Distributed source coding : tools and application to video compression

• Auteur / Autrice : Velotiaray Toto-Zarasoa
• Direction : Christine Guillemot, Aline Roumy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Traitement du signal et télécommunications
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Algorithmes EM

Estimation de paramètres

Markov, Processus de

Codage de Wyner-Ziv

Compression vidéo

Résumé

Le codage de sources distribuées est une technique permettant de compresser plusieurs sources corrélées sans aucune coopération entre les encodeurs, et sans perte de débit si leur décodage s'effectue conjointement. Fort de ce principe, le codage de vidéo distribué exploite la corrélation entre les images successives d'une vidéo, en simplifiant au maximum l'encodeur et en laissant le décodeur exploiter la corrélation. Parmi les contributions de cette thèse, nous nous intéressons dans une première partie au codage asymétrique de sources binaires dont la distribution n'est pas uniforme, puis au codage des sources à états de Markov cachés. Nous montrons d'abord que, pour ces deux types de sources, exploiter la distribution au décodeur permet d'augmenter le taux de compression. En ce qui concerne le canal binaire symétrique modélisant la corrélation entre les sources, nous proposons un outil, basé sur l'algorithme EM, pour en estimer le paramètre. Nous montrons que cet outil permet d'obtenir une estimation rapide du paramètre, tout en assurant une précision proche de la borne de Cramer-Rao. Dans une deuxième partie, nous développons des outils permettant de décoder avec succès les sources précédemment étudiées. Pour cela, nous utilisons des codes Turbo et LDPC basés syndrome, ainsi que l'algorithme EM. Cette partie a été l'occasion de développer des nouveaux outils pour atteindre les bornes des codages asymétrique et non-asymétrique. Nous montrons aussi que, pour les sources non-uniformes, le rôle des sources corrélées n'est pas symétrique. Enfin, nous montrons que les modèles de sources proposés modélisent bien les distributions des plans de bits des vidéos; nous montrons des résultats prouvant l'efficacité des outils développés. Ces derniers permettent d'améliorer de façon notable la performance débit-distorsion d'un codeur vidéo distribué, mais sous certaines conditions d'additivité du canal de corrélation.

Distributed source coding is a technique that allows to compress several correlated sources, without any cooperation between the encoders, and without rate loss provided that the decoding is joint. Motivated by this principle, distributed video codin has emerged, exploiting the correlation between the consecutive video frames, tremendously simplifying the encoder, and leaving the task of exploiting the correlation to the decoder. The first part of our contributions in this thesis presents the asymmetric coding of binary sources that are not uniform. We analyze the coding of non-uniform Bernoulli sources, and that of hidden Markov sources. For both sources, we first show that exploiting the distribution at the decoder clearly increases the decoding capabilities of a given channel code. For the binary symmetric channel modeling the correlation between the sources, we propose a tool to estimate its parameter, thanks to an EM algorithm. We show that this tool allows to obtain fast estimation of the parameter, while having a precision that is close to the Cramer-Rao lower bound. In the second part, we develop some tools that facilitate the coding of the previous sources. This is done by the use of syndrome-based Turbo and LDPC codes, and the EM algorithm. This part also presents new tools that we have developed to achieve the bounds of asymmetric and non-asymmetric distributed source coding. We also show that, when it comes to non-uniform sources, the roles of the correlated sources are not symmetric. Finally, we show that the proposed source models are well suited for the video bit planes distributions, and we present results that proof the efficiency of the developed tools. The latter tools improve the rate-distortion performance of the video codec in an interesting amount, provided that the correlation channel is additive.