1. T
H
È
S
E
2016-ENST-0013
EDITE - ED 130
Doctorat ParisTech
T H È S E
pour obtenir le grade de docteur délivré par
TELECOM ParisTech
Spécialité « Signal et Images »
présentée et soutenue publiquement par
Marwa MEDDEB
le 15 Février 2016
Codage vidéo par régions d’intérêt pour des applications de
visioconférence
Directeur de thèse : Béatrice Pesquet-Popescu
Directeur de thèse : Marco Cagnazzo
Jury
M. Marc ANTONINI , Directeur de Recherche, Laboratoire I3S Sophia-Antipolis Rapporteur
M. François Xavier COUDOUX , Professeur, IEMN DOAE Valenciennes Rapporteur
Mme. Béatrice PESQUET-POPESCU , Professeur, Télécom ParisTech Directeur de thèse
M. Marco CAGNAZZO , Maître de Conférence HdR, Télécom ParisTech Directeur de thèse
M. Benoit MACQ , Professeur, Université Catholique de Louvain Président
M. Joël JUNG , Ingénieur de Recherche, Orange Labs Examinateur
M. Marius PREDA , Professeur Associé, Télécom SudParis Examinateur
TELECOM ParisTech
école de l’Institut Mines-Télécom - membre de ParisTech
46 rue Barrault 75013 Paris - (+33) 1 45 81 77 77 - www.telecom-paristech.fr

2.
Codage vidéo par régions d’intérêt pour des applications de
visioconférence
Marwa MEDDEB
RESUME : Les travaux effectués durant cette thèse de doctorat traitent le problème du codage vidéo
basé sur les régions d’intérêt. Ils ont pour but d’améliorer l’efficacité de codage dans HEVC et de gagner
en qualité de décodage globalement sur une séquence mais aussi localement sur des régions d’un intérêt
particulier. Par conséquent, nous proposons d’une part une modélisation précise du débit et de la distorsion,
et d’autre part des méthodes de contrôle de débit basées sur les régions d’intérêt adaptées à HEVC.
Dans la première partie de ces travaux, nous proposons de nouveaux modèles débit-distorsion pour
HEVC. La modélisation proposée tient compte des caractéristiques du contenu et de l’encodeur. Dans une
première approche, les modèles sont développés pour des blocs de type intra en tenant compte uniquement
des dépendances spatiales entre les pixels du bloc. Dans une seconde approche, on utilise les caractéris-
tiques statistiques des données à encoder pour obtenir des modèles plus efficaces pour le codage vidéo
hybride (intra et inter). Nos expériences montrent qu’une bonne représentation des coefficients transformés
niveau bloc donne une meilleure répartition du débit et un gain global important.
Dans la deuxième partie de la thèse, nous proposons de nouveaux algorithmes de contrôle de débit pour
HEVC qui introduisent le concept de la région d’intérêt. Assurer une allocation de bits par région et calculer le
paramètre de quantification indépendamment sur des blocs de l’image de divers niveaux d’importance aident
à améliorer la répartition du budget sur les différentes régions. Cela peut être utile dans de nombreuses
applications où le traitement par région est nécessaire, par exemple les systèmes de visioconférence. Les
méthodes proposées montrent une amélioration de la qualité de la région d’intérêt tout en respectant la
contrainte globale imposée par le réseau.
MOTS-CLEFS : Codage vidéo, HEVC, région d’intérêt, tuile, contrôle de débit, modèle débit-distorsion.
ABSTRACT : This PhD. thesis addresses the problem of region-of-interest-based video
coding and deals with improving the coding efficiency in HEVC. We propose both accurate
rate-distortion modeling approaches, and also region-of-interest-based rate control methods
adapted for High Efficiency Video Coding.
In the first part, we propose new rate-distortion models for HEVC at coding unit level. Propo-
sed modeling takes into account content characteristics and encoder features. In a first proposi-
tion models are based on spatial dependencies between pixels of a coding unit while in a second
proposition statistical characteristics of the data are used to derive more efficient models. We
show the benefits that can be drawn from using content based rate-distortion modeling. A good
fitting of transform coefficients per unit gives us important gains in coding efficiency.
In the second part, we propose novel rate control algorithms for HEVC that introduces
region-of-interest concept. Performing bit allocation per region and computing quantization pa-
rameter independently in units of various importance levels, help improving budget partitioning
over regions of different interest. This can be useful in many applications where region-based
processing of the frame is required such as videoconferencing systems. The proposed me-
thods show an improvement in the quality of the region-of-interest while the budget constraint is
respected.
KEY-WORDS : Video coding, HEVC, region-of-interest, tiles, rate control, rate-distortion
model.