LE CODAGE NUMERIQUE DE LA VIDEO, principes généraux. Codage brut. Compression spatiale et temporelle. Normes. Applications

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Aline François
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1 LE CODAGE NUMERIQUE DE LA VIDEO, principes généraux Codage brut Compression spatiale et temporelle Normes Applications A. Croisier, mars

C'est suffisant parce que notre œil comporte lui-même trois types de cellules sensibles à la couleur

2 Pixels et couleurs En vidéo, les couleurs sont créées par l'addition de trois composantes, Rouge Vert et leux. C'est suffisant parce que notre œil comporte lui-même trois types de cellules sensibles à la couleur : les cônes. L'intensité de chaque composante peut prendre un grand nombre de valeurs, qu'on code par 8 bits au moins. Le blanc est produit lorsque les trois composantes sont à leur maximum. 2

3 Codage "brut" en composantes RV (norme PAL "625 lignes") Soit 25 images par seconde de 576 lignes et 720 points par ligne, Chacune des trois composantes RV étant codée sur 8 bits Le débit nécessaire est de 576 x 720 x 25 x (8+8+8) = 248,832 Mégabit/s. (31,104 Mo/s) mais un caméscope DV n'utilise que un DVD un CD codé en DIVX 1/8 ème de ce débit, 1/50 ème 1/250 ème Comment font-ils? 3

4 Le codage brut est surpuissant Il est capable de transmettre exactement une séquence d'images totalement aléatoires, comme celles-ci : mais les images réelles sont beaucoup plus simples! 4

5 Codage adapté à la source (compression) Toute image visuellement significative se compose de plages colorées plus ou moins uniformes, et la plupart des points ressemblent à leurs voisins. Chaque image peut se déduire de la précédente par des changements généralement mineurs. On peut exploiter ces similitudes et ne coder que les variations, on utilisera beaucoup moins de bits d'information, ce codage adaptatif appelé souvent "compression d'image" est la base des techniques numériques. 5

6 Remarques sur la compression Elle peut s'effectuer sans perte d'information, mais une légère perte de qualité permet de gagner beaucoup en débit de données. Les systèmes sont souvent paramétrables : + de débit => + de qualité Le niveau de compression qu'on peut atteindre dépend du contenu des images : Les systèmes les plus performants fonctionnent à débit variable. Pour comprimer il faut analyser l'image, plus la puissance de calcul est grande, plus l'information transmise peut être réduite : La performance des systèmes de transmission numérique évolue constamment avec la technologie. 6

7 Compression spatiale 7

8 Systèmes à compression spatiale (par ordre d'apparition) JPEG Codage de photographies, taux de compression paramétrable MJPEG Montage de vidéo sur ordinateur (PC, Macintosh), taux de compression paramétrable. DV Caméscopes numériques, taux de compression fixe cas particulier : MPEG2 I-Frame Montage vidéo sur machine spécialisée (Casablanca), dérivé du codeur temporel MPEG2. 8

9 Performance typique du codage spatial : Cette image JPEG est codée avec 1,5 bit/pixel Un caméscope DV utilise 2,8 bit/pixel 9

10 Compression temporelle 10

11 Compression temporelle : Schéma du MPEG-2 "MP@ML" (trames I, et P) Codage direct (compression spatiale) Prédiction et codage de la différence I P P P P I Interpolation (aucun codage) GOP (Group of Pictures) 11

12 Systèmes à compression spatiale et temporelle MPEG 1 Vidéo CD (qualité bande VHS) MPEG 2 Super Vidéo CD (qualité bande S-VHS) DVD (qualité supérieure aux bandes) Télévision par satellite Nouveaux produits (voir plus bas) Note : MP 3 est une sous-norme de MPEG 2 pour le codage du son. 12

13 Compression orientée objet Dans ces systèmes, l'image est séparée en objets (arrière plan, personnages, textes superposés...) Chaque objet est traité avec l'algorithme le plus approprié à sa nature Le codage est très complexe et très efficace, il s'applique dans un large éventail de débits et de qualité MPEG 4 La norme internationale "officielle" VFW, RealVideo... DIVX Une variante de MPEG 4 très utilisée pour la copie de DVD sur CD. Des procédés propriétaires qui utilisent également ces techniques. 13

14 Evolution de la performance Les normes acceptent de nombreux paramètres de codage. Sous le même nom on peut trouver des systèmes de performances différentes destinés à divers domaines d'application. Les normes ne définissent que les DECODEURS Dans le cadre d'une même norme, et avec les mêmes paramètres, la qualité du codage évolue en fonction de la puissance des matériels et des algorithmes de codage. 14

15 Principaux formats d'application pour une image de télévision PAL!! " # $ % & ' ' ( ) 3 * +,-. - /! $ & 0 1 ). 2! - % & /$!! /! # /. & 0 3 ( +! +. /. " - /!! /$ ) ' %! /! " /". ) ' % 1 "! ". # 3 / 4 /0 ' %, - / 1 ) 1. /! /. 3 ) 1 ' $ (*) couleur sous-échantillonnée /,. /" /$! /. 1 ) 5 / " " /.. ' 6 8 ( )

16 MPEG-4 et formats propriétaires TVHD - le retour (en format MPEG-2) Evolution des applications (à court terme) DV reste la principale norme des caméscopes à bande MPEG-2 s'impose dans les nouveaux produits: caméscopes à microcassette caméscopes à disque optique magnétoscopes à disque dur récepteurs satellites à disque dur se disputent les applications internet Actuellement US et Japon, bientôt en Europe, et peut-être sur les caméscopes. 16

17 Pour en savoir plus Connectez-vous à Videolag.multimania.fr et lisez le document Les normes en vidéo numérique 17

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