Graph based transforms for compression of new imaging modalities

par Mira Rizkallah

Thèse de doctorat en Signal, image, vision

Sous la direction de Christine Guillemot et de Thomas Maugey.

Soutenue le 26-04-2019

à Rennes 1 , dans le cadre de MATHSTIC , en partenariat avec Universite Bretagne Loire (ComuE) , Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Unité de recherche (Rennes, Bretagne-Atlantique) (laboratoire) et de SIROCCO (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Transformées basées graphes pour la compression de nouvelles modalités d’image


  • Résumé

    En raison de la grande disponibilité de nouveaux types de caméras capturant des informations géométriques supplémentaires, ainsi que de l'émergence de nouvelles modalités d'image telles que les champs de lumière et les images omnidirectionnelles, il est nécessaire de stocker et de diffuser une quantité énorme de hautes dimensions. Les exigences croissantes en matière de streaming et de stockage de ces nouvelles modalités d’image nécessitent de nouveaux outils de codage d’images exploitant la structure complexe de ces données. Cette thèse a pour but d'explorer de nouvelles approches basées sur les graphes pour adapter les techniques de codage de transformées d'image aux types de données émergents où les informations échantillonnées reposent sur des structures irrégulières. Dans une première contribution, de nouvelles transformées basées sur des graphes locaux sont conçues pour des représentations compactes des champs de lumière. En tirant parti d’une conception minutieuse des supports de transformées locaux et d’une procédure d’optimisation locale des fonctions de base , il est possible d’améliorer considérablement le compaction d'énergie. Néanmoins, la localisation des supports ne permettait pas d'exploiter les dépendances à long terme du signal. Cela a conduit à une deuxième contribution où différentes stratégies d'échantillonnage sont étudiées. Couplés à de nouvelles méthodes de prédiction, ils ont conduit à des résultats très importants en ce qui concerne la compression quasi sans perte de champs de lumière statiques. La troisième partie de la thèse porte sur la définition de sous-graphes optimisés en distorsion de débit pour le codage de contenu omnidirectionnel. Si nous allons plus loin et donnons plus de liberté aux graphes que nous souhaitons utiliser, nous pouvons apprendre ou définir un modèle (ensemble de poids sur les arêtes) qui pourrait ne pas être entièrement fiable pour la conception de transformées. La dernière partie de la thèse est consacrée à l'analyse théorique de l'effet de l'incertitude sur l'efficacité des transformées basées graphes.


  • Résumé

    Due to the large availability of new camera types capturing extra geometrical information, as well as the emergence of new image modalities such as light fields and omni-directional images, a huge amount of high dimensional data has to be stored and delivered. The ever growing streaming and storage requirements of these new image modalities require novel image coding tools that exploit the complex structure of those data. This thesis aims at exploring novel graph based approaches for adapting traditional image transform coding techniques to the emerging data types where the sampled information are lying on irregular structures. In a first contribution, novel local graph based transforms are designed for light field compact representations. By leveraging a careful design of local transform supports and a local basis functions optimization procedure, significant improvements in terms of energy compaction can be obtained. Nevertheless, the locality of the supports did not permit to exploit long term dependencies of the signal. This led to a second contribution where different sampling strategies are investigated. Coupled with novel prediction methods, they led to very prominent results for quasi-lossless compression of light fields. The third part of the thesis focuses on the definition of rate-distortion optimized sub-graphs for the coding of omni-directional content. If we move further and give more degree of freedom to the graphs we wish to use, we can learn or define a model (set of weights on the edges) that might not be entirely reliable for transform design. The last part of the thesis is dedicated to theoretically analyze the effect of the uncertainty on the efficiency of the graph transforms.


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