La compression vidéo est une étape cruciale pour une grande partie des applications de télécommunication. Depuis l'avènement de la norme H.261/MPEG-2, un nouveau standard de compression vidéo est produit tous les 10 ans environ, avec un gain en compression de 50% par rapport à la précédente. L'objectif de la thèse est d'obtenir des gains en compression par rapport à la dernière norme de codage vidéo HEVC. Dans cette thèse, nous proposons trois approches pour améliorer la compression vidéo en exploitant les corrélations du résidu de prédiction intra. Une première approche basée sur l'utilisation de résidus précédemment décodés montre que, si des gains sont théoriquement possibles, le surcoût de la signalisation les réduit pratiquement à néant. Une deuxième approche basée sur la quantification vectorielle mode-dépendent (MDVQ) du résidu préalablement à l'étape classique transformée-quantification scalaire, permet d'obtenir des gains substantiels. Nous montrons que cette approche est réaliste, car les dictionnaires sont indépendants du QP et de petite taille. Enfin, une troisième approche propose de rendre adaptatif les dictionnaires utilisés en MDVQ. Un gain substantiel est apporté par l'adaptivité, surtout lorsque le contenu vidéo est atypique, tandis que la complexité de décodage reste bien contenue. Au final on obtient un compromis gain-complexité compatible avec une soumission en normalisation. / Video compression has become a mandatory step in a wide range of digital video applications. Since the development of the block-based hybrid coding approach in the H.261/MPEG-2 standard, new coding standard was ratified every ten years and each new standard achieved approximately 50% bit rate reduction compared to its predecessor without sacrificing the picture quality. However, due to the ever-increasing bit rate required for the transmission of HD and Beyond-HD formats within a limited bandwidth, there is always a requirement to develop new video compression technologies which provide higher coding efficiency than the current HEVC video coding standard. In this thesis, we proposed three approaches to improve the intra coding efficiency of the HEVC standard by exploiting the correlation of intra prediction residue. A first approach based on the use of previously decoded residue shows that even though gains are theoretically possible, the extra cost of signaling could negate the benefit of residual prediction. A second approach based on Mode Dependent Vector Quantization (MDVQ) prior to the conventional transformed scalar quantization step provides significant coding gains. We show that this approach is realistic because the dictionaries are independent of QP and of a reasonable size. Finally, a third approach is developed to modify dictionaries gradually to adapt to the intra prediction residue. A substantial gain is provided by the adaptivity, especially when the video content is atypical, without increasing the decoding complexity. In the end we get a compromise of complexity and gain for a submission in standardization.

L'utilisation des modèles 3D, représentés sous forme de maillage, est sans cesse croissante dans de nombreuses applications. Pour une transmission efficace et pour une adaptation à l'hétérogénéité des ressources de ces modèles, des techniques de compression progressive sont généralement utilisées. Afin de protéger le droit d'auteur de ces modèles pendant la transmission, des techniques de tatouage sont également employées. Dans ces travaux de thèse, nous proposons premièrement deux méthodes de compression progressive pour des maillages avec ou sans information de couleurs et nous présentons finalement un système conjoint de compression progressive et de tatouage. Dans une première partie, nous proposons une méthode d'optimisation du compromis débit-distorsion pour des maillages sans attribut de couleur. Pendant le processus de l'encodage, nous adoptons la précision de quantification au nombre d'éléments et à la complexité géométrique pour chaque niveau de détail. Cette adaptation peut s'effectuer de manière optimale en mesurant la distance par rapport au maillage original, ou de façon quasi-optimale en utilisant un modèle théorique pour une optimisation rapide. Les résultats montrent que notre méthode donne des résultats compétitifs par rapport aux méthodes de l'état de l'art. Dans une deuxième partie, nous nous focalisons sur l'optimisation du compromis débit-distorsion pour des maillages possédant l'information de couleur attachée aux sommets. Après avoir proposé deux méthodes de compression pour ce type de maillage, nous présentons une méthode d'optimisation du débit-distorsion qui repose sur l'adaptation de la précision de quantification de la géométrie et de la couleur pour chaque maillage intermédiaire. Cette adaptation peut être effectuée rapidement selon un modèle théorique qui permet d'évaluer le nombre de bits de quantification nécessaire pour chaque maillage intermédiaire. Une métrique est également proposée pour préserver les éléments caractéristiques durant la phase de simplification. Finalement, nous proposons un schéma conjoint de compression progressive et de tatouage. Afin de protéger tous les niveaux de détails, nous insérons le tatouage dans chaque étape du processus d'encodage. Pour cela, à chaque itération de la simplification, nous séparons les sommets du maillage en deux ensembles et nous calculons un histogramme de distribution de normes pour chacun d'entre eux. Ensuite, nous divisons ces histogrammes en plusieurs classes et nous modifions ces histogrammes en décalant les classes pour insérer un bit. Cette technique de tatouage est réversible et permet de restaurer de manière exacte le maillage original en éliminant la déformation induite par l'insertion du tatouage. Nous proposons également une nouvelle méthode de prédiction de la géométrie afin de réduire le surcoût provoqué par l'insertion du tatouage. Les résultats expérimentaux montrent que notre méthode est robuste à diverses attaques géométriques tout en maintenant un bon taux de compression

Ces dernières années, l'intérêt scientifique porté aux différents aspects des systèmes autonomes est en pleine croissance. Des voitures autonomes jusqu'à l'Internet des objets, il est clair que la capacité de systèmes à prendre des décision de manière autonome devient cruciale. De plus, ces systèmes opéreront avec des ressources limitées. Dans cette thèse, ces systèmes sont étudiés sous l'aspect de la théorie de l'information, dans l'espoir qu'une compréhension fondamentale de leurs limites et de leurs utilisations pourrait aider leur conception par les futures ingénieurs.Dans ce travail, divers problèmes de décision binaire distribuée et collaborative sont considérés. Deux participants doivent "déclarer" la mesure de probabilité de deux variables aléatoires, distribuées conjointement par un processus sans mémoire et désignées par $vct{X}^n=(X_1,dots,X_n)$ et $vct{Y}^n=(Y_1,dots,Y_n)$. Cette décision et prise entre deux mesures de probabilité possibles sur un alphabet fini, désignés $P_{XY}$ et $P_{bar{X}bar{Y}}$. Les prélèvements marginaux des variables aléatoires, $vct{X}^n$ et $vct{Y}^n$ sont supposés à être disponibles aux différents sites .Il est permis aux participants d'échanger des quantités limitées d'information sur un canal parfait avec un contraint de débit maximal. Durant cette thèse, la nature de cette communication varie. La communication unidirectionnelle est considérée d'abord, suivie par la considération de communication bidirectionnelle, qui permet des échanges interactifs entre les participants. / In recents years, interest has been growing in research of different autonomous systems. From the self-dring car to the Internet of Things (IoT), it is clear that the ability of automated systems to make autonomous decisions in a timely manner is crucial in the 21st century. These systems will often operate under stricts constains over their resources. In this thesis, an information-theoric approach is taken to this problem, in hope that a fundamental understanding of the limitations and perspectives of such systems can help future engineers in designing them.Throughout this thesis, collaborative distributed binary decision problems are considered. Two statisticians are required to declare the correct probability measure of two jointly distributed memoryless process, denoted by $vct{X}^n=(X_1,dots,X_n)$ and $vct{Y}^n=(Y_1,dots,Y_n)$, out of two possible probability measures on finite alphabets, namely $P_{XY}$ and $P_{bar{X}bar{Y}}$. The marginal samples given by $vct{X}^n$ and $vct{Y}^n$ are assumed to be available at different locations.The statisticians are allowed to exchange limited amounts of data over a perfect channel with a maximum-rate constraint. Throughout the thesis, the nature of communication varies. First, only unidirectional communication is allowed. Using its own observations, the receiver of this communication is required to first identify the legitimacy of its sender by declaring the joint distribution of the process, and then depending on such authentication it generates an adequate reconstruction of the observations satisfying an average per-letter distortion. Bidirectional communication is subsequently considered, in a scenario that allows interactive communication between the participants.

La problématique principale de cette thèse est la compression de masses de données vidéo haute résolution. Nous proposons un schéma de compression vidéo par transformée en ondelettes compensée en mouvement. Plus précisément, dans le but de réduire le coût des vecteurs mouvement parfois trop élevé dans ce type de schéma, nous avons développé une approche de quantification avec pertes de ces vecteurs, permettant d'adapter leur précision tout en respectant le compromis débit/ distorsion. Cette approche permet d'améliorer considérablement les performances du codeur, spécialement `a bas débit. Pour modéliser l'influence de l'introduction de perte sur l'information de mouvement, nous avons établi un modèle théorique de distorsion de l'erreur de codage, et, enfin, nous avons réalisé une allocation de débit optimale basée modèle entre les vecteurs mouvement et les coefficients d'ondelettes. Pour éviter certains artefacts dus à une mauvaise estimation du mouvement, nous avons ensuite amélioré le schéma lifting utilisé pour la transformée en ondelettes par une approche novatrice : les coefficients du schéma lifting sont adaptés à la norme des vecteurs mouvement. Notre méthode de quantification des vecteurs mouvement a par ailleurs été appliquée au codeur H.264, la norme actuelle de compression vidéo pour la Haute Définition. Enfin, nous avons travaillé sur le Codage par Descriptions Multiples, une approche de codage conjoint source / canal pour la compression robuste de vidéos utilisée dans la transmission sur des canaux de communication bruités. Nous avons développé un codeur vidéo robuste, par des approches de Codage par Descriptions Multiples dans le domaine transformé. Une allocation de débit est réalisée au codeur pour répartir le débit des coefficients d'ondelettes entre les différentes descriptions, en fonction des paramètres du canal. Plus particulièrement, pour reconstruire au mieux la vidéo en sortie du canal, nous avons réalisé des approches de décodage optimal, basées sur la connaissance des densités de probabilités des sous bandes des différentes descriptions, sur un modèle de canal et sur des probabilités à posteriori. En parallèle, le codage de source vidéo distribué a également été exploré.

L’utilisation des modèles 3D, représentés sous forme de maillage, est sans cesse croissante dans de nombreuses applications. Pour une transmission efficace et pour une adaptation à l’hétérogénéité des ressources de ces modèles, des techniques de compression progressive sont généralement utilisées. Afin de protéger le droit d’auteur de ces modèles pendant la transmission, des techniques de tatouage sont également employées. Dans ces travaux de thèse, nous proposons premièrement deux méthodes de compression progressive pour des maillages avec ou sans information de couleurs et nous présentons finalement un système conjoint de compression progressive et de tatouage. Dans une première partie, nous proposons une méthode d’optimisation du compromis débit-distorsion pour des maillages sans attribut de couleur. Pendant le processus de l’encodage, nous adoptons la précision de quantification au nombre d’éléments et à la complexité géométrique pour chaque niveau de détail. Cette adaptation peut s’effectuer de manière optimale en mesurant la distance par rapport au maillage original, ou de façon quasi-optimale en utilisant un modèle théorique pour une optimisation rapide. Les résultats montrent que notre méthode donne des résultats compétitifs par rapport aux méthodes de l’état de l’art. Dans une deuxième partie, nous nous focalisons sur l’optimisation du compromis débit-distorsion pour des maillages possédant l’information de couleur attachée aux sommets. Après avoir proposé deux méthodes de compression pour ce type de maillage, nous présentons une méthode d’optimisation du débit-distorsion qui repose sur l’adaptation de la précision de quantification de la géométrie et de la couleur pour chaque maillage intermédiaire. Cette adaptation peut être effectuée rapidement selon un modèle théorique qui permet d’évaluer le nombre de bits de quantification nécessaire pour chaque maillage intermédiaire. Une métrique est également proposée pour préserver les éléments caractéristiques durant la phase de simplification. Finalement, nous proposons un schéma conjoint de compression progressive et de tatouage. Afin de protéger tous les niveaux de détails, nous insérons le tatouage dans chaque étape du processus d’encodage. Pour cela, à chaque itération de la simplification, nous séparons les sommets du maillage en deux ensembles et nous calculons un histogramme de distribution de normes pour chacun d’entre eux. Ensuite, nous divisons ces histogrammes en plusieurs classes et nous modifions ces histogrammes en décalant les classes pour insérer un bit. Cette technique de tatouage est réversible et permet de restaurer de manière exacte le maillage original en éliminant la déformation induite par l’insertion du tatouage. Nous proposons également une nouvelle méthode de prédiction de la géométrie afin de réduire le surcoût provoqué par l’insertion du tatouage. Les résultats expérimentaux montrent que notre méthode est robuste à diverses attaques géométriques tout en maintenant un bon taux de compression / The use of 3D models, represented as a mesh, is growing in many applications. For efficient transmission and adaptation of these models to the heterogeneity of client devices, progressive compression techniques are generally used. To protect the copyright during the transmission, watermarking techniques are also used. In this thesis, we first propose two progressive compression methods for meshes with or without color information, and we present a joint system of compression and watermarking. In the first part, we propose a method for optimizing the rate-distortion trade-off for meshes without color attribute. During the encoding process, we adopt the quantization precision to the number of elements and geometric complexity. This adaptation can be performed optimally by measuring the distance regarding the original mesh, or can be carried out using a theoretical model for fast optimization. The results show that our method yields competitive results with the state-of-the-art methods. In the second part, we focus on optimizing the rate-distortion performance for meshes with color information attached to mesh vertices. We propose firstly two methods of compression for this type of mesh and then we present a method for optimizing the rate-distortion trade-off based on the adaptation of the quantification precision of both geometry and color for each intermediate mesh. This adaptation can be performed rapidly by a theoretical model that evaluates the required number of quantization bits for each intermediate mesh. A metric is also proposed in order to preserve the feature elements throughout simplification. Finally, we propose a joint scheme of progressive compression and watermarking. To protect all levels of detail, we insert the watermark within each step of the encoding process. More precisely, at each iteration of simplification, we separate vertices into two sets and compute a histogram of distribution of vertex norms for each set. Then, we divide these histograms into several bins and we modify these histograms by shifting bins to insert a bit. This watermarking technique is reversible and can restore exactly the original mesh by eliminating the distortion caused by the insertion of the watermark. We also propose a new prediction method for geometry encoding to reduce the overhead caused by the insertion of the watermark. Experimental results show that our method is robust to various geometric attacks while maintaining a good compression ratio

L'objectif de cette thèse est de valider l'hypothèse selon laquelle le codage par objets vidéo peut permettre d'obtenir des gains significatifs en utilisant le codage dynamique (mise en concurrence de plusieurs codeurs pour chaque objet vidéo). Afin de répondre à cet objectif, différents points ont été étudiés. Le premier point concerne l'étude de la segmentation en objet vidéo de manière automatique. Nous avons proposé un modèle d'objet faisant intervenir la notion de suivi long terme via la représentation d'un objet sous la forme mouvement/texture (avec l'utilisation d'un maillage actif pour représenter le mouvement). Un algorithme de clustering 3D a été développé basé sur ce modèle. Dans un deuxième temps, nous nous sommes attaché à l'amélioration des techniques de codage objet via la hiérarchisation ("scalabilité") du flux vidéo. Pour cela, nous utilisons un schéma de codage ondelette 3D et nous introduisons notamment un codage de contours avec perte. Enfin le dernier point étudié concerne le codage dynamique d'objets vidéo (mise en concurrence de plusieurs codeurs pour chaque objet vidéo). Les codeurs utilisés sont : le codeur H264/AVC, un codeur ondelette 3D, un codeur 3D et un codeur par mosaïque. La répartition automatique des débits permet d'obtenir des résultats dépassant ceux produits par chaque codeur pris séparément, tout en offrant le découpage du flux en objets vidéo. Mots clés : Segmentation en objets vidéo, segmentation long terme, modèle d'objet vidéo, fonctionelle d'énergie, clustering, maillage actif, mosaïque, codage vidéo, codage d'objet vidéo, décorrélation mouvement texture forme, hiérarchisation : scalabilté, ondelettes spatiotemporelles, ondelette 3D, codage de contour, codage de forme, prolongement : padding, codage dynamique, codage concurrentiel, optimisation débit-distorsion, répartition des débits, antialiasing.