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عام
Enseignant : Pr KOUADRIA Nasreddine
nasreddine.kouadria@univ-annaba.org
Semestre : 2
Unité d’enseignement : UEF 1.2.2
Matière 4 : Codage et Compression
VHS : 45h00 (Cours : 1h30, TD : 1h30)
Crédits : 4
Coefficient : 2
OBJECTIFS DE LA MATIÈRE
Familiariser l’étudiant avec les techniques de codage et de compression des données comme le codage canal, le codage source et la compression d’images. L’étudiant va devoir apprendre à partir de cette matière les fondements de base pour l’évaluation des avantages et les inconvénients des différentes techniques de compression ainsi que les critères de choix d’une technique de compression de données.
De nos jours les chaines de transmission et de communication numériques ont fortement évolué et leurs applications s'est largement diversifiées à l'instar des réseaux mobiles et des réseaux sans fils. Cependant, diverses contraintes se sont imposées comme par exemple:
- La bande passante de ces canaux, surtout pour les canaux sans fils et mobiles, reste limitée, malgré l'évolution continue. Ceci est d'autant plus lisible lorsque nous utilisons des données ''volumineuses'' comme les images et la vidéo surtout HD (Hautes Définitions) et autres 4K et 8K ...etc. Ce qui nous oblige à utiliser des solutions permettant d'adapter le débit de transmission à la bande passante du canal.
- Les bruits et les différents types d'interférences qui augmentent encore plus dans les canaux sans fils terrestres dits corrompus et hostiles (WiFi, Télévision numérique terrestre, V2V, LTE, 3G, 4G, 5G, ...etc). En effet, plusieurs interférences entrent en jeu dans ce type de canaux surtout celles dues aux multi-trajets.
- Les réseaux de communication dynamiques (qui changent dans le temps et dans l'espace) qui introduisent également d'autres effets néfastes à la communication à l'instar des effets Doppler dus essentiellement aux réflexions des données transmises sur des obstacles mobiles.
- ....etc
Pour pallier à ces limitations observées dans ce type de canaux, plusieurs techniques de codage sont introduites dans les chaines de transmission actuelles comme le codage canal et le codage source. Le premier permet de détecter et éventuellement de corriger les erreurs dues au canal (dues aux bruites et aux interférences) et le second réduit le débit de transmission pour l'adapter aux capacités du canal.
Connaissances préalables recommandées :
Probabilités et statistiques, théorie d’information, Traitement du signal.
Contenu de la matière :
Chapitre 1. Notions fondamentales de codage source et codage canal (2 Semaines)
- Définition, différence et Intérêt du codage canal et du codage source
- Source et codage source
- Canal et codage canal
- Notions sur le codage conjoint
Chapitre 2. Codages entropiques (2 Semaines)
- Rappels sur la théorie de l’information.
- Entropie et mesure de l’information
- Codage de Huffman - les versions adaptatives de Huffman et Shannon-Fano
- Le codage arithmétique
- Le codage LZW
- Critères d’évaluation
Chapitre 3 : Codage du canal (4 Semaines)
- Principales notions et définitions
- Schéma général de communication et canal de transmission
- Type de canaux
- Efficacité, redondance et Capacité du canal
- Codage du canal et deuxième théorème de Shannon. Stratégies du codage du canal
- Codage correcteur d’erreurs (codes de Hamming, codes linéaires, codes cycliques, codes de Reed-Solomon …etc)
- Les turbo-codes et code LDPC
- Performances d’un codeur
- Exemples d’application
Chapitre 4. Méthodes de compression avec pertes (3 Semaines)
- Notions générales et définition.
- Schéma général des méthodes de compression basées sur les transformations
- Critères d’évaluation (MSE, PSNR, CR, SSIM ..etc)
- Description des différentes parties (Transformation, Quantification et codage entropique)
- Effets de la transformation sur la méthode de compression
- Effets de la quantification et différents types de quantification
- Les normes et les organismes de normalisation de compression d’images
Chapitre 5. Techniques de compression d’images (Cas du JPEG) (4 Semaines)
- La norme JPEG, principe et historique
- DCT et ses différentes versions. Propriétés et avantages.
- Le découpage en blocs 8x8 et DCT2D
- Matrice de quantification
- Balayage en zig-zag
- Codage entropique
- Calculs du MSE, PSNR, CR, SSIM et complexité calculatoire
- Généralités sur les méthodes de compression d’images à base de la DWT (Exemples : EZW ou SPIHT ou JPEG2000 …), comparaison avec JPEG.
Mode d’évaluation :
Contrôle continu : 40% ; Examen : 60%.
Références bibliographiques :
1. M. Cover and J. A. Thomas, “Elements of information theory“, 2nd edition, Wiley Series in telecommunications and signal Processing, 2006.
2. M. Barlaud, C. Labit, “Compression et codage des images et des vidéos“, traité Collection IC2, Ed. Hermés, 319p, 2002.
3. K. Sayood, "Introduction to Data Compression, Third Edition", Elsevier Inc. 2006.
4. Olivier Rioul, "Théorie de l'information et du codage", Edit. Lavoisier, 2007.
5. N. Moreau, "Outils pour la compression des signaux: applications aux signaux audio", Collection
6. Télécom, Edition Lavoisier, Octobre 2009.
7. J. C., Moreira, P. G., Farrell, "Essentials of Error-Control Coding", John Wiley and Sons, Ltd, 2006.
8. C. Berrou, "Codes et turbocodes", Springer-verlag France, 2007.
LIENS EXTERNES INTÉRESSANTS
http://www2.ift.ulaval.ca/~dadub100/cours/H16/4003/
http://www.ece.unb.ca/cgi-bin/tervo/polygen2.pl
https://www.cs.nmt.edu/~ip/lectures.html
https://www.ee.columbia.edu/~xlx/ee4830/notes/
https://web.stanford.edu/class/ee398b/handouts.htm
https://perso.telecom-paristech.fr/ciblat/index.php?P=TE
http://herve.boeglen.free.fr/Ens.html
http://signal.ece.utexas.edu/~arslan/courses/dsp/
https://www.ee.columbia.edu/~dpwe/e6820/lectures/
http://users.cs.cf.ac.uk/Dave.Marshall/Multimedia/EXAMS/
https://cagnazzo.wp.imt.fr/?page_id=445
https://cagnazzo.wp.imt.fr/?page_id=649
https://perso.telecom-paristech.fr/tchamker/SOCOM205/2017/
https://www.cl.cam.ac.uk/teaching/1314/InfoTheory/materials.html
Chapitre 1 : NOTIONS FONDAMENTALES DE CODAGE SOURCE ET CODAGE CANAL
- Définition, différence et Intérêt du codage canal et du codage source
- Source et codage source
- Canal et codage canal
- Notions sur le codage conjoint
CHAPITRE 2 : CODAGES ENTROPIQUES
- Rappels sur la théorie de l’information.
- Entropie et mesure de l’information
- Codage de Huffman - les versions adaptatives de Huffman et Shannon-Fano
- Le codage arithmétique
- Le codage LZW
- Critères d’évaluation
CHAPITRE 3 : CODAGE DU CANAL
- Principales notions et définitions
- Schéma général de communication et canal de transmission
- Type de canaux
- Efficacité, redondance et Capacité du canal
- Codage du canal et deuxième théorème de Shannon. Stratégies du codage du canal
- Codage correcteur d’erreurs (codes de Hamming, codes linéaires, codes cycliques, codes de Reed-Solomon …etc)
- Les turbo-codes et code LDPC
- Performances d’un codeur
- Exemples d’application
CHAPITRE 4 : METHODES DE COMPRESSION AVEC PERTES
- Notions générales et définition.
- Schéma général des méthodes de compression basées sur les transformations
- Critères d’évaluation (MSE, PSNR, CR, SSIM ..etc)
- Description des différentes parties (Transformation, Quantification et codage entropique)
- Effets de la transformation sur la méthode de compression
- Effets de la quantification et différents types de quantification
- Les normes et les organismes de normalisation de compression d’images
CHAPITRE 5 : TECHNIQUES DE COMPRESSION D'IMAGES (CAS DU JPEG)
- La norme JPEG, principe et historique
- DCT et ses différentes versions. Propriétés et avantages.
- Le découpage en blocs 8x8 et DCT2D
- Matrice de quantification
- Balayage en zig-zag
- Codage entropique
- Calculs du MSE, PSNR, CR, SSIM et complexité calculatoire
- Généralités sur les méthodes de compression d’images à base de la DWT (Exemples : EZW ou SPIHT ou JPEG2000 …), comparaison avec JPEG