Les dernières normes de codage vidéo, telles que H.264 et H.265, sont extrêmement vulnérables dans les réseaux sujets aux erreurs. En raison de leurs outils sophistiqués de prédiction spatiale et temporelle, l’effet d’une erreur ne se limite pas à la zone erronée, mais il peut facilement se propager spatialement aux blocs voisins et temporellement aux images suivantes. Ainsi, les paquets vidéos reconstruits au décodeur peuvent présenter une dégradation significative de la qualité visuelle. La dissimulation d’erreurs et les corrections d’erreurs sont deux mécanismes qui ont été développés pour améliorer la qualité des trames reconstruites en présence d’erreurs.
Dans la plupart des approches existantes de dissimulation d’erreurs, les paquets corrompus sont ignorés et seules les informations correctement reçues des zones environnantes (dans l’espace et/ou dans le temps) sont utilisées pour récupérer la zone erronée. Cela est dû au fait qu’il n’existe aucun mécanisme de détection d’erreur parfait pour identifier correctement les blocs reçus dans un paquet corrompu, et aussi au problème de désynchronisation provoqué par les erreurs de transmission sur le code à longueur variable (VLC). Mais, comme de nombreuses études l’ont montré, les paquets corrompus peuvent contenir des informations précieuses pouvant être utilisées pour reconstruire correctement la zone perdue (par exemple, lorsque l’erreur est située à la fin d’une tranche).
D’autre part, les approches de correction d’erreur, telles que le décodage en liste, exploitent les paquets corrompus pour générer plusieurs paquets candidats transmis à partir du paquet reçu corrompu. Ils sélectionnent ensuite, parmi ces candidats, celui qui présente la probabilité la plus élevée d’être le paquet transmis sur la base des informations souples disponibles (par exemple, le rapport log-vraisemblance (LLR) de chaque bit). Cependant, les approches de décodage de liste souffrent d’un grand espace de solutions de paquets transmis candidats. Cela est aggravé lorsque les informations logicielles ne sont pas disponibles au niveau de la couche d’application; un scénario plus réaliste en pratique. En effet, comme on ignore quels bits ont des probabilités plus élevées d’avoir été modifiés au cours de la transmission, les paquets reçus candidats ne peuvent être classés par vraisemblance.
Dans cette thèse, nous proposons différentes stratégies pour améliorer la qualité des paquets reconstruits qui ont été légèrement endommagés lors de la transmission (par exemple au plus une erreur par paquet). Nous proposons d’abord un mécanisme simple mais efficace pour filtrer les paquets endommagés afin de conserver ceux qui sont susceptibles de conduire à une très bonne reconstruction et d’éliminer les autres. Cette méthode peut être utilisée en complément à la plupart des méthodes de dissimulation existantes pour améliorer leurs performances. La méthode est basée sur le nouveau concept de bits non désynchronisants (NDBs) définis dans le contexte d’une séquence compressée à l’aide de codes à longueur variable (CAVLC) en H.264, en tant que bit dont l’inversion ne provoque pas de désynchronisation au niveau du flux binaire ni ne modifie le nombre de macroblocs décodés. Nous établissons que, sur des trains de bits codés typiques, les NDBs constituent environ un tiers (environ 30%) d’un train de bits et que l’effet sur la qualité visuelle du renversement de l’un d’eux dans un paquet est généralement insignifiant. Dans la plupart des cas (90%), la qualité du paquet reconstruit lors de la modification d’un NDB individuel est presque identique à celle du paquet intact. Nous démontrons ainsi que conserver, sous certaines conditions, un paquet corrompu en tant que candidat pour la zone perdue peut fournir une meilleure qualité visuelle que les méthodes de dissimulation. Nous proposons enfin un cadre de décodage non désynchronisé, qui conserve un paquet corrompu, à condition de ne pas provoquer de désynchronisation et de ne pas modifier le nombre de macroblocs attendus. Le cadre peut être combiné avec la plupart des approches de dissimulation actuelles. L’approche proposée est comparée à la copie de trame (FC) du logiciel JM (Joint Model) (JM-FC) et à une approche de dissimulation de pointe utilisant le mécanisme de l’algorithme d’adaptation de limite spatiotemporelle (STBMA), dans le cas d’un bit d’erreur, et fournit en moyenne respectivement un gain de 3,5 dB et 1,42 dB.
Nous proposons ensuite une nouvelle approche de décodage en liste appelée CFLD (checksum-filtered list decoding)) qui permet de corriger un paquet au niveau du train de bits en exploitant la valeur de somme de contrôle du protocole de datagramme utilisateur (UDP) du destinataire. L’approche proposée permet d’identifier les emplacements possibles d’erreurs en analysant le modèle de la somme de contrôle UDP calculée sur le paquet corrompu. Cela permet de réduire considérablement le nombre de paquets candidats transmis par rapport aux approches classiques de décodage en liste, en particulier lorsqu’aucune information souple n’est disponible. Lorsqu’un paquet composé de N bits contient un seul bit erroné, au lieu de considérer les paquets candidats au nombre de N, comme c’est le cas dans les approches de décodage en liste conventionnelles, l’approche proposée prend en compte environ N/32 candidats, entraînant une réduction de 97% du nombre de candidats. Cette réduction peut atteindre 99,6% dans le cas de deux bits erronés. Les performances de la méthode sont évaluées à l’aide de H.264 et H.265. Nous montrons que, dans le cas d’une séquence codée H.264, en moyenne, l’approche CFLD est capable de corriger le paquet 66% du temps. Elle offre également un gain de 2,74 dB sur JM-FC et des gains de 1,14 dB et 1,42 dB sur STBMA et un décodage par vraisemblance maximale en sortie dure (HO-MLD), respectivement. De plus, dans le cas de HEVC, l’approche CFLD corrige le paquet corrompu 91% du temps et offre des gains de 2,35 dB et 4,97 dB sur notre mise en oeuvre de la dissimulation de FC dans le logiciel de modèle de test HEVC (HM-FC) pour les séquences des classes B (1920×1080) et C (832×480), respectivement.
| Date | 29 mai 2019 |
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| langue originale | Anglais américain |
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| Établissement diplômant | - École de technologie supérieure
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| Superviseur | Stéphane Coulombe (Directeur(-trice)), Francois Xavier Coudoux (Codirecteur(-trice)) & Patrick Corlay (Codirecteur(-trice)) |
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