La compression vidéo a retenu l’attention ces dernières années en raison de la popularité croissante des applications vidéo à haute définition (HD) et ultra HD et de la puissance de traitement accrue du matériel et des logiciels. Le codage vidéo à haute efficacité (HEVC)/H.265 est la norme de codage la plus récente. Elle permet une amelioration significative de l’efficacité de la compression par rapport aux normes antérieures et fournit une réduction de débit de 50%, pour la même qualité, par rapport à la célèbre norme H.264/advanced video coding (AVC).
L’amélioration des performances de high efficiency video coding (HEVC) se fait au detriment d’une complexité de calculs beaucoup plus élevée au niveau de l’encodeur, rendant difficile le déploiement de HEVC dans des applications en temps réel. HEVC augmente le nombre de modes de codage intra à 35, offrant une plus grande efficacité de codage que les autres normes de codage vidéo tout en augmentant la complexité du codeur, principalement en raison du processus de décision de mode par optimisation débit-distorsion (RDO). En outre, dans le processus de fractionnement de trame, H.264/AVC utilise des macroblocs de 16 × 16 pixels, tandis que HEVC introduit des unités de codage arborescent (CTUs) avec une taille maximale de 64 × 64. Le CTU peut être fractionné, de manière récursive et adaptative selon le contenu, en unités de codage (CUs) possédant une structure en arbre quaternaire. Il en résulte un codage efficace des régions d’arrière-plan et des objets avec diverses tailles et formes. En plus de la complexité imposée par la décision de mode, le processus de partitionnement de trame entraîne une complexité de calcul importante.
Au vu de cela, dans cette thèse, le codage HEVC intra est étudié et de multiples methods sont proposées pour réduire sa complexité de calculs et son temps de codage. Les methods proposées tournent autour de deux domaines de décision, celui du mode de codage et celui de la taille des CUs.
La première méthode proposée est basée sur la prédiction du coût RDO par une métrique basée sur la SATD de plus faible complexité. Grâce à la prédiction du coût RDO, les modes non prometteurs sont écartés du traitement ultérieur; ce qui entraîne une économie de calculs substantielle. Cette méthode permet une réduction de 30% du temps de traitement avec une augmentation de 0,8% du Bjøntegaard delta rate (BD-Rate) par rapport au modèle de test HEVC (HM), représentant ainsi un compromis souhaitable.
Dans la deuxième contribution, une classification de mode lors du codage chromatique est proposée pour réduire de façon adaptative les modes intra-chromatiques en fonction de la texture du bloc. Par rapport au HM, la méthode proposée de décision de mode chroma fournit une réduction de temps de 6% avec une augmentation de BD-Rate de 0,07%.
La troisième contribution de cette thèse est une méthode basée sur le gradient, utilisant l’opérateur de Prewitt, pour éliminer les modes directionnels non pertinents de la liste des candidats. La méthode proposée permet une réduction du temps de 11,4% avec une augmentation de BD-Rate de 0,62% par rapport au HM.
Dans la quatrième méthode proposée, les modes les plus pertinents des blocs voisins sont considérés pour exploiter la redondance spatiale à travers une trame. Une classification des coûts de SATD est également proposée qui permet l’élimination de plusieurs modes candidats avant le RDO. Nous montrons que ces deux approches, combinées à l’algorithme basé sur le gradient, fournissent une réduction de temps de 35,6% avec une perte de BD-Rate de 1,07%.
Les méthodes de décision de mode proposées sont ensuite combinées, aboutissant à une réduction du temps de codage de 47,3% avec une perte de qualité de 1,37% de BD-Rate par rapport au HM.
La cinquième contribution de cette thèse est une méthode de codage intra rapide basée sur des gradients globaux et directionnels pour terminer rapidement le fractionnement au niveau des CUs et éviter d’effectuer le processus RDO à haute complexité pour les prochains niveaux de CUs. Cette approche, combinée à la décision de mode, réduit le temps de codage de 52% en moyenne, avec une faible perte de qualité de 1,50% de BD-Rate.
Dans la sixième contribution, une méthode basée sur la classification bayésienne est propose pour réduire la complexité du processus de fractionnement des CUs. Deux problèmes de classification binaires sont considérés pour effectuer un fractionnement précoce et un arrêt anticipé du fractionnement. Il est montré qu’en utilisant la méthode proposée, une reduction de temps de 43,2% avec une perte de qualité de 1,07% de BD-Rate peut être obtenue.
La septième contribution est une méthode de décision de taille des CUs basée sur l’apprentissage par renforcement, l’acquisition de caractéristiques actives et les réseaux de neurones. Cette méthode effectue un fractionnement précoce et un arrêt anticipé du fractionnement en considérant le codeur et le CU comme un système agent-environnement. La méthode proposée fournit une réduction du temps de 51,3% avec une perte de BD-Rate de 0,84% . De plus, la combinaison des méthodes de décision de mode proposées avec cette nouvelle approche donne une réduction totale du temps de 62,4% pour une perte de BD-Rate de 1,23% comparativement au HM.
| Date | 30 août 2018 |
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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)) |
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