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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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4. Formats de compression vidéo
4.1 Principes
La réduction de débit vidéo numérique se réalise en deux étapes (figure 8).
La première étape est la réduction de la quantité d’informations à traiter, en modifiant les paramètres du format natif :
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en réduisant la définition spatiale, selon l’axe horizontal seul par exemple de 1 920 à 1 440 ou 1 280 pixels (ou selon les deux axes horizontal et vertical, de HD en SD, par exemple), selon les usages et la définition de l’affichage (figure 9) ;
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en augmentant le sous-échantillonnage de la chrominance, et donc en diminuant les échantillons de chrominance, de 4:2:2 à 4:2:0 par exemple (figure 9) ;
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en réduisant la fréquence-image, de 50 à 25 images/s par exemple ;
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en réduisant la profondeur de codage, de 10 à 8 bits par exemple.
Puis, lors d’une seconde étape, la mise en œuvre d’un algorithme de compression qui peut s’appuyer sur deux types de techniques (figure 10) :
-
le codage INTRA-image, qui pour une seule image animée, traitée comme une image fixe, va calculer les fréquences visuelles pour tirer profit de la redondance spatiale :
-
soit au niveau de blocs de pixels avec la transformée DCT, utilisée par la plupart des « codecs » vidéo (§ 4.2),
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soit au niveau de l’image complète avec la transformée par ondelettes (utilisée par les codecs Motion JPEG 2000, DIRAC et Cineform) ;
Nota :la transformée DCT est aussi utilisée en mode INTER-images ci-dessous pour coder les résidus de prédiction.
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le codage INTER-images, qui va utiliser la redondance temporelle, une grande partie des pixels se répétant d’une image à l’autre, en détectant-estimant le mouvement de blocs de pixels qui se sont déplacés d’une image à l’autre et en l’exprimant par des « vecteurs de mouvement » (voir la flèche blanche en bas à...
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Formats de compression vidéo
BIBLIOGRAPHIE
-
(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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