Standards de compression audio et vidéo

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1 Standards de compression audio et vidéo Rappels théoriques streaming vidéo Eric Briantais 1

2 Pourquoi compresser? Vidéo numérique non compressée : 166 Mb/s (15 disquettes par seconde!) TV numérique : en moyenne entre 5 et 6 Mb/s (15 Mb/s max) Caméscope DV : CD ROM : 1,2 Mb/s (vidéo seule) 25 Mb/s Internet : Entre 150 Kb/s et 1 Mb/s DVD Vidéo : 6 à 7 Mb/s en moyenne Eric Briantais 2

3 Débits de source et de canal Débit de la source Résolution de l image (pixels) Accès Débit 176x x x x480 Modem 56 K 34 Kb/s Correct RNIS 64 K 45 Kb/s BON Correct ADSL 128 K 80 Kb/s BON BON Correct ADSL 512 K LAN 100 Mb/s > 450 Kb/s BON BON BON BON Débit du canal Eric Briantais 3

4 Compression des données Histoire du couple *Codeur Décodeur* nécessite une interopérabilité ascendante des traitements! Compresser, c est réduire la taille des images, c est réduire leur fréquence C est donc exploiter : les redondances spatiales (intra-images) les redondances temporelles (inter-images) la redondance subjective liée à la vision des détails fins (perception de l œil humain) C est coder les éléments qui décrivent l image en utilisant des algorithmes mathématiques Eric Briantais 4

5 Normes et standards Il faut distinguer les normes internationales, les standards de fait et les standards propriétaires : Groupes de normalisation internationale : IUT, SMPTE, I3E, W3C, MPEG, Standards De Facto : WAV, Standards propriétaires : RM, WMA, Eric Briantais 5

6 Codage de l audio Echantillonnage : Taux d échantillonnage : fréquence en khz, de 22 à 192 khz Nombre de canaux : mono, stéréo, 2.1, 5.1, Résolution : profondeur en bits, de 16, 24 à 32 bits par canal Vocabulaire : Qualité professionnelle : 192 khz, 24 ou 32 bits par canal (multipiste) CD Audio : 44 KHz, 16 bit, stéréo Fichier MP3 «qualité CD» : 196 kb/s, stéréo Qualité moyenne «voix» : < 46 kb/s selon le codage pour information jusqu à 5,3 kb/s en G.729 Eric Briantais 6

7 Format audio MPEG MP3 : Mpeg1 Layer 3 Standard développé par le Fraunhofer et Thomson (licence..!) Qualité moyenne pour la restitution de large spectre sonore mais bonne pour la voix < 96 kb/s Variantes + qualitatives : MP3 VBR (débit variable) MP3pro = «qualité 196 kb/s Beaucoup d outils de traitement : Logiciels «ripper» CD audio to MP3 Outils de montage libre et gratuit = Audacity Eric Briantais 7

8 Format audio MPEG MPGA : AAC Mpeg2 Advanced Audio Coding Standard du MPEG Group, développé principalement par le Fraunhofer Institute in Erlangen Deux profils : AAC-LC : Advanced Audio Coding, Low Complexity HE-AAC : High Efficiency AAC MPEG4 audio encoding : nouveaux algorithmes basés sur AAC Eric Briantais 8

9 Format OGG VORBIS Standard :.ogg compression de données audio avec perte du type MP3 mais sans redevance (projet open source) Qualité : Meilleure que le MP3 à débit comparable mais peu répandu et peu soutenu (cf. page de comparaison) => taille de fichier inférieure et possibilité de son en multicanal > stéréo Outils : Logiciels libres avec peu de soutien commercial. Traitement : audacity Leteur : VLC Aller sur le site de vorbis.com pour connaître les lecteurs compatibles avec le format Eric Briantais 9

10 Format Microsoft WAV Standard de facto : format pivot pour la majorité des applications de traitement audio Conteneur de divers types d encodage généralement non compressé Qualité : dépend du contenu (type d encodage) peut donc être excellente Outils : Bien soutenu car standard de facto Recommandé : Audacity, Audition (adobe), Eric Briantais 10

11 Format Microsoft WMA WMA : Windows Media Audio Standard propriétaire Microsoft Qualité moyenne Outils : Monde Microsoft Eric Briantais 11

12 Format Apple AIFF AIFF : Audio Interchange File Format Standard propriétaire présent sur les OS Mac et SGI Qualité : bonne non compressée Fichiers volumineux Variante avec compression : AIFF-C Eric Briantais 12

13 Format Real RM RM : Real Media Standard propriétaire Real Format présent dans la plupart des logiciels de traitement et le Producer basic gratuit Qualité : moyenne à bonne Outils : Ceux du monde Real et quelques autres produits commerciaux pour l encodage (studio10 de Pinnacle) Eric Briantais 13

14 Test encodage audio Téléchargement du logiciel Audacity sur le site de sourceforge : Installation du logiciel et paramétrage du logiciel pour la conversion d un fichier WAV en MP3 Eric Briantais 14

15 Comparaison des formats audio Un même morceau de musique encodé avec les différents codeurs à un même débit de 64 kbit/s :.ogg = 229 Ko.mp3 pro = 235 Ko.wma = 244 Ko.rm = 251 Ko.mp4 (QT) = 241 Ko Eric Briantais 15

16 Codage de la vidéo Formats d acquisition compressés : DV DVCAM : compression intraimage ratio 1:5 = 25 Mb/s DVCPRO : compression intra-image ratio 1:5 = 25 Mb/s Digital S : compression intra-image ratio 1:3,3 = 50 Mb/s Betacam SX : compression interimage ratio 1:10 = 18 Mb/s Eric Briantais 16

17 Rappels : codage Y, db, dr Le codage des ligne TV dans la norme IUT-R : la luminance Y est codée sur tous les pixels, la chrominance db + dr est codé un pixel sur deux. Le codage des ligne TV dans la norme IUT-R : la luminance Y est codée sur tous les pixels, la chrominance db + dr est codé un pixel sur quatre sur toutes les lignes. Le codage des ligne TV dans la norme IUT-R : la luminance Y est codée sur tous les pixels, la chrominance db + dr est codé un pixel sur deux, une ligne sur deux. Eric Briantais 17

18 Formats d image Image TV standard système européen 625/50 : 576 lignes utiles x 720 points CIF (Common Intermediate Format) : 288 lignes x 352 points Q-CIF (Quarter of CIF) : 144 lignes x 176 points SQCIF (Sub QCIF) : 96 x CIF : 576 x x CIF : 1152 x 1408 Eric Briantais 18

19 Formats de compression MPEG MPEG1 : limité au CIF. Qualité moyenne. Bande passante : de 1 à 5 Mb/s. Audio : MP3 MPEG2 : profils du CIF à 16 CIF (HDTV). Bonne qualité. DVD et TV numérique = profil 4.2.0@MPML. Bande passante de 2 à 20 Mb/s. Audio : MPGA MPEG4 : profils du QCIF à 16 CIF + information «rich media». Bande passante de plusieurs centaines de kb/s à 20 Mb/s. Audio : AAC MPEG7 : même encodage audio et vidéo que MPEG4 + découpe sémantique de l image en objets «manipulables» Eric Briantais 19

20 Profils MPEG 4 MPEG 4 comme le MPEG 2 est défini par plusieurs profils selon les capacités de bande passante du canal, de traitement et d affichage du terminal : les mobiles : IPod, PDA, visiophones (H.264), le streaming IP (QT, VLC, ) Télévision numérique standard et télévision «enhanced» MPEG4-SP : Simple Profile MPEG4-ASP : Advanced Simple Profile DIVX utilise le MPEG4-ASP MPEG4-Part10 ou AVC (Advanced Video Coding) également utilisé dans H.264 Codage optimisé pour les bas débits (même qualité pour deux fois moins de bande passante que MPEG2) Eric Briantais 20

21 MJPEG 2000 Motion JPEG 2000 Standard ISO : Group JPEG Compression intra-image de haute qualité pas de compression inter-image Standard choisi pour le cinéma numérique en salles : 4000 x 2000 pixels Eric Briantais 21

22 Microsoft AVI Sigle de Audio Video Interleave. Le nom d'origine du format est en réalité " Video for Windows " et.avi est l'extension affectée au nom de ces fichiers. Conteneur pour divers types d encodages (dont le DIVX) Eric Briantais 22

23 Microsoft WM9 WM9 : Windows Media 9 Standard propriétaire Microsoft Qualité équivalente à MPEG4-PART10 et techniquement proche du standard Eric Briantais 23

24 Apple Quicktime Standard propriétaire Apple Conteneur de divers types de codages dont le MPEG4 IPod et Podcasting Eric Briantais 24

25 Real RM Real Media Standard propriétaire mais lecteur gratuit et multi-plateformes (Windows, Linux, Mac OS) Qualité : de très moyen en bas débit (< 100 kb/s) à bon en haut débit (500 Kb/s) Outils : Ceux du monde Real Pour l encodage (uniquement) outils commerciaux divers dont la plupart des logiciels d édition vidéo (Pinnacle, AVID, ) Eric Briantais 25

26 Test encodage vidéo RM Téléchargement du logiciel Real Producer Basic 10 sur le site de Real (gratuit) : asic/index.html Encoder mire de test Snell&Wilcox.AVI de 2,8 Mo en.rv 4CIF@450Kb/s. Poids du fichier = 624 Ko Eric Briantais 26

27 Test encodage Vidéo QT Téléchargement du logiciel Quick Time 7 Pro sur le site d Apple (payant 30 ) : Activer le logiciel et encoder la mire en MPEG 4 H264 Eric Briantais 27

28 Test encodage Windows Media Téléchargement du logiciel Codeur Windows Media Serie 9 sur le site de Microsoft (gratuit) : nload/default.asp Installer le logiciel et encoder la mire en Windows Media 4CIF@ 1Mb/s Eric Briantais 28

29 Encodage à la conformation Les logiciels d édition vidéo embarquent les principaux codecs pour la diffusion des vidéos en streaming. Formats d exportation : Pinnacle Studio 10 : Fichiers DV, HDV, AVI, DivX, RealVideo 8, Windows Media 9, MPEG-1, MPEG- 2*, MPEG-4, Dolby Digital Audio 2 canaux et 5.1 Avid Xpress : QuickTime (MOV), Flash, Flash Video (SWF, FLV), Windows Media 7, 8, 9 (PC seulement), Real Media (PC seulement), MPEG-1, MPEG-2 Adobe Première : MPEG1, MPEG2, QuickTime, Real Media, Windows Media Eric Briantais 29