Adapting video compression to new formats

par Philippe Bordes

Thèse de doctorat en Traitement du signal et télécommunications

Sous la direction de Christine Guillemot.

  • Titre traduit

    Adaptation de la compression vidéo aux nouveaux formats


  • Résumé

    Les nouvelles techniques de compression vidéo doivent intégrer un haut niveau d'adaptabilité, à la fois en terme de bande passante réseau, de scalabilité des formats (taille d'images, espace de couleur…) et de compatibilité avec l'existant. Dans ce contexte, cette thèse regroupe des études menées en lien avec le standard HEVC. Dans une première partie, plusieurs adaptations qui exploitent les propriétés du signal et qui sont mises en place lors de la création du bit-stream sont explorées. L'étude d'un nouveau partitionnement des images pour mieux s'ajuster aux frontières réelles du mouvement permet des gains significatifs. Ce principe est étendu à la modélisation long-terme du mouvement à l'aide de trajectoires. Nous montrons que l'on peut aussi exploiter la corrélation inter-composantes des images et compenser les variations de luminance inter-images pour augmenter l'efficacité de la compression. Dans une seconde partie, des adaptations réalisées sur des flux vidéo compressés existants et qui s'appuient sur des propriétés de flexibilité intrinsèque de certains bit-streams sont investiguées. En particulier, un nouveau type de codage scalable qui supporte des espaces de couleur différents est proposé. De ces travaux, nous dérivons des metadata et un modèle associé pour opérer un remapping couleur générique des images. Le stream-switching est aussi exploré comme une application particulière du codage scalable. Plusieurs de ces techniques ont été proposées à MPEG. Certaines ont été adoptées dans le standard HEVC et aussi dans la nouvelle norme UHD Blu-ray Disc. Nous avons investigué des méthodes variées pour adapter le codage de la vidéo aux différentes conditions de distribution et aux spécificités de certains contenus. Suivant les scénarios, on peut sélectionner et combiner plusieurs d'entre elles pour répondre au mieux aux besoins des applications.


  • Résumé

    The new video codecs should be designed with an high level of adaptability in terms of network bandwidth, format scalability (size, color space…) and backward compatibility. This thesis was made in this context and within the scope of the HEVC standard development. In a first part, several Video Coding adaptations that exploit the signal properties and which take place at the bit-stream creation are explored. The study of improved frame partitioning for inter prediction allows better fitting the actual motion frontiers and shows significant gains. This principle is further extended to long-term motion modeling with trajectories. We also show how the cross-component correlation statistics and the luminance change between pictures can be exploited to increase the coding efficiency. In a second part, post-creation stream adaptations relying on intrinsic stream flexibility are investigated. In particular, a new color gamut scalability scheme addressing color space adaptation is proposed. From this work, we derive color remapping metadata and an associated model to provide low complexity and general purpose color remapping feature. We also explore the adaptive resolution coding and how to extend scalable codec to stream-switching applications. Several of the described techniques have been proposed to MPEG. Some of them have been adopted in the HEVC standard and in the UHD Blu-ray Disc. Various techniques for adapting the video compression to the content characteristics and to the distribution use cases have been considered. They can be selected or combined together depending on the applications requirements.


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