Backward compatible approaches for the compression of high dynamic range videos
Approches rétro-compatibles pour la compression de vidéos à grande gamme dynamique
Résumé
In recent years, the display technologies have been rapidly evolving. From 3D television to Ultra High Definition, the trend is now towards High Dynamic Range (HDR) displays that can reproduce a luminance range far beyond the capabilities of conventional displays. The emergence of this technology involves new standardization effort in the field of video compression. In terms of large scale content distribution, the question of backward compatibility is critical. While the future generation of television displays will be adapted to this new format, it is necessary to enable the older equipment to decode and display a version of the same content whose dynamic range has been previously reduced by a process called “tone mapping”. This thesis aims at exploring the backward compatible HDR compression schemes. In a first approach, a tone mapping operator specified by the encoder is applied to the HDR image. The resulting image, called Low Dynamic Range (LDR), can then be encoded and decoded in a conventional format. The encoder additionally transmits a small amount of information enabling a HDR capable decoder to inverse the tone mapping operator and retrieve the HDR version. The study of these schemes is directed towards the definition of tone mapping operators optimized for the compression performance. We then focus on scalable approaches, where both versions are given to the encoder without prior knowledge on the tone mapping operator used. The producer thus keeps full control on the LDR content creation process. This LDR version is compressed as a first layer. The reconstructed image is used by the scalable encoder to compress the HDR layer efficiently by performing inter-layer predictions. Thanks to a local and non-linear approach, the proposed schemes improve the coding performance compared to the existing scalable methods, especially in the case where a complex tone mapping is used for generating the LDR version.
Les technologies d'écran ont connu récemment une évolution rapide. De la télévision 3D à l'Ultra Haute Définition, la tendance est maintenant aux écrans HDR (pour ''High Dynamic Range'') permettant de reproduire une gamme de luminance bien plus élevée que les écrans classiques. L'émergence de cette technologie implique de nouveaux travaux de standardisation dans le domaine de la compression vidéo. Une question essentielle pour la distribution à grande échelle de contenu HDR est celle de la rétro-compatibilité. Tandis que la future génération d'écrans de télévision sera adaptée à ce nouveau format, il est nécessaire de permettre aux équipements plus anciens de décoder et afficher une version du même contenu dont la dynamique a été préalablement réduite par un procédé appelé ''tone mapping''. Cette thèse vise à explorer les schémas de compression HDR rétro-compatibles. Dans une première approche, un algorithme de tone mapping spécifié par l'encodeur est appliqué à l'image HDR. L'image générée, alors appelée LDR (pour ''Low Dynamic Range''), peut être encodée et décodée dans un format classique. L'encodeur transmet par ailleurs une quantité réduite d'information permettant à un décodeur HDR d'inverser l'opération de tone mapping et de reconstruire une version HDR. L'étude de ces schémas est axée sur la définition de méthodes de tone mapping optimisées pour les performances de compression. La suite de la thèse se concentre sur l'approche scalable dans laquelle les deux versions sont fournies à l'encodeur sans connaissance à priori sur l'opérateur de tone mapping utilisé. Le producteur garde donc le contrôle sur la création du contenu LDR. Cette version LDR est d'abord compressée comme une première couche. L'image reconstruite est utilisée par le codeur scalable pour compresser plus efficacement la couche HDR grâce à un mécanisme de prédiction inter-couches. Notre approche locale et non linéaire nous permet d'améliorer les performances de codage par rapport aux méthodes scalables existantes, en particulier dans le cas où un tone mapping complexe est utilisé pour générer la version LDR.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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