Définition. Un signal audio-vidéo est composé d un : 1. Signal audio (musique, parole, ) 2. Signal vidéo (séquence d images)

Transcription

1 Chapitre 1

2 Définition Un signal audio-vidéo est composé d un : 1. Signal audio (musique, parole, ) 2. Signal vidéo (séquence d images) = 8

3 Un signal audio numérique est : Une séquence d échantillons (nombre binaire), séparés dans le temps par un intervalle de temps, noté T e, inverse de la fréquence d échantillonnage F e : T e = 1/F e La valeur de chaque échantillon définit l amplitude du signal audio à cet instant. Pour avoir peu de pertes d information, il faut respecter la condition de Shannon : 9 Signal audio F e 2 x F max et T e 1 / (2 x F max )

4 Signal audio Exemples d application : La meilleure illustration de l application de ce théorème est la détermination de la fréquence d échantillonnage d un CD audio L oreille humaine peut capter les sons allant de 20 Hz jusqu à 16 khz, voire jusqu à 20 khz Il convient d échantillonner le signal audio à au moins 2 x 20 khz = 40 khz L industrie a normalisé la fréquence à : 44.1 khz, pour les CD Audio. 48 khz, pour les DVD audio. 10

5 Signal audio Un signal audio numérique est défini par : Sa durée, notée T Sa fréquence d échantillonnage F e (en général 44.1 ou 48 khz) Son nombre de canaux N canaux (1 : mono, 2 : stéréo, 3/+ : dolby) Le poids de chaque échantillons N éch (en général 8 ou 16 bits) Poids d un signal audio numérique (non compressé) : Poids = T F e N bits N canaux Exemple : P audio = 1h 44.1kHz 16bits/éch 2 (stéréo) 606 Mo 11

6 Signal vidéo Un signal vidéo numérique est constituée par une séquence d images décomposant le mouvement Þ Il s agit d un échantillonnage temporel du mouvement Notre cerveau a l impression d un mouvement continu grâce à la persistance rétinienne. Þ Ce temps de persistance de l image sur la rétine est d environ 1/10 ème de seconde. Si l échantillonnage du temps est insuffisant : Mouvement haché peu réaliste. 12

7 Signal vidéo Ce phénomène est utilisé pour simuler le mouvement (on note fps = images par seconde) : Cinéma : 24 fps Télévision : 25 fps (Europe) 30 fps (E-U / Japon) Militaire : > 60 fps (mouvement très rapide) Attention, en informatique (notamment pour les jeux vidéo), il ne faut pas confondre la vitesse d affichage avec la vitesse de traitement. 13

8 Un signal vidéo numérique est défini par : Sa durée, notée T Signal vidéo Sa fréquence d affichage F aff (en général, 24/25/30 fps) Le poids d une image (matricielle ou vectorielle) P image Cas d une image matricielle : Dimension : L (largeur) H (hauteur) Codage des pixels : P pixel (ex : RVB - 8 bits = 3 octets / pixels) Poids d un signal vidéo numérique (non compressé) : Poids = P image N éch = [ (L H) P pixel ] [T F aff ] 14 Exemple : P vidéo = [ ( ) 24 bits] [1h 24 fps] 74 Go

9 Chapitre 1

10 Poids d un signal audio-visuel Exemple : Soit un film de durée 1h (3600 s) défini par : Partie audio : stéréo, 44.1 khz, et 16 bits Partie vidéo : 24 fps, 640 x 480 pixels, RVB 24bits Poids d un signal audio numérique : P audio = 1h 44.1 khz 16 bits Mo Poids d un signal vidéo numérique : P vidéo = [ ( ) 24 bits] [1h 24 fps] 74 Go Poids total : Poids = P audio + P vidéo 75 Go 16

11 Débit d un signal audio-visuel Pour exprimer la quantité d informations transmise lors de la lecture d une vidéo, on parle de débits exprimés : en octets par seconde (ou Byte per second : Bps) ou en bits par seconde (ou bits per second : bps) Débit D d une vidéo : D = Poids / Durée Exemple précédent : D 75 Go / 1h 20.4 Mo/s 17

12 Support de stockage Bande magnétique ex : LTO-5 Media 3.0 To, D max = 140 Mo/s à venir : LTO To, D max = 270 Mo/s CD / DVD / HD-DVD / Blu-Ray CD-ROM : 650 Mo à 900 Mo DVD : environ 4.7 Go / couche / face HD DVD : 15 Go à 50 Go (1 à 3 couches) Blu-ray : environ 25 Go / couche Disque dur : Standard (2010) : 120 Go à 2 To D = 0.5 Gbits/s, voire + Capacité pouvant atteindre 3 To D = 1.6 Gbits/s Clé USB : Standard : 1 à 32 Go D max plusieurs dizaines Mo/s 18 Capacité max : 256 Go

13 19 Support de transmission Contraintes matérielles : Connexion ADSL : Débit entrant : jusqu à 30 Mbits/s (voire 100 Mbits/s en Numericable) Débit sortant : jusqu à 2 Mbits/s environ Lecteur de disque : BD / DVD / CD Blu-ray (BD) : 36 Mbits/s en 1X ex : en 8X, D = 388 Mbits/s DVD : Mbits/s en 1X ex : en 16X, D = 169 Mbits/s CD : 1.2 Mbits/s en 1X ex : en 48X, D = 56 Mbits/s Réseau : Fast Ethernet : 100 Mbits/s Gigabit Ethernet : 1 Gbits/s 10 Gigabit Ethernet : 10 Gbits/s (peu employé en 2009)

14 Intérêt de la compression Les signaux audio-vidéo numériques réclament des tailles et des débits de lecture très importants. Il est indispensable de compresser les données sur le support de stockage ou de diffusion, puis de les décompresser lors de la lecture. 1. Pour réduire les besoins en stockage 2. Pour une lecture fluide (Disque dur, CDROM) 3. Pour une diffusion sur le net («flux» ou «streaming») 20

15 Chapitre 1

16 Introduction Pour réduire la taille et le débit des vidéos, il faut : compresser les données La durée de compression importe seulement dans le cas d une diffusion de vidéo en direct. Dans le cas contraire, on peut très bien réaliser la compression de la vidéo originale en plusieurs heures si nécessaire. 22

17 Introduction Pour réduire la taille et le débit des vidéos, il faut : 23 les décompresser lors de la lecture. La décompression doit être suffisamment rapide pour ne pas ralentir le flux et éviter les saccades du son et de la vidéo. Il faut pouvoir décompresser au moins 24 images par seconde ainsi que les données sonores.

18 Qu est ce qu un codec? Un codec (COmpression/DECompression) est un programme permettant de : Compresser des données audio et/ou vidéo pour créer un fichier. Décompresser des données audio et/ou vidéo contenues dans un fichier/flux pour les lire. Pack de codecs pour Windows On distingue 2 grandes familles de codecs : Sans perte (lossless) non destructrices Avec pertes (lossy) destructives Pack de codecs pour Mac OSX 24

19 Compression sans perte Le signal audio-vidéo est compressé à l aide d algorithmes sans perte, mais à la restitution on retrouve exactement l original sans aucune altération. Avantage : Qualité sonore et vidéo parfaite. Inconvénient : Compression peu efficace. Formats de compression audio sans perte : PCM Formats de compression de vidéo sans perte : GIF animé / MNG / Flash / SVG / 25

20 26 Compression avec pertes La vidéo non compressée, ou compressée sans pertes est trop volumineuse. Þ Algorithmes de codage avec pertes, tirant parti des caractéristiques psychosensorielles, pour se débarrasser des inforations qui ne sont pas perçues ou qui sont redondantes. Formats de compression audio : ADPCM / GSM / MP3 / OGG / WMA / Formats de compression de vidéo : Cinepak / Indeo / Real Video / MPEG / DV / DivX / WMV /

21 27 Compression avec pertes Ces différentes méthodes de compression avec pertes se distinguent par : 1. leur taux de compression τ rapport entre le poids du signal compressé et le poids du signal non compressé plus le taux de compression est faible, meilleure est la compression L inverse s appelle le quotient de compression q = 1 / τ 2. la qualité du signal résultant Q calculée par des algorithmes de similarité entre le signal résultant et le signal d origine 3. les vitesses V de compression / décompression Les vitesses sont les mêmes si le codec est symétrique, différentes si le codec est asymétrique.