3.3.1
Slices Inter
Le tableau 3.2 donne la proportion de s´election des modes de codage pour les slices P et B pour le profil High IBBP qui est calcul´ee en moyenne sur l’ensemble des s´equences VCEG. On remarque tout d’abord que le nombre d’Intra est plus ´elev´e pour les slices P que pour les slices B. Ceci est expliqu´e par la distance temporelle entre deux images P qui engendrent des pr´edictions temporelles moins efficaces, et qui se traduit par une augmentation du nombre d’Intra. En effet, le codage Intra, par d´efinition, ne perd pas en efficacit´e avec l’´eloignement des images. Lorsque l’on utilise une configuration IPP, le pourcentage de s´elections des modes Intra est plus faible (4,1% en moyenne pour le Baseline IPP). Tous les modes Intra et Inter ont une s´election qui d´ecroˆıt avec l’augmentation des valeurs des QP, seul le mode Skip ou le mode Direct voient leur s´election augmenter. La s´election atteint 87% pour le mode Direct spatial pour les images B. Dans une configuration IPP le nombre de s´elections du mode Skip est plus ´elev´e car la distance temporelle entre les images P est plus faible. Les modes Inter de petite taille (8×8, 8×4, 4×8 et 4×4) sont s´electionn´es `a tr`es haut d´ebit, cette s´election est infime `a bas d´ebit. Ces ´ecarts de s´election sont li´es au compromis d´ebit-distorsion. En effet, `a haut d´ebit, le λM ode de l’´equation (2.4) du chapitre 2 donne un poids plus fort `a la
distorsion dans le crit`ere RD (J), par cons´equent les modes de petites partitions sont plus souvent s´electionn´es puisqu’ils permettent de meilleures pr´edictions li´ees `a la d´ecomposition plus fine du mouvement. Pour les QP ´elev´es, le d´ebit a le poids le plus fort dans cette ´equation (2.4), donc les modes `a tr`es faible coˆut de codage tel que le Skip ou les grandes partitions Inter, qui utilisent moins de vecteurs, sont beaucoup plus souvent s´electionn´es. Notons enfin que la s´election des diff´erentes tailles de partitions et du type de pr´ediction d´epend, bien entendu, du contenu des s´equences, mais aussi de la r´esolution de ces derni`eres.
On remarquera finalement que le nombre de vecteurs cod´es est moins ´elev´e `a bas d´ebit. Par cons´equent, le nombre moyen de bits d´edi´es `a cette information est plus faible, mais la proportion de cette information dans le d´ebit total augmente comme on l’a pr´ecis´e dans la section 3.2. Ceci est expliqu´e par la quantification des r´esiduels de texture qui diminue fortement la proportion de cette information dans le d´ebit total et, par cons´equent, augmente la proportion des autres informations. Cependant, un autre ph´enom`ene participe `a l’augmentation de la proportion de l’information de mouvement : la variation d’efficacit´e de la pr´ediction des vecteurs. En effet `a haut d´ebit les partitions de petites tailles sont plus nombreuses, le mode Skip (ou Direct) est moins fr´equent, par cons´equent le champ de vecteurs est plus dense. Les vecteurs sont plus proches spatialement, ils sont donc mieux pr´edits. A bas d´ebit, le mode Skip (ou Direct) et les modes de grandes tailles de partition ont une s´election ´elev´ee, les vecteurs sont plus ´eloign´es spatialement et donc moins bien pr´edits qu’`a haut d´ebit. De plus, ces vecteurs sont moins pr´ecis `a cause de la non transmission d’erreurs de pr´edictions induite par le mode Skip (ou Direct) et par l’augmentation du poids du d´ebit dans le crit`ere d´ebit-distorsion. Lorsque l’on calcule l’entropie des r´esiduels de vecteurs mouvement sur la s´equence Bigships 720p 60 Hz on obtient une entropie ´egale `a 2,37 pour le QP 17 et `a 2,83 pour le QP 42. Alors qu’au contraire l’entropie des r´esiduels de texture quantifi´es (et transmis) diminue avec l’augmentation du QP. Une solution pour r´eduire partiellement l’entropie des vecteurs mouvement `a
S´election des modes de codage 51
P Slices B Slices
Inter Intra Inter Intra
Skip 16×16 8×8 8×4 16×16 Direct 16×16 8×8 8×4 16×16 QP 16×8 8×16 4×8 4×4 8×8 4×4 16×8 8×16 4×8 4×4 8×8 4×4 17 5,8 43,8 33,3 17,1 38,9 41,7 16,9 2,5 22 12,8 48,9 26,2 12,1 53,4 33,8 11,6 1,2 27 25,1 44,1 19,4 11,4 66,8 26,4 5,9 0,9 32 39,0 38,5 11,6 10,9 75,6 21,5 2,2 0,7 37 52,3 32,2 5,1 10,4 82,3 16,6 0,6 0,5 42 64,9 24,4 1,4 9,3 87,0 12,6 0,1 0,3 Moyenne 33,3 38,6 16,2 11,9 67,3 25,5 6,2 1,0 Table 3.2 – Pourcentage de s´election des modes de codage pour les slices P et B de la configuration High IBBP calcul´e en moyenne sur l’ensemble des s´equences VCEG.
bas d´ebit, serait d’utiliser des pr´edicteurs temporels des vecteurs `a la place du pr´edicteur spatial, car la distance temporelle entre les images (par cons´equent, la distance entre le vecteur courant et ses pr´edicteurs), n’´evolue pas en fonction du QP. De plus, les corr´elations temporelles entre les champs de vecteurs mouvement sont importantes, comme le montre la figure 3.7 repr´esentant la composante horizontale des vecteurs mouvement extraite d’un codage IPP pour deux images successives de la s´equence Foreman CIF 30Hz.
Image 3
Image 4
Figure 3.7 – Repr´esentation visuelle des valeurs de la composante X des vecteurs mouvement des images 3 et 4 de la s´equence Foreman CIF 30Hz cod´ee avec le profil Baseline IPP. Pour la repr´esentation visuelle les valeurs de la composante horizontale sont centr´ees en 128.
La repr´esentation de la s´election spatiale des modes est montr´ee dans la figure 3.8 pour la s´equence Foreman. Ces trois images sont celles utilis´ees dans la figure 3.3, pour les mˆemes QP. Pour l’image P, le mode Skip est s´electionn´e dans les zones ayant peu de mouvement et les zones planes.
En effet, les autres modes Inter sont s´electionn´es dans les parties qui ont plus de mouvement (le visage) mais aussi pour des blocs contenant des hautes fr´equences. Par exemple, certains macroblocs correspondant aux rayures du mur sont cod´es en Inter non Skip alors que des macroblocs voisins qui ont le mˆeme mouvement sont cod´es en Skip. Le meilleur exemple est le casque qui a le mˆeme mouvement que le reste du visage mais dont l’int´erieur est compl`etement skipp´e. Toujours dans cette image P on note que les modes de codage Intra apparaissent dans les zones qui subissent des d´eformations ou des zones qui ne faisaient pas partie de la sc`ene dans les images pr´ec´edentes. Par exemple la bouche qui subit une d´eformation d’une image `a l’autre en plus du mouvement du visage, nous noterons aussi le bas du cou qui est modifi´e par le changement d’´eclairage li´e au mouvement de la tˆete.
Dans l’image B de la figure 3.8 tr`es peu de modes autres que le mode Direct ont ´et´e s´electionn´es. On remarquera que les modes Inter hors Direct ont ´et´e s´electionn´es dans des parties en d´eformation par rapport aux images pr´ec´edentes. Notons que c’est sp´ecialement ces parties qui ont un coˆut de codage plus ´elev´e en d´ebit que le reste de l’image, comme on a pu le voir dans la figure 3.3.
I
(QP 36)P
(QP 37)B
(QP 38)Inter Intra
Skip/Direct 16×16, 16×8, 8×16 8×8, 8×4, 4×8, 4×4 16×16 8×8 4×4
Figure 3.8 – Repr´esentation spatiale de la s´election de 3 images de la s´equence Foreman CIF 30Hz, cod´ees respectivement en I, P, B avec les QP respectivement de 36, 37, 38.
3.3.2
Slices Intra
Le tableau 3.3 donne le pourcentage de s´election des modes Intra en fonction des r´esolutions pour l’ensemble des s´equences VCEG. On remarque que le mode Intra 4×4 est le plus s´electionn´e pour les r´esolutions QCIF et CIF. Mais pour la r´esolution 720p, l’Intra 8×8 devient le mode le plus s´electionn´e avec 63,3% de s´election contre 15,3% pour l’Intra 4×4. Cette augmentation de s´election de
S´election des modes de codage 53
R´esolution Intra 16×16 Intra 8×8 Intra 4×4
QCIF 10,2 41,1 48,7
CIF 8,6 34,5 56,9
720p 21,4 63,3 15,3
Moyenne 14,4 48,1 37,5
Table 3.3 – Pourcentage de s´election des modes Intra 16×16, 8×8 et 4×4 en fonction des r´esolu- tions pour la configuration High III, en moyenne pour l’ensemble des s´equences VCEG pour six QP (17-42).
CrowdRun Intra 16×16 Intra 8×8 Intra 4×4
480×270 9,9 23,3 66,8
960×540 11,7 39,4 48,9
1920×1080 16,4 61,9 21,7
3840×2160 18,7 66,2 15,1
Table 3.4 – Pourcentage de s´election des modes Intra 16×16, 8×8 et 4×4 pour la s´equence CrowdRun 50Hz `a diff´erentes r´esolutions spatiales (mˆeme nombre d’images) pour la configuration High III, en moyenne pour six QP (17-42).
l’Intra 8×8 par rapport `a l’Intra 4×4 est due au fait que les s´equences `a basse r´esolution contiennent proportionnellement plus de hautes fr´equences que les s´equences `a haute r´esolution, sachant que les hautes fr´equences sont mieux pr´edites avec un partitionnement plus petit des macroblocs. Il faut aussi ajouter que ceci est vrai si l’on consid`ere que les types de contenus film´es ne sont pas diff´erents d’une r´esolution `a l’autre. C’est-`a-dire que l’on ne change pas les usages de capture des images (on filme les mˆemes sc`enes) mais de visionnage (on utilise des r´esolutions et des ´ecrans plus grands). Pour se convaincre de cette remarque, regardons la s´election des modes Intra pour la s´equence CrowdRun pour diff´erentes r´esolutions, report´ees dans le tableau 3.4. Les r´esolutions test´ees vont du 3840×2160 (2160p) `a une r´esolution 480×270. Pour les besoins de ce test, nous avons r´eduit la s´equence originale sans enlever les bords, au risque de ne pas obtenir des r´esolutions standard. Cette r´eduction a ´et´e effectu´ee `a l’aide du filtre utilis´e dans le logiciel de r´ef´erence de l’annexe scalable H.264/SVC, ceci permettant de comparer le mˆeme contenu `a des tailles diff´erentes. Dans ce tableau 3.4 on remarque que la proportion de la s´election des Intra 4×4 baisse lorsque la r´esolution augmente passant de 66,8% pour la r´esolution 480×270 `a 15,1% pour la r´esolution 3840×2160 `a l’oppos´e de la s´election de l’Intra 8×8 qui passe elle de 23,3% `a basse r´esolution `a 66,2% pour la r´esolution maximale. Notons que la s´election de l’Intra 16×16 augmente elle aussi avec la r´esolution, cependant sa croissance est moins forte (`a peine 2 fois plus ´elev´ee contre 3 fois plus ´elev´ee pour l’Intra 8×8).
Baseline III High III R´esolution 17-32 22-37 27-42 17-32 22-37 27-42 QCIF 13,0 17,9 23,9 17,0 23,7 32,9 CIF 6,6 8,2 9,7 9,3 13,2 18,1 720p -4,4 -5,5 -8,1 10,2 12,9 15,8 Moyenne 3,6 4,9 5,9 11,6 15,7 20,8
Table 3.5 – Pourcentage de r´eduction de d´ebit des configurations Baseline III et High III par rapport `a JPEG 2000 en fonction des r´esolutions, pour trois ensembles de QP calcul´es sur l’ensemble des s´equences VCEG.