1 / 67

Régulation de débit pour MPEG-4 SVC

Stratégies d’encodage pour codeur vidéo scalable. Yohann Pitrey Encadrement : M. Babel, O. Déforges IETR – Équipe Image et Télédétection UMR 6164 INSA de Rennes 16 Septembre 2009. Régulation de débit pour MPEG-4 SVC. Plan. Introduction

sari
Télécharger la présentation

Régulation de débit pour MPEG-4 SVC

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Stratégies d’encodage pour codeur vidéo scalable Yohann PitreyEncadrement : M. Babel, O. DéforgesIETR – Équipe Image et Télédétection UMR 6164INSA de Rennes16 Septembre 2009 Régulation de débit pour MPEG-4 SVC

  2. Plan • Introduction • Problématique : Régulation de débit pour codage vidéo scalable • Outils et méthodologie • Contributions • Conclusion et perspectives

  3. Codage vidéo Objectif :Réduire le volume de données nécessaire pour représenter une séquence d’images Applications : Stockage de vidéos : 4.7 Go MPEG-4 AVC : 4 heures Sans codage : 5 minutes 704 x 576 pixels25 img/seconde Transmission de vidéos :

  4. Solution 1: simulcast (flux vidéo indépendants) Codage vidéo et cibles hétérogènes Problème : Réseaux et terminaux hétérogènes

  5. Plusieurs couches scalabilité spatiale scalabilité en qualité scalabilité temporelle Codage vidéo scalable Solution 2 : codage vidéo scalable (un flux unique) Avantage : Codage conjoint des couches économie de données

  6. Amélioration du rapport qualité/débit Qualité Débit Débit sans régulation Débit avec régulation Débit consigne Débit Images Images Stratégies d’encodage • Optimisation débit/distorsion • Améliorer les outils de codage • Augmenter le rapport qualité/débit • Régulation de débit • Choisir les paramètres d’encodage • Respecter une consigne

  7. Plan • Introduction • Problématique : Régulation de débit pour le Codage vidéo scalable • Outils et méthodologie • Contributions • Conclusion et perspectives

  8. Cibles hétérogènes Contraintes deTransmission Contrainte de Latence faible Régulation de débit pour le Codage Vidéo Scalable Contexte actuel de diffusion de vidéos : Transmission Décodage Acquisition Lecture Encodage Contraintes : Décodage • Codage vidéo scalable • Régulation de débit : • Fine • Par couche • Complexité faible en calculs

  9. Plan • Introduction • Problématique :Régulation de débit pour le Codage vidéo scalable • Outils et méthodologie • MPEG-4 SVC • Régulation de débit • Contributions • Conclusion et perspectives

  10. Séquence d’imagesnon compressée = * 011001001100011001001100101100111001 + = 11001000110011 Flux vidéo compressé Schéma de codage MPEG-4 AVC Codage entropique Prédiction Transformée Quantification

  11. Prédiction Transformée Quantification Couche de base Prédiction inter-couches Prédiction Transformée Quantification Rehaussement spatial Prédiction inter-couches Codage entropique Codage entropique Codage entropique Codage entropique Prédiction Transformée Quantification Rehaussement en qualité Prédiction inter-couches Flux vidéo compressé Prédiction Transformée Quantification Rehaussement temporel Schéma de codage scalable MPEG-4 SVC

  12. MPEG-4 SVC • Extension de la norme MPEG-4 AVC • Couche de base compatible avec MPEG-4 AVC • Un encodeur de référence : JSVM • Plan de vérification de la norme • Comparaison des performances avec MPEG-4 AVC • Configurations scalables types

  13. Intra Prédiction Bi-prédiction I P B Efficacité de codage Images B hiérarchiques B B B B B B Efficacité de codage B I P Types et Groupes d’Images • Types d’images • Différents outils de prédiction : • Intra image • Inter images, 1 image de référence • Inter images, 2 images de référence • Groupes d’images (GOP) hiérarchiques

  14. Plan • Introduction • Problématique : Régulation de débit pour le Codage vidéo scalable • Outils et méthodologie • MPEG-4 SVC • Régulation de débit • Contributions • Conclusion et perspectives

  15. Niveau séquence Niveau GOP Niveau image Niveau macrobloc Finesse Complexité Niveaux de régulation

  16. Répartition de budget • Budget : nombre de bits souhaité • Niveau GOP • Budget constant par GOP • Niveau image • Budget constant par image ou • Budget en fonction du type d’image

  17. Bloc transformé Bloc quantifié QP i j z Quantification -26 -4 -6 2 2 -1 0 0 -10 -1 -2 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 -2 -4 1 1 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 -3 1 5 -1 -1 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 -4 1 2 -1 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 0 18 0 0 5 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 51 3 3 598 Codage entropique Transformée Prédiction Respect du budget • Niveau image : • Choix du paramètre de quantification (QP) : q = 0  quantification faible q = 51  quantification forte

  18. Problème :Comment choisir le QP ? Deux types d’approches : Recherche exhaustive : Encoder l’image avec toutesles valeurs de QP possibles  Forte complexité Modèle de débit : Approximation de la relation R(q) par une fonction paramétrique  Faible complexité Budget à respecter : Rt Valeur de QP optimale : Relation entre débit et QP : R q Respect du budget : stratégies

  19. Plan • Introduction • Problématique : Régulation de débit pour le Codage vidéo scalable • Outils utilisés • Contributions • Choix et validation d’un modèle de débit pour MPEG-4 SVC • Régulation en deux passes • Régulation et qualité d’image constante • Régulation en une passe • Conclusion et perspectives

  20. Relation ρ débit linéaire 1. Modèle linéaire de ρ(R) : Calcul du QP optimal : Débit (kb) 2. Relation ρ(q) : ρ Précision élevée Complexité faible • Corrélation ρ  R forte • Relation ρ(q) exacte • Relation ρ(R) linéaire • Relation ρ(q) simple Un modèle de débit adapté : Le ρ-domaine Définition : ρ = % de coefficients transformés annulés après quantification Points clés :

  21. Validation du ρ-domaine pour MPEG-4 SVC Deux hypothèses à vérifier : • relation ρ(q) valide • relation ρ(R) linéaire • Vérification expérimentale : • Tracé R(ρ) pour configurations scalables représentatives • Plan de Vérification MPEG-4 SVC • Encodage avec q = 0,…,51

  22. Relation R(ρ) pour SVC  Relation linéaire pour l’ensemble des configurations testées : Scalabilité spatiale Scalabilité en qualité Scalabilité temporelle

  23. Plan • Introduction • Problématique : Régulation de débit pour le Codage vidéo scalable • Outils utilisés • Contributionsapportées • Choix et validation d’un modèle de débit pour MPEG-4 SVC • Régulation en deux passes • Régulation et qualité d’image constante • Régulation en une passe • Conclusion et perspectives

  24. Régulation de débit Valeurs initiales Respect du budget : 2 passes 1ère passe : valeurs initiales 2ème passe : encodage final

  25. Compensation des erreurs Répartition de budget • Niveau GOP • Budget constant par GOP : • Niveau image • Budget constant par image : Cl = contrainte en bits par seconde Sl = taille d’un GOP de la couche l Fl = nb. d’img par sec. dans la couche l

  26. Résultats expérimentaux Débits par GOP Scalabilité spatiale - séquence HOCKEY

  27. Budget réel R(qt ) Rt Budget alloué R(qt+1) Résultats expérimentaux Débits par image Scalabilité spatiale - séquence HOCKEY Effet de seuil dû à la régulation niveau image :

  28. Variations de la qualité Effet de scintillement de la qualité : Scalabilité en qualité - séquence CITY

  29. Scalabilité en qualité – séquence HARBOUR Scalabilité temporelle – séquence CITY Variations de qualité : Origine des variations : B3 Efficacitéde codage PSNR B2 B1 P images Résultats : variations de la qualité

  30. Plan • Introduction • Problématique : Régulation de débit pour le Codage vidéo scalable • Outils utilisés • Contributionsapportées • Choix et validation d’un modèle de débit pour MPEG-4 SVC • Régulation en deux passes • Régulation et qualité d’image constante • Régulation en une passe • Conclusion et perspectives

  31. Efficacitéde codage Qualité constante par GOP Objectif : Obtenir un PSNR constant sur toutes les images d’un GOP. Problème : Différences d’efficacité de codage entre les types et niveaux d’images. • Efficacité de codage : • Liée à la relation entre débit et qualité • Relation difficile à caractériser

  32. Valeur d’un coefficient quantifié dans SVC : Coefficient transformé Terme de décalage constant Coefficient quantifié Relation Débit(1/2q/6) q : valeur de QP utilisée Relation PSNR(1/2q/6) Image 1 Image 2 PSNR constant Image 2 Image 1 b2 b1 1/(2q1/6) 1/(2q2/6) Lien entre débit et qualité

  33. Approximation linéaire de PSNR(1/(2q/6)) : Approximation linéaire de Débit(1/(2q/6)) : Relation Débit(1/2q/6) Relation PSNR(1/2q/6) Image 1 Image 2 PSNR constant Image 2 Image 1 b2 b1 1/(2q1/6) 1/(2q2/6) Approximation linéaire des relations

  34. Approximation linéaire de PSNR(1/(2q/6)) : Approximation linéaire de Débit(1/(2q/6)) : Mesure de l’efficacité de codaged’une image : Répartition de budget image : Calculée après la 1ère passe : qf : QP utilisé pour la 1ère passebf : débit obtenu par la 1ère passe Budget de l’image Budget du GOP Valeur relative de Kfdans le GOP Mesure d’efficacité de codage

  35. Résultats : Comparaison visuelle Budget constant par image : Budget selon l’efficacité de codage :

  36. Résultats : PSNR Budget constant par image : Scalabilité spatiale – séquence SOCCER Scalabilité en qualité – séquence HARBOUR Budget selon l’efficacité de codage : Scalabilité spatiale – séquence SOCCER Scalabilité en qualité – séquence HARBOUR

  37. Débits par image Résultats : précision de la régulation Débits par GOP Scalabilité spatiale – séquence HARBOUR

  38. Résultats : temps d’encodage Temps moyen d’encodage par image

  39. Plan • Introduction • Problématique : Régulation de débit pour le Codage vidéo scalable • Outils utilisés • Contributionsapportées • Choix et validation d’un modèle de débit pour MPEG-4 SVC • Régulation en deux passes • Régulation et qualité d’image constante • Régulation en une passe • Conclusion et perspectives

  40. B B B B B B B B B B B B B B P P P P Initialisation du modèle de débit • Besoin d’une phase d’initialisation • Modèle de débit :ρ0, R0, coefficients transformés • Mesure d’efficacité de codage Kf: qf et bf • Exploitation dépendances temporelles entre images : GOP précédent GOP courant ... ... Image courante Image de référencepour la régulation de débit

  41. Résultats : débits par image Débits par image (2 passes) Débits par image (1 passe) SOCCER – scalabilité en qualité

  42. Résultats : PSNR 2 passes 2 passes 1 passe 1 passe SOCCER – scalabilité en qualité HARBOUR – scalabilité spatiale

  43. Résultats : temps d’encodage Temps moyen d’encodage par image

  44. Plan • Introduction • Problématique : Régulation de débit pour le Codage vidéo scalable • Outils utilisés • Contributions apportées • Choix et validation d’un modèle de débit pour MPEG-4 SVC • Régulation en deux passes • Régulation et qualité d’image constante • Régulation en une passe • Conclusion et perspectives

  45. Conclusion • Objectif : • Développer un schéma de régulation de débit adapté à un codage vidéo scalable • MPEG-4 SVC • Contraintes applicatives fortes • Bilan des contributions : • Validation d’un modèle de débit sur MPEG-4 SVC • Régulation fine • Faible complexité • Qualité constante

  46. Plan • Introduction • Problématique : Régulation de débit pour le Codage vidéo scalable • Outils utilisés • Contributions apportées • Choix et validation d’un modèle de débit pour MPEG-4 SVC • Régulation en deux passes • Régulation et qualité d’image constante • Régulation en une passe • Conclusion et perspectives

  47. Image courante Corrélations des QP entre les couches : Image précédente de même type dans la même couche Même image dans la couche de base Travaux préliminaires • Régulation inter-couches • Initialisation du modèle de débit avec l’image de la couche de base • Problème de mise à l’échelle

  48. Travaux préliminaires Régulation en une passe Régulation inter-couches

  49. Répartition et selon efficacité de codage Répartition après correction HARBOUR – qualité Travaux préliminaires • Budget image adaptatif • Comparaison de la qualité a posteriori • Correction de la répartition de budget niveau image

  50. Perspectives • Prise en compte du buffer de transmission • Étude de différentes politiques de contrôle de buffer • Interdépendances des données inter-couches • Mesures perceptuelles de qualité

More Related