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RÉSUMÉ
Cet article traite de la «forme» numérique «compressée» dans laquelle sont converties les images et les sons, après l’étape initiale de leur numérisation aboutissant à leur «format natif numérique» représentant les résultats numériques des mesures des sons ou des images. L’objectif du processus de compression numérique est de réduire la quantité de «0» et de «1» de ce format natif. Cette réduction se base sur l’analyse des informations redondantes non perçues par nos sens. Mais si elle est mal ajustée elle peut entraîner des défauts dans les sons ou images reproduites. Cet article décrit pour chaque média les principes de base, les outils disponibles et les paramètres à prendre en compte.
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Jean-Noël GOUYET : Ingénieur en techniques et gestion des médias numériques - Ancien chargé d’études à la Direction de la recherche de l’Institut national de l’audiovisuel (Ina)
INTRODUCTION
Les professionnels, comme les particuliers, ont à produire, manipuler, stocker, gérer, échanger, diffuser, distribuer, des médias numériques « codés » dans divers formats, appelés formats « d’essence », et encapsulés dans des « formats-conteneurs » de stockage ou de transport extrêmement nombreux et variés.
Ce dossier « Panorama des médias numériques », composé de six articles, a pour objectif de proposer une définition, une description des caractéristiques, une cartographie et une classification de ces différents formats de médias numériques.
Le premier article [TE 5 364] détaille les paramètres du « format natif numérique », qui est le résultat d’une mesure discontinue et codée de l’amplitude des grandeurs analogiques, continues et proportionnelles, générées par des appareils de prise de son ou de vue.
Ce second article [TE 5 366] présente un panorama des formats de compression numérique, audio, image fixe et vidéo qui permettent de réduire la quantité de données composant les formats natifs, afin de faciliter leur stockage ou leur distribution.
Le troisième article [TE 5 368] introduit aux caractéristiques des formats-conteneurs permettant d’encapsuler l’audio, les images fixes ou la vidéo, soit en format natif, soit en format de compression.
Le quatrième article [TE 5 369] décrit des formats-conteneurs dédiés au stockage de médias, en particulier une cinquantaine de formats de fichiers, parmi les plus utilisés dans le monde des médias et de l’audiovisuel, ainsi que quelques formats d'enregistrement sur supports optiques ou magnétiques.
Le cinquième article [TE 5 370] décrit des formats-conteneurs dédiés à différents modes de transport des médias numériques, ainsi que des métaformats-conteneurs.
Le sixième article [TE 5 371] aborde le problème de la gestion des formats de médias numériques, en détaillant la conversion entre formats et en fournissant quelques critères d’évaluation et de sélection des formats.
Le lecteur trouvera en fin d’article une liste complète des abréviations et acronymes des formats de compression. Ceux concernant les formats natifs numériques se trouvent à la fin de l’article [TE 5 364]. De nombreux termes et le texte de certaines figures ont été conservés en anglais, avec la traduction jointe, de manière à faciliter la lecture et l’utilisation des spécifications et autres documents.
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Glossaire et acronymes
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6. Conclusion
La télévision et la radio numériques, ainsi que le streaming de l’audio et de la vidéo sur Internet et vers les terminaux mobiles, n’auraient pu être mis en œuvre sans les formats de compression. Toutefois, la réduction de débit (et de capacité de stockage) se fait au prix de :
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une dégradation de la qualité originelle (sauf avec un codec de compression sans perte) et la perception éventuelle d’artefacts ;
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une augmentation du temps d’encodage et de la puissance de calcul nécessaire ;
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une augmentation en transmission du temps de latence, un problème par exemple pour transmettre de la production de télévision UHD live sur liaison IP.
Cet article qui propose un large panorama des formats de compression des médias numériques, illustre également leur très (trop) grande multiplicité, due à leur auteur et à l’origine de leur développement, à leurs performances, à l’usage qui en est fait. Dans le choix d’un format de compression, il est donc conseillé de s’attacher à des normes internationales, sauf si le format de compression doit être lié à un équipement ou à une application spécifique.
D’autre part, le développement incessant des principaux formats de compression s’effectue avec un cycle de dix ans, offrant une nouvelle version deux fois plus efficace, mais impliquant d’une part un problème de rétrocompatibilité avec les versions anciennes et, d’autre part, une mise à jour matérielle ou logicielle des plateformes techniques. Cette course permanente à l’efficacité des codecs se fait en parallèle avec l’augmentation de la définition et de la qualité des images mais également avec des capacités toujours grandissantes de stockage et de distribution.
Cet article n’aurait pas pu être écrit sans l’apport des nombreux travaux et publications des chercheurs et ingénieurs, contributeurs aux normes et standards des divers formats de compression. Qu’ils en soient, ici, tous remerciés.
Nos remerciements particuliers à Christophe NELSON pour sa relecture attentive de ce document et ses corrections, ainsi qu’à Francis MAHIEU et Marc LEGER et de l’INA pour leur apport technique et pédagogique.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - GOUYET (J.-N.) - Systèmes audio et vidéo numériques. - Codage de source – Réduction de débit, Chap. 10, Institut national de l’audiovisuel, Techniques et production audiovisuelles, Paris, ISBN 2-86938-030-5 (1993).
-
(2) - CHIARIGLIONE (L.) - MPEG audio coding - http://mpeg.chiariglione.org//technologies/media-coding/audio-coding
-
(3) - MELTZER (S.), MOSER (G.) - Coding technology – MPEG-4 HE-AAC v2 – Audio coding for today’s digital media world. - EBU Technical Review, janv. 2006 http://tech.ebu.ch/docs/techreview/trev_305-moser.pdf
-
(4) - FUCHS (H.), KORTE (O.), HILPERT (J.), FRAUNHOFER (I.I.S.) - Digital broadcasting with MPEG surround. - EBU Technical Review (2009Q3) http://tech.ebu.ch/docs/techreview/trev_2009-Q3_MPEG_Fraunhofer.pdf
-
(5) - FLAC - Free lossless audio codec - https://xiph.org/flac/
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Information technology – Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media at up to about 1,5 Mbit/s – Part 3 : Audio http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=22412 - ISO/IEC 11172-3 - 1993
-
Information technology – Generic coding of moving pictures and associated audio information – Part 3 : Audio http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_ics/catalogue_detail_ics.htm?csnumber=22991 - ISO/IEC 13818-3 - 1995
-
Information technology – Generic coding of moving pictures and associated audio information – Part 7 : Advanced Audio Coding (AAC) http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_ics/catalogue_detail_ics.htm?csnumber=25040 - ISO/IEC 13818-7 - 1997
-
Information technology – Coding of audio-visual objects – Part 3 : Audio http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_ics/catalogue_detail_ics.htm?csnumber=25035 - ISO/IEC 14496-3 - 1999
-
Information technology – MPEG audio technologies – Part 1 : MPEG Surround http://www.iso.org/iso/catalogue_detail.htm?csnumber=44159 - ISO/IEC 23003-1 - 2007
-
Transmission systems and media, digital systemes and networks http://www.itu.int/rec/T-REC-G/en - ...
1.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
ATSC (Advanced Television Systems Committee) http://www.atsc.org/
DCI (Digital Cinema Initiatives LLC) http://www.dcimovies.com/
EBU (European Broadcasting Union) http://www.ebu.ch/
ETSI (European Telecommunications Standards Institute) http://www.etsi.org/
IEC (International Electrotechnical Commission) http://www.iec.ch/
IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) http://www.ieee.org/
ISO (International Organization for Standardization) http://www.iso.org
ITU (International Telecommunication Union) http://www.itu.int/
JPEG (Joint Photographic Experts Group) http://www.jpeg.org/
MPEG (Moving Picture Experts Group) http://mpeg.chiariglione.org/
SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers) http://www.smpte.org/
Xiph.org (Xiph. org Foundation) https://xiph.org
Entreprise
IntoPIX https://www.intopix.com
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