. In this novel dual-purpose video coding solution, some frames are coded using a set of keypoint matches, which not only allow decoding for visualization, but also provide the decoder valuable feature-related information, extracted at the encoder from the original frames, instrumental for efficient searching. The proposed solution is based on a flexible joint Lagrangian optimization framework where pixel-based and feature-based processing are combined to find the most appropriate trade-off between the visualization and searching performances. Extensive experimental results for the assessment of the proposed dual-purpose video coding solution under meaningful test conditions are presented. The results show the flexibility of the proposed coding solution to achieve different optimization trade-offs, notably competitive performance regarding the state-of-the-art HEVC standard both in terms of visualization and searching performance.Em modernas aplicações de vídeo, o papel do vídeo decodificado é muito mais que simplesmente preencher uma tela para visualização. Para oferecer aplicações mais poderosas por meio de sinais de vídeo,é cada vez mais crítico não apenas considerar a qualidade do conteúdo objetivando sua visualização, mas também possibilitar meios de realizar busca por conteúdos semelhantes. Requisitos de visualização e de busca são considerados, por exemplo, em modernas aplicações de vídeo vigilância e comunicações pessoais. No entanto, as atuais soluções de codificação de vídeo são fortemente voltadas aos requisitos de visualização. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho é propor uma solução de codificação de vídeo de propósito duplo, objetivando tanto requisitos de visualização quanto de busca. Para isso, é proposto um arcabouço de codificação em que a abordagem usual de codificação de pixels é combinada com uma nova abordagem de codificação baseada em features visuais. Nessa solução, alguns quadros são codificados usando um conjunto de pares de keypoints casados, possibilitando não apenas visualização, mas também provendo ao decodificador valiosas informações de features visuais, extraídas no codificador a partir do conteúdo original, que são instrumentais em aplicações de busca. A solução proposta emprega um esquema flexível de otimização Lagrangiana onde o processamento baseado em pixel é combinado com o processamento baseado em features visuais objetivando encontrar um compromisso adequado entre os desempenhos de visualização e de busca. Os resultados experimentais mostram a flexibilidade da solução proposta em alcançar diferentes compromissos de otimização, nomeadamente desempenho competitivo em relação ao padrão HEVC tanto em termos de visualização quanto de busca