La vidéo. On distingue deux types de vidéos: La vidéo analogique La vidéo numérique. Capture d'écran de l'extraction d images d une séquence.

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1 La vidéo Ensemble des techniques permettant la visualisation ou l enregistrement d images animées accompagnées de son Une vidéo est une succession d images fixes à une certaine (cadence) Flux vidéo : information continu composé d une succession d images et de son ( 25/ secondes en Europe et 30/ seconde en USA) Mixage: Consiste à équilibrer les fréquences et amplitude relatives d un certains nombre de sources audio Montage : C est l action d agencer images et sons. Exemple: Assembler de bout à bout plusieurs plans pour former des séquences On distingue deux types de vidéos: La vidéo analogique La vidéo numérique Capture d'écran de l'extraction d images d une séquence.mov 1

2 La vidéo analogique La vidéo analogique, représente l'information comme un flux continu de données analogiques, destiné à être affichées sur un écran de télévision (basé sur le principe du balayage. Normes de la vidéo analogique ( PAL, SECAM et NTSC) PAL/SECAM (Phase Alternating Line / SEquentiel Couleur A Mémoire ) Format utilisé en Europe pour la télévision hertzienne Permet de coder les vidéos sur 625 lignes à raison de 25 images par seconde à un format 4:3 (c'est-à-dire que le rapport largeur sur hauteur vaut 4/3). NTSC (National Television Standards Committee), Norme utilisée aux Etats-Unis et au Japon Utilise un système de 525 lignes entrelacées à 30 images/sec (donc à une fréquence de 60Hz) à un format 4:3 2

3 Tramage : Formation d une image sur l écran de TV Entrelacement: : Le téléviseur PAL/SECAM affiche 50 trames(demi image) seconde (à une fréquence de 50 Hz), soit 25 images par seconde. par le but est d'économiser la moitié de la bande passante au prix de quelques défauts peu visibles sur un petit écran Trame impaire Trame paire + = Le spot lumineux «affiche» d abord les lignes de la trame «impaire» ( 1, 3, 5, ) en 1/50 de sec (PAL/SECAM) Ensuite les lignes de la trame paire ( 2, 4, ) Trame paire Trame impaire Image 3

4 La Vidéo numérique La vidéo numérique consiste à afficher une succession d'images numériques. Puisqu'il s'agit d'images numériques affichées à une certaine cadence, il est possible de connaître le débit nécessaire pour l'affichage d'une vidéo, c'est-à-dire le nombre d'octets affichés (ou transférés) par unité de temps. Débit=Taille d une image * Nbre d images par seconde Soit une image true color (24 bits) ayant une définition de 640 pixels par 480. Pour afficher correctement une vidéo possédant cette définition il est nécessaire d'afficher au moins 30 images par seconde, c'est-à-dire un débit égal à : 900 Ko * 30 = 27 Mo/s 4

5 Techniques de création d images vidéo Vidéo numérique Suite rapide d'images Numérisée à partir d'une source vidéo analogique (caméra, magnétoscope,...) Séquence audio synchronisée avec les images Animation Suite d'images de débit plus faible Images synthétisée avec un logiciel de dessin Aspect visuel proche des dessins animés Peut comporter du son 5

6 Critères de qualité Nombre d'images/trames par seconde Mouvements fluides : 20 ou + Cinéma : 24 Télévision : 25 (France), 30 (USA, Japon). Qualité propre aux images Définition Nombre de couleurs. Qualité du son Qualité de la synchronisation entre images et son. Débit Débit (octet/sec) = taille image * nb image/sec Exemple Image 24 bits 640 *480 à 30 images/sec Taille image ~ 1Mo Débit ~30Mo/s 6

7 Formats vidéo *.avi (Audio Video Interleave). Mis au point par Microsoft : conçu pour stocker des données audio et vidéo (conteneur) - Lisible par le lecteur Windows Media Player. - Séquences vidéos avec en moyenne 15 images par seconde. -Le codec DivX est souvent utilisé mais aussi le MPEG-4, etc. *.wmv (Windows Media Video) Obtenus, par exemple, lors de la création d'un diaporama avec PhotoRécit3 ou Windows Movie Maker. C'est un format propriétaire de Microsoft lisible sur PC mais pas sur platine de salon. *.mpeg. (Moving Pictures Experts Group). Format de fichier audio et vidéo utilisant la compression avec perte. Utilisé pour la diffusion en continu sur Internet (le streaming). Le principe est d'obtenir des fichiers légers en supprimant les parties d'images fixes lors du passage d'une image à une autre image. Il existe plusieurs standards de MPEG comme le MPEG-1, le MPEG-2, le MPEG-4. *.VOB (Video Object file). Utilisés pour créer des applications sur DVD. Les fichiers VOB sont lisibles par les platines de salon. *.mov. Fichiers vidéos au standard Quicktime et donc lisibles avec le lecteur QuickTime. Il est utilisé par quelques marques d'appareils photonumériques comme Sony, pour créer des séquences vidéos. 7

8 Compression de vidéo numérique(codec) Recours à des programmes permettant de réduire les flux des données en compressant /décompressant les données vidéo. On appelle ces programmes «Codec». (pour COmpression / DECompression) Les codecs: Permettent de compresser la séquence vidéo au moment de son enregistrement pour diminuer la taille de cette séquence et de la décompresser au moment de sa lecture. Exemple: MPEG1, MPEG2, DivX, XviD Le MPEG: (Moving Pictures Experts Group) ~30Mo/s (1,5 Go/mn) Stockage, transport réseau difficile Algorithmes de COmpression et de DECompression (CODEC) 8

9 MPEG (Moving Pictures Experts Group 1988) MPEG1 Débit de 180 Ko/s Qualité proche du VHS (352x240 à 30 images/s en NTSC et 352x288 à 25 images/s en PAL/SECAM) MPEG2 Débit de 5 Mo/s Qualité prévue pour la télévision à haute définition Jusqu'à 5 canaux audios Format typique des DVD MPEG4 Version vectorisée =>interactivité avec les objets composants le flux vidéo Application au multimédia et au WEB MPEG7 Représentation standard des données pour recherche d'information dans des flux de données (forme, taille, texture, couleur et composition, voiture rouge, ciel) MPEG21 Gérer les droits d'auteur et protéger la propriété intellectuelle lors de l'échange, la distribution et la vente de données numériques 9 9

10 Deux façons de compresser Compressions sans pertes (lossless) : Exemple : Huffyuv, basé sur JPEG-LS et utilise Huffman Gain possible : 50% Intéressant, mais pas suffisant pour les applications courantes Compression avec pertes : Majoritairement utilisé dans de nombreux domaines Compression avec pertes : Deux façon de faire : Redondance spatiale : compresser les images indépendamment les unes des autres. ex : MJPEG Redondance temporelle : analyser les images qui se suivent : elles sont souvent très identiques! 10

11 Redondance temporelle D'une image à l'autre, la quantité de nouvelles informations est disparate Mais la plupart du temps, elle est très faible Image N Image N+1 Image N+2 On catégorise alors les images en 3 types : Différence entre image N et N+1 Différence entre image N+1 et N+2 I-Frame P-Frame B-Frame 11

12 I-Frames Compressée avec perte, même principe que le JPEG Compressées indépendamment de leur contexte Accès aléatoire à la séquence vidéo Taux de compression modéré. compression directe 12

13 P- Frames Codées par rapport à l images I ou P-frames précédentes L'encodeur recherche les différences de l'image par rapport à la précédente et définit des macroblocs (16x16 pixels) qui se superposeront à l'image précédente. Comparaison des deux images bloc par bloc différence > seuil, bloc différent =>compression JPEG Vitesse d'encodage déterminée par la recherche des macroblocs Compression : 2 images en mémoire 30 à 40% de gain sur I-frame Propagent les erreurs 13

14 B-Frames Image déduite d une image I ou P-frames précédentes ET suivante en faisant la moyenne des changements Offre le meilleur taux de compression : 50% de gain sur P-frame Ne propage pas les erreurs Compression : 3 images en mémoire 14

15 Dépendance des images d une compression temporelle Un ensemble d image dépendante les unes des autres au sein de la vidéo est appelé un GOP (Group Of Picture) 15

16 Hiérarchie des données vidéos (1) 16

17 Hiérarchie des données vidéo (2) Séquence vidéo (Video Sequence) Commence par une en-tête, contient des groupes d images, s achève par un code de fin Groupe d'images (Group of Pictures) Contient un index permettant un accès aléatoire Image (Picture) De trois types : I, B, P. Tranche (Slice) Macroblocs ordonnés de gauche à droite, puis de haut en bas. En cas d erreur dans la tranche, le décodeur passe à la suivante. Plus il y a de tranches, meilleur est le traitement des erreurs, mais fait perdre de la place. Macroblocs (Macroblocks) C'est une matrice rectangulaire de dimension 2 et constituée de blocs. Blocs (Block) C'est un ensemble des valeurs de luminance et chrominance de 8 lignes de 8 pixels. 17

18 Formats vidéo Tableau comparatif des différents formats vidéos hautes définition Format Résolution Format Rapport pixel L pixel écran x H DV NTSC 720 x 480 rectangulaire 0,9 DV NTSC 16/9 720 x 480 rectangulaire 1,2 DV Pal 720 x 576 rectangulaire 1,0666 DV Pal 16/9 720 x 576 rectangulaire 1,422 HD WXGA 1280 x 720 carré 1,33 HD Ready (format en cours 1280 x 1080 rectangulaire 1,78 d'abandon) HD Full 1920 x 1080 carré K D-Cinema 2028 x1080 carré 1,88 4K D-Cinema 4096 x2160 carré 1,90 Super Hi-vision 7680 x4096 carré 1,88 Définition SD Simple définition HD Haute définition HD: L'équipement vidéo peut être qualifié haute définition dès lors qu'il traite ou exploite un signal vidéo dont la définition verticale (nombre de lignes) est supérieure à 720 pixels. 18

19 Formats vidéo Tableau comparatif visuel des formats vidéos numériques Full HD, 2K D- Cinema et 4K D-Cinema 19