Rappels théoriques sur les standards de compression vidéo

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

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

3. Débits de source et de canal
Débit de Résolution
la source de l’image (pixels)
Accès Débit 176x132 240x180 320x240 640x480
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 > 450 Kb/s BON BON BON BON
LAN 100 Mb/s
Débit
du canal
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Eric Briantais

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
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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,…
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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
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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 humaine @ < 96 kb/s
Variantes + qualitatives :
MP3 VBR (débit variable)
MP3pro = « qualité CD » @ 196 kb/s
Beaucoup d’outils de traitement :
Logiciels « ripper » CD audio to MP3
Outils de montage libre et gratuit = Audacity
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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
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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
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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),…
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11. Format Microsoft WMA
WMA : Windows Media Audio
Standard propriétaire Microsoft
Qualité moyenne
Outils :
Monde Microsoft
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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
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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)
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14. Test encodage audio
Téléchargement du logiciel Audacity sur le site de
sourceforge :
http://audacity.sourceforge.net/
Installation du logiciel et paramétrage du logiciel pour
la conversion d’un fichier WAV en MP3
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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
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16. Codage de la vidéo
Formats d’acquisition compressés :
DV – DVCAM : 4.2.0. + compression intra-
image ratio 1:5 = 25 Mb/s
DVCPRO : 4.1.1. + compression intra-image
ratio 1:5 = 25 Mb/s
Digital S : 4.2.2. + compression intra-image
ratio 1:3,3 = 50 Mb/s
Betacam SX : 4.2.2. + compression inter-
image ratio 1:10 = 18 Mb/s
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17. Rappels : codage Y, dB, dR
Le codage des ligne TV dans la norme IUT-R 601
4.2.2. : 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 601
4.1.1. : 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 601
4.2.0. : la luminance Y est codée sur tous les pixels,
la chrominance dB + dR est codé un pixel sur deux,
une ligne sur deux.
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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 128
4-CIF : 576 x 704
16 x CIF : 1152 x 1408
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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 »
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Eric Briantais

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)
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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
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Eric Briantais

22. Microsoft AVI
Sigle de Audio Video Interleave. Le nom
d'origine du format est en réalité quot; Video for
Windows quot; et .AVI est l'extension affectée au
nom de ces fichiers.
Conteneur pour divers types d’encodages
(dont le DIVX)
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23. Microsoft WM9
WM9 : Windows Media 9
Standard propriétaire Microsoft
Qualité équivalente à MPEG4-PART10 et
techniquement proche du standard
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24. Apple Quicktime
Standard propriétaire Apple
Conteneur de divers types de codages dont
le MPEG4
IPod et Podcasting
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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,…)
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26. Test encodage vidéo RM
Téléchargement du logiciel Real Producer Basic 10
sur le site de Real (gratuit) :
http://forms.real.com/rnforms/products/tools/producerb
asic/index.html
Encoder mire de test Snell&Wilcox .AVI de 2,8 Mo en
.RV 4CIF@450Kb/s. Poids du fichier = 624 Ko
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27. Test encodage Vidéo QT
Téléchargement du logiciel Quick Time 7 Pro sur le
site d’Apple (payant 30€) :
http://www.apple.com/fr/quicktime/win.html
Activer le logiciel et encoder la mire en MPEG 4 –
H264
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28. Test encodage Windows Media
Téléchargement du logiciel Codeur Windows Media
Serie 9 sur le site de Microsoft (gratuit) :
http://www.microsoft.com/windows/windowsmedia/dow
nload/default.asp
Installer le logiciel et encoder la mire en Windows
Media 4CIF@ 1Mb/s
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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
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