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École de technologie supérieure
Département de génie logiciel et des TI
Responsable(s) de cours : Stéphane Coulombe


PLAN DE COURS

Automne 2019
MTI810 : Traitement et systèmes de communication vidéo (3 crédits)



Préalables
Aucun préalable requis




Descriptif du cours
À la suite de ce cours, l'étudiant sera en mesure :
• d’expliquer le fonctionnement des systèmes de communication vidéo;
• d’analyser les propriétés de signaux vidéo à l'aide de divers outils;
• de choisir et appliquer les traitements vidéo appropriés en fonction des besoins.

Survol des divers traitements appliqués à la vidéo ainsi que des systèmes de communication vidéo. Acquisition et représentation de séquences vidéo. Méthodes utilisées pour les analyser, les compresser et les transmettre. Techniques d'échantillonnage sur réseaux, d'analyse fréquentielle, de conversion de formats (dé-entrelacement et conversion de taux de trame), d'estimation de mouvement (2D, 3D, par appariement de blocs, multi-résolution), de codage et de transport vidéo ainsi que les différentes normes (H.264, H.263, MPEG-4, MPEG-2).



Objectifs du cours

Voir le Descriptif du cours ci-dessus.

 




Stratégies pédagogiques

Les objectifs seront atteints par la prestation hebdomadaire d'un cours, par des lectures et par des travaux individuels et en équipe.




Utilisation d’appareils électroniques

Lors de l'enseignement magistral, l'utilisation d'appareils électroniques (téléphones, ordinateurs, tablettes, etc.) devrait se limiter à ce qui est utile pour les fins du cours. Tout étudiant qui dérange le déroulement du cours pourrait être expulsé de la classe. Aucun enregistrement (photographie, film ou audio ne sera toléré).




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Vendredi 13:30 - 17:00 Activité de cours



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Stéphane Coulombe Activité de cours Stephane.Coulombe@etsmtl.ca A-4474



Cours
  1. Acquisition, représentation et perception de contenu vidéo (3 heures1
     
    1. Les couleurs
      • Lumière, espaces et conversions de couleur
    2.  Système visuel humain
      • Perception des couleurs 
    3. Capture vidéo et affichage
    4. Formats vidéo
      • Formats analogiques
      • Formats numériques

         
  2. Analyse de Fourier et réponse en fréquence du système visuel humain (4,5 heures)
     
    1. Signaux et systèmes multidimensionnels
    2. Transformée de Fourier multidimensionnelle
    3. Réponse spatio-temporelle du système visuel humain

       
  3. Échantillonnage des signaux multidimensionnels (5,5 heures)
     
    1. Sur échantillonnage et sous-échantillonnage
    2. Changements de résolution
    3. Désentrelacement
    4. Conversion de taux et de trames (ex. 60 Hz à 50 Hz)
    5. Échantillonnage de Bayer (caméra numérique)
    6. Conversion d'échantillonnage et applications

       
  4. Estimation du mouvement (4 heures)
     
    1. Modélisation vidéo
    2. Modèle de mouvement 3D et 2D
    3. Modèle 2D vs flux optique
    4. Méthodologie d’estimation du mouvement
      • Représentation, critères, optimisation, méthodes de gradient
    5. Estimation 2D du mouvement
      • Basée pixel
      • Par appariement de blocs
      • Par appariement de blocs déformables
      • Estimation globale
      • Approche multi-résolution

         
  5. Principe de codage vidéo (5 heures)
     
    1. Notions de base en théorie de l’information et codage binaire
      • Entropie
      • Courbes débit-distorsion
      • Bornes en théorie de l'information (bornes du cordage sans perte)
      • Codage de Huffman et arithmétique
    2. Quantification scalaire et vectorielle
    3. Caractérisation débit-distorsion du codage avec perte

       
  6. Codage par transformée (4 heures)
     
    1. Transformée par blocs
    2. DCT et KLT
    3. Allocation optimale de bits
    4. Codage prédictif
      • Distorsion dans le codage prédictif
      • Prédicteur MMSE

         
  7. Compression vidéo par prédiction temporelle et transformée (1,5 heure)
     
    1. Techniques de compression vidéo
    2. Différents modes de codage : I, P, B
    3. Schéma bloc d’un encodeur et décodeur vidéos typiques
    4. Sélection de modes de codage
    5. Contrôle de débit

       
  8. Normes de compression vidéo (3 heures)
     
    1. H.265 / HEVC, H.265 / MPEG AVC, MPEG-4, H.263, MPEG-2, AV1, VC1

       

  9. Méthodes modernes d’évaluation de la qualité des images (2 heures)
     
    1. Différents contexte de mesures FR, RR, NR.
    2. Mesures objectives de qualité : SSIM, VIF, etc.

       
  10. Transport de contenu vidéo (3 heures)
     
    1. Architectures et protocoles de transport
    2. Contrôle des erreurs en communication vidéo

       
  11. Vidéo 360 degrés (2 heures)
    1. Acquisition
    2. Représentations et conversions
    3. Estimation de la disparité
    4. Compression
    5. Transmission

       
  12. Services vidéos par contournement (1,5 heures)
    1. Évolution des technologies de transport vidéo
    2. L’écosystème de télédiffusion
    3. Facteurs d’existence et de croissance
    4. Cas YouTube et Netflix

 

1  Ces heures sont des heures approximatives d’enseignement pour chaque sujet et incluent le temps alloué à l’examen intratrimestriel.




Laboratoires et travaux pratiques

Travaux à remettre :

  • Travaux réalisés sous forme de devoirs sur Moodle.
  • Rapports de projets pratiques.

 

Les devoirs seront associés aux notions théoriques présentées à chacune des séances.

Les projets pratiques réalisés au laboratoire d'informatique avec le logiciel Matlab seront associés aux notions théoriques présentées en classe. Ces projets pratiques peuvent être réalisés individuellement ou en équipe de deux.

 

NOTE : Si vous éprouvez des difficultés techniques avec le matériel des laboratoires d'informatique du département, s.v.p. communiquez le problème à support-logti@etsmtl.ca.




Évaluation
Devoirs 15 %

Deux projets pratiques réalisés en laboratoire d'informatique

20 %

Examen intra

32,5 %

Examen final

32,5%




Dates des examens intra
Groupe(s) Date
1 25 octobre 2019



Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux


Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

Les dates de remise des travaux doivent être respectées. Une pénalité sera applicable aux projets pratiques en laboratoire d'informatique qui ne sont pas remis à temps selon les modalités suivantes : 10% de retard est appliqué dès qu'un retard est constaté et la pénalité augmente de 15% supplémentaire à chaque journée complète de retard. Pour les devoirs, aucun retard ne sera toléré et tout retard entrainera automatiquement la note de zéro.




Absence à un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur de département. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note (0).



Plagiat et fraude
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/docs/ETS/Gouvernance/Secretariat-general/Cadre-reglementaire/Documents/Infractions-nature-academique ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet.  À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).



Documentation obligatoire

Aucune




Ouvrages de références

Wang, Yao, Jörn Ostermann et Ya-Qin Zhang. 2002. Video processing and communications. Upper Saddle River, N.J.: Prentice Hall, 595 p. (très utilisé)

 

Li, Ze-Nian, Mark S. Drew et Jiangchuan Liu. 2014. Fundamentals of Multimedia, 2nd ed. Coll. « Texts in Computer Science ». Cham: Springer International Publishing, 727 p.

 

Woods, John W. 2012. Multidimensional signal, image, and video processing and coding, second edition, 2nd ed. Waltham, Mass.: Academic Press.

 

Bovik, Alan C. 2005. Handbook of image and video processing, 2nd ed. Amsterdam ; Boston, Mass.: Elsevier Academic Press, 1372 p.

 

Rao, K. Ramamohan, Z. S. Bojkovic et Dragorad A. Milovanovic. 2002. Multimedia communication systems : techniques, standards, and networks. Upper Saddle River, N.J.: Prentice Hall PTR, 545 p.

 

Richardson, Iain E. G. 2010. The H.264 Advanced Video Compression Standard, 2nd ed. Wiley, 346 p.

 

Lee, Jae-Beom, et Hari Kalva. 2008. The VC-1 and H.264 Video Compression Standards for Broadband Video Services. 32. Boston, MA: Springer Science + Business Media LLC.

 

Sze, Vivienne, Budagavi, Madhukar, et Gary J. Sullivan. 2014. High Efficiency Video Coding (HEVC) : Algorithms and Architectures. Springer.

 

Wien, Mathias. 2014. High Efficiency Video Coding : Coding Tools and Specification. Springer.

 




Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

Le cours est disponible sur moodle. Tous les échanges d'information se feront en utilisant cet outil.

Site moodle : https://ena.etsmtl.ca