Compressed Random-Access Trees for Spatially Coherent Data

International audienceAdaptive multiresolution hierarchies are highly efficient at representing spatially coherent graphics data. We introduce a framework for compressing such adaptive hierarchies using a compact randomly-accessible tree structure. Prior schemes have explored compressed trees, but nearly all involve entropy coding of a sequential traversal, thus preventing fine-grain random queries required by rendering algorithms. Instead, we use fixed-rate encoding for both the tree topology and its data. Key elements include the replacement of pointers by local offsets, a forested mipmap structure, vector quantization of inter-level residuals, and efficient coding of partially defined data. Both the offsets and codebook indices are stored as byte records for easy parsing by either CPU or GPU shaders. We show that continuous mipmapping over an adaptive tree is more efficient using primal subdivision than traditional dual subdivision. Finally, we demonstrate efficient compression of many data types including light maps, alpha mattes, distance fields, and HDR images

New Directions in Subband Coding

Two very different subband coders are described. The first is a modified dynamic bit-allocation-subband coder (D-SBC) designed for variable rate coding situations and easily adaptable to noisy channel environments. It can operate at rates as low as 12 kb/s and still give good quality speech. The second coder is a 16-kb/s waveform coder, based on a combination of subband coding and vector quantization (VQ-SBC). The key feature of this coder is its short coding delay, which makes it suitable for real-time communication networks. The speech quality of both coders has been enhanced by adaptive postfiltering. The coders have been implemented on a single AT&T DSP32 signal processo

Some new developments in image compression

This study is divided into two parts. The first part involves an investigation of near-lossless compression of digitized images using the entropy-coded DPCM method with a large number of quantization levels. Through the investigation, a new scheme that combines both lossy and lossless DPCM methods into a common framework is developed. This new scheme uses known results on the design of predictors and quantizers that incorporate properties of human visual perception. In order to enhance the compression performance of the scheme, an adaptively generated source model with multiple contexts is employed for the coding of the quantized prediction errors, rather than a memoryless model as in the conventional DPCM method. Experiments show that the scheme can provide compression in the range from 4 to 11 with a peak SNR of about 50 dB for 8-bit medical images. Also, the use of multiple contexts is found to improve compression performance by about 25% to 35%;The second part of the study is devoted to the problem of lossy image compression using tree-structured vector quantization. As a result of the study, a new design method for codebook generation is developed together with four different implementation algorithms. In the new method, an unbalanced tree-structured vector codebook is designed in a greedy fashion under the constraint of rate-distortion trade-off which can then be used to implement a variable-rate compression system. From experiments, it is found that the new method can achieve a very good rate-distortion performance while being computationally efficient. Also, due to the tree-structure of the codebook, the new method is amenable to progressive transmission applications

Application de techniques parcimonieuses et hiérarchiques en reconnaissance de la parole

Les systèmes de reconnaissance de la parole sont fondamentalement dérivés des domaines du traitement et de la modélisation statistique des signaux. Depuis quelques années, d'importantes innovations de domaines connexes comme le traitement d'image et les neurosciences computationnelles tardent toutefois à améliorer la performance des systèmes actuels de reconnaissance de parole. La revue de la littérature a suggéré qu'un système de reconnaissance vocale intégrant les aspects de hiérarchie, parcimonie et grandes dimensions joindrait les avantages de chacun. L'objectif général est de comprendre comment l'intégration de tous ces aspects permettrait d'améliorer la robustesse aux bruits additifs d'un système de reconnaissance de la parole. La base de données TI46 (mots isolés, faible-vocabulaire) est utilisée pour effectuer l'apprentissage non-supervisé et les tests de classification. Les différents bruits additifs proviennent de la base de données NOISEX-92, et permettent d'évaluer la robustesse en conditions de bruit réalistes. L'extraction de caractéristiques dans le système proposé est effectuée par des projections linéaires successives sur des bases, permettant de couvrir de plus en plus de contexte temporel et spectral. Diverses méthodes de seuillage permettent de produire une représentation multi-échelle, binaire et parcimonieuse de la parole. Au niveau du dictionnaire de bases, l'apprentissage non-supervisé permet sous certaines conditions l'obtention de bases qui reflètent des caractéristiques phonétiques et syllabiques de la parole, donc visant une représentation par objets d'un signal. L'algorithme d'analyse en composantes indépendantes (ICA) s'est démontré mieux adapté à extraire de telles bases, principalement à cause du critère de réduction de redondance. Les analyses théoriques et expérimentales ont montré comment la parcimonie peut contourner les problèmes de discrimination des distances et d'estimation des densités de probabilité dans des espaces à grandes dimensions. Il est observé qu'un espace de caractéristiques parcimonieux à grandes dimensions peut définir un espace de paramètres (p.ex. modèle statistique) de mêmes propriétés. Ceci réduit la disparité entre les représentations de l'étage d'extraction des caractéristiques et celles de l'étage de classification. De plus, l'étage d'extraction des caractéristiques peut favoriser une réduction de la complexité de l'étage de classification. Un simple classificateur linéaire peut venir compléter un modèle de Markov caché (HMM), joignant une capacité de discrimination accrue à la polyvalence d'une segmentation en états d'un signal. Les résultats montrent que l'architecture développée offr de meilleurs taux de reconnaissance en conditions propres et bruités comparativement à une architecture conventionnelle utilisant les coefficients cepstraux (MFCC) et une machine à vecteurs de support (SVM) comme classificateur discriminant. Contrairement aux techniques de codage de la parole où la transformation doit être inversible, la reconstruction n'est pas importante en reconnaissance de la parole. Cet aspect a justifié la possibilité de réduire considérablement la complexité des espaces de caractéristiques et de paramètres, sans toutefois diminuer le pouvoir de discrimination et la robustesse