le traitement des essences vidéo & audio : du mpeg 1 au mpeg 4
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Le traitement des essences vidéo & audio : Du MPEG 1 au MPEG 4. Formation Koan. Le traitement des essences : du MPEG 1 au MPEG 4. Principes de numérisation : Quantification, échantillonnage Le codage source (Compresssion numérique) Codage de canal - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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Le traitement des essences Le traitement des essences vidéo & audiovidéo & audio : :
Du MPEG 1 au MPEG 4Du MPEG 1 au MPEG 4
Formation Koan Formation Koan
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Le traitement des essences :Le traitement des essences :du MPEG 1 au MPEG 4du MPEG 1 au MPEG 4
1.1. Principes de numérisation :Principes de numérisation :1.1. Quantification, échantillonnage Quantification, échantillonnage
2.2. Le codage source (Compresssion numérique)Le codage source (Compresssion numérique)
3.3. Codage de canal Codage de canal
2.2. Le système de représentation des couleurs en Le système de représentation des couleurs en télévision télévision
3.3. L’échantillonnage des imagesL’échantillonnage des images
4.4. La compression : spatiale et temporelleLa compression : spatiale et temporelle
5.5. Les algorithmes de compression : DCT, Ondelettes, Les algorithmes de compression : DCT, Ondelettes, fractales, …fractales, …
6.6. Les normes ISO de compression numérique des Les normes ISO de compression numérique des images : JPEG, MPEG 1 – 2 - 4images : JPEG, MPEG 1 – 2 - 4
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La normalisation numérique : trois La normalisation numérique : trois opérations différentes et successivesopérations différentes et successives
La quantification :La quantification :échantillonnage échantillonnage et et transformtransformation ation d’d’un signal en valeur un signal en valeur numérique binairenumérique binaire
le codage de source :le codage de source :représenter de manière compacte les grandeurs représenter de manière compacte les grandeurs quantifiées (compression numérique)quantifiées (compression numérique)
le codage de canal :le codage de canal :stocker, transmettre des codes numériques (les stocker, transmettre des codes numériques (les systèmes de modulation requis pour les différentes systèmes de modulation requis pour les différentes infrastructures de diffusions et de télécommunications : infrastructures de diffusions et de télécommunications : câble, satellite, terrestre, câble, satellite, terrestre, réseaux inforréseaux informatiques, …matiques, …))
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64646464128128128128 1616161632323232 44448888 00002222
2266226622772277 2244224422552255 2222222222332233 2200220022112211
11110000 00000000 00001111 00001111
La quantification : transformerLa quantification : transformerune valeurune valeur en codage binaire en codage binaire
+ 64+ 64+ 64+ 640000 00000000 0000+ 8+ 8+ 8+ 8 0000+ 2+ 2+ 2+ 2
Total : 74 Total : 74
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+ 64+ 64+ 64+ 64128128128128 + 16+ 16+ 16+ 16+ 32+ 32+ 32+ 32 + 4+ 4+ 4+ 4+ 8+ 8+ 8+ 8 + 0+ 0+ 0+ 0+ 2+ 2+ 2+ 2
11111111 11111111 11111111 00001111
+ 0+ 0+ 0+ 00000 + 0+ 0+ 0+ 0+ 0+ 0+ 0+ 0 + 0+ 0+ 0+ 0+ 0+ 0+ 0+ 0 + 1+ 1+ 1+ 1+ 0+ 0+ 0+ 0
00000000 00000000 00000000 11110000
La quantification La quantification sur 8 bits :sur 8 bits :de de 0 à 256 valeurs 0 à 256 valeurs
Valeur minimum :Valeur minimum :
Valeur maximum :Valeur maximum :
= = 256256
= = 001001
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La quantification La quantification sur 8 bits :sur 8 bits : de de 0 0 à 256 valeurs : à 256 valeurs :
Un Bit peut connaître deux états: Un Bit peut connaître deux états: 0 ou 1.0 ou 1.
Les Bits en informatique sont généralement placés en série de 8 BITS Les Bits en informatique sont généralement placés en série de 8 BITS appelés BYTES ou OCTET.appelés BYTES ou OCTET.
Avec 8 BITS dans un BYTE ou OCTET, on peut différentier Avec 8 BITS dans un BYTE ou OCTET, on peut différentier 256256 valeurs valeurs
numériques différentes comprises entre numériques différentes comprises entre 0 et 255. 0 et 255.
00000000 00000000 00000000 00001111
00000000 00000000 00000000 11110000
00000000 00000000 00000000 00000000
11111111 11111111 11111111 00001111
11111111 11111111 11111111 11111111
= 0
= 1
= 2
= 254
= 255
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La quantification La quantification sur sur 9,10,11,12,149,10,11,12,14 bits : bits :
A chaque fois que l’on ajoute un bit supplémentaire, A chaque fois que l’on ajoute un bit supplémentaire, le nombre de combinaisons (et donc de valeurs) double :le nombre de combinaisons (et donc de valeurs) double :
9 Bits possèdent 9 Bits possèdent 512 états 512 états 10 Bits possèdent 10 Bits possèdent 1.024 états 1.024 états 11 Bits possèdent 11 Bits possèdent 2.048 états 2.048 états 12 Bits possèdent 12 Bits possèdent 4.096 états 4.096 états13 Bits possèdent 13 Bits possèdent 8.192 états 8.192 états14 Bits possèdent 14 Bits possèdent 16.384 états16.384 états15 Bits possèdent 15 Bits possèdent 32.768 états32.768 états16 Bits possèdent16 Bits possèdent 65.536 états65.536 états
Pour un nombre supérieur à 2.500, il faut un codage sur au Pour un nombre supérieur à 2.500, il faut un codage sur au moins 12 bits, pour 50.000, il en faut au moins 16 bits.moins 12 bits, pour 50.000, il en faut au moins 16 bits.
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Nombre entier : 173 (3 digit) - codage binaire : 10101101 (8 digit)Nombre entier : 173 (3 digit) - codage binaire : 10101101 (8 digit)
0 +0 +0 +0 +128 +128 +128 +128 + 0 +0 +0 +0 +32 +32 +32 +32 + 4 +4 +4 +4 +8 +8 +8 +8 + 11110 +0 +0 +0 +
00001111 00001111 11111111 11110000
64646464128128128128 1616161632323232 44448888 11112222
Le codage binaire : Le codage binaire : l’inflation des ressources !l’inflation des ressources !
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La normalisation numérique : trois La normalisation numérique : trois opérations différentes et successivesopérations différentes et successives
La quantification :La quantification :échantillonnageéchantillonnage et et transfotransforrmmation ation d’d’un signal en valeur un signal en valeur numérique binairenumérique binaire
le codage de source :le codage de source :représenter de manière compacte les grandeurs représenter de manière compacte les grandeurs quantifiées (compression numérique)quantifiées (compression numérique)
le codage de canal :le codage de canal :stocker, transmettre des codes numériques (les stocker, transmettre des codes numériques (les systèmes de modulation requis pour les différentes systèmes de modulation requis pour les différentes infrastructures de diffusions et de télécommunications : infrastructures de diffusions et de télécommunications : câble, satellite, terrestre, lignes téléphoniques)câble, satellite, terrestre, lignes téléphoniques)
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Le Codage de source : Le Codage de source : la compression numérique des imagesla compression numérique des images
Objectif de la compression numérique : réduire le débit Objectif de la compression numérique : réduire le débit en comprimant fortement le poids des images à stocker en comprimant fortement le poids des images à stocker ou à transmettre ou à transmettre
Exploitation de :Exploitation de :
• Les redondances spatiales: intra image.Les redondances spatiales: intra image.• Les redondances temporelles: inter imagesLes redondances temporelles: inter images• Les redondances subjectives: vision de détailsLes redondances subjectives: vision de détails• Les redondances statistiques: codages entropiques.Les redondances statistiques: codages entropiques.
But : réduire le débit et conserver autant que possible la But : réduire le débit et conserver autant que possible la qualité des images originales.qualité des images originales.
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La normalisation numérique : trois La normalisation numérique : trois opérations différentes et successivesopérations différentes et successives
La quantification :La quantification :échantillonnageéchantillonnage et et transfotransforrmmation ation d’d’un signal en valeur un signal en valeur numérique binairenumérique binaire
le codage de source :le codage de source :représenter de manière compacte les grandeurs représenter de manière compacte les grandeurs quantifiées (compression numérique)quantifiées (compression numérique)
le codage de canal :le codage de canal :stocker, transmettre des codes numériques (les stocker, transmettre des codes numériques (les systèmes de modulation requis pour les différentes systèmes de modulation requis pour les différentes infrastructures de diffusions et de télécommunications : infrastructures de diffusions et de télécommunications : câble, satellite, terrestre, lignes téléphoniques)câble, satellite, terrestre, lignes téléphoniques)
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Le codage de source Le codage de source & le codage de canal & le codage de canal
NumériqueNumériqueAnalogiqueAnalogique
NTSCNTSC
PALPAL
SECAMSECAM
PAL +PAL +
D2MACD2MAC
HDMACHDMAC
Source : ISOSource : ISO Canal : DVBCanal : DVB
MM
PP
EE
GG
22
/ /
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DVB-C :DVB-C :QAMQAM
DVBS :DVBS :
QPSKQPSK
DVBT :DVBT :
COFDMCOFDM
XDSLXDSL
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CodageCodagede l’imagede l’imageCodageCodage
de l’imagede l’image
CodageCodagedu son n°1du son n°1
CodageCodagedu son n°1du son n°1
CodageCodagedu son n°...du son n°...
CodageCodagedu son n°...du son n°...
Codage des Codage des donnéesdonnées
Codage des Codage des donnéesdonnées
Codage de Codage de sourcesource
Codage de Codage de sourcesource
MultiplexageMultiplexagepourpour
1 programme1 programme
MultiplexageMultiplexagepourpour
1 programme1 programmeEmbrouillageEmbrouillageEmbrouillageEmbrouillage
Multiplexage Multiplexage des diversdes divers
programmesprogrammes
Multiplexage Multiplexage des diversdes divers
programmesprogrammes
AutresAutresProgrammesProgrammes
AutresAutresProgrammesProgrammes
Codage de Codage de canalcanal
Codage de Codage de canalcanal
ModulationModulationModulationModulation
CCodage source - odage source - CCodage de canal :odage de canal :
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Le traitement des essences :Le traitement des essences :du MPEG 1 au MPEG 4du MPEG 1 au MPEG 4
1.1. Principes de numérisation :Principes de numérisation :1.1. Quantification, échantillonnage Quantification, échantillonnage
2.2. Le codage source (Compresssion numérique)Le codage source (Compresssion numérique)
3.3. Codage de canal Codage de canal
2.2. Le système de représentation des couleurs en Le système de représentation des couleurs en télévision télévision
3.3. L’échantillonnage des imagesL’échantillonnage des images
4.4. La compression : spatiale et temporelleLa compression : spatiale et temporelle
5.5. Les algorithmes de compression : DCT, Ondelettes, Les algorithmes de compression : DCT, Ondelettes, fractales, …fractales, …
6.6. Les normes ISO de compression numérique des Les normes ISO de compression numérique des images : JPEG, MPEG 1 – 2 - 4images : JPEG, MPEG 1 – 2 - 4
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La Fréquence d’échantillonnageLa Fréquence d’échantillonnage
Un signal est numérisé par un convertisseur Un signal est numérisé par un convertisseur analogique / numérique. analogique / numérique.
Il est découpé à un rythme régulier ou période. On Il est découpé à un rythme régulier ou période. On défini ainsi sa fréquence d’échantillonnage.défini ainsi sa fréquence d’échantillonnage.
La loi de Nyquist détermine que la fréquence La loi de Nyquist détermine que la fréquence d’échantillonnage doit être au moins le double de la d’échantillonnage doit être au moins le double de la plus haute fréquence reproductible.plus haute fréquence reproductible.
La fréquence d’échantillonnage est au minimum de La fréquence d’échantillonnage est au minimum de 13,5 Mhz, c’est-à-dire au moins deux fois supérieure à 13,5 Mhz, c’est-à-dire au moins deux fois supérieure à la fréquence maximale du signal qui est de 5,5 Mhz.la fréquence maximale du signal qui est de 5,5 Mhz.
A chaque période le signal est quantifié et converti en A chaque période le signal est quantifié et converti en valeurs binaires 0 ou 1.valeurs binaires 0 ou 1.
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Le système couleur en télévision :Le système couleur en télévision :11 pixel pixel = 3 valeurs = 3 valeurs
RR
BB
V - GV - G
Composants couleurComposants couleur == R + V + B = Bla R + V + B = Blanc nc
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Le système couleur en télévision :Le système couleur en télévision :RGB – RVB RGB – RVB
Red - RougeRed - Rouge
Blue - BleuBlue - Bleu
Green - VertGreen - Vert
Composants couleurComposants couleur
= 256 niveaux de = 256 niveaux de RougeRouge
= 256 niveaux = 256 niveaux VertVert
= 256 niveaux = 256 niveaux BleuBleu
= = codage sur 8 bitscodage sur 8 bits
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VertVert
BleuBleu
RougeRouge
Système RVBSystème RVB
R - YR - Y
B - YB - Y
YY
Composants couleurComposants couleur
Le système couleur en télévision :Le système couleur en télévision :Y = Y = 0,3 R0,3 R + + 0,59 V0,59 V + + 0,11 B0,11 B
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Le système couleur en télévision :Le système couleur en télévision :11 pixel pixel = 3 valeurs = 3 valeurs
R - YR - Y
B - YB - Y
YY
Composants couleurComposants couleur
= luminance= luminance
== chrominancechrominance
= chrominance= chrominance
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Le traitement des essences :Le traitement des essences :du MPEG 1 au MPEG 4du MPEG 1 au MPEG 4
1.1. Principes de numérisation :Principes de numérisation :1.1. Quantification, échantillonnage Quantification, échantillonnage
2.2. Le codage source (Compresssion numérique)Le codage source (Compresssion numérique)
3.3. Codage de canal Codage de canal
2.2. Le système de représentation des couleurs en Le système de représentation des couleurs en télévisiontélévision
3.3. L’échantillonnage des imagesL’échantillonnage des images
4.4. La compression : spatiale et temporelleLa compression : spatiale et temporelle
5.5. Les algorithmes de compression : DCT, Ondelettes, Les algorithmes de compression : DCT, Ondelettes, fractales, …fractales, …
6.6. Les normes ISO de compression numérique des Les normes ISO de compression numérique des images : JPEG, MPEG 1 – 2 - 4images : JPEG, MPEG 1 – 2 - 4
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Avis de l’UIT :Avis de l’UIT : CCIR 601CCIR 601Définition d’une image Tv en format 4/3 :Définition d’une image Tv en format 4/3 :
720 pixels/720 pixels/ligneligne
576 lignes/576 lignes/Pal ou SecamPal ou Secam
25 images/seconde25 images/seconde
2222FF
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720 pixels/720 pixels/ligneligne
576 lignes/576 lignes/PPal ou al ou SSecamecam
Une Image VidéoUne Image Vidéo numérique Tv SD numérique Tv SD::6.480 Macro-Blocs6.480 Macro-Blocs
88 xx 8 pixels8 pixels = 1 macro-bloc= 1 macro-bloc
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137137137137 137137137137 137137137137 137137137137
23232121 21212323 21212222 21212121
130130132132 135135133133 135135132132 121121142142
130130132132 136136133133 135135132132 140140142142
129129123123 135135123123 137137132132 138138142142
130130132132 135135133133 135135132132 141141145145
132132132132 132132121121 132132132132 132132142142
133133132132 135135134134 137137132132 140140142142
Echantillonnage luminance : Echantillonnage luminance : Macro- bloc 8 x 8 pixelsMacro- bloc 8 x 8 pixels
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R - YR - Y
B - YB - Y
YY
Le système couleur en télévision :Le système couleur en télévision :échantillonéchantillonnage en 4.4.4 :nage en 4.4.4 :
137137
147147
127127
137137
133133
9797
128128
127127
125125
127127
157157
141141
147147127127
141141
141141
127127 141141
137137
147147
127127
137137
125125
127127147147127127
133133
9797
128128157157141141
141141127127
137137
133133
9797
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125125
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147147
141141
141141
137137147147
127127
137137
133133
125125
127127147147127127
9797
128128
127127
157157
141141141141
141141 137137 125125127127
137137
147147
127127
137137
133133
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128128
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125125
127127
157157
141141
147147127127
141141
141141
127127 141141
137137
147147
127127
137137
125125
127127147147127127
133133
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128128157157141141
141141127127
137137
133133
9797
128128
127127
125125
127127
157157
141141
147147
141141
141141
137137147147
127127
137137
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125125
127127147147127127
9797
128128
127127
157157
141141141141
141141 137137 125125127127
137137
147147
127127
137137
133133
9797
128128
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125125
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157157
141141
147147127127
141141
141141
127127 141141
137137
147147
127127
137137
125125
127127147147127127
133133
9797
128128157157141141
141141127127
137137
133133
9797
128128
127127
125125
127127
157157
141141
147147
141141
141141
137137147147
127127
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127127147147127127
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128128
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141141 137137 125125127127
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Les différents modes Les différents modes d’échantillonnage en Tv numérique :d’échantillonnage en Tv numérique :
4.2.2. : sur un échantillon de 4 pixels : 4 échantillons 4.2.2. : sur un échantillon de 4 pixels : 4 échantillons luminance, mais seulement luminance, mais seulement 2 échantillons2 échantillons chrominance chrominance (B et R)(B et R) tous tous les deux pixelsles deux pixels. C ’est le . C ’est le format D1, Betacam numérique, DVC-Pro 50.format D1, Betacam numérique, DVC-Pro 50.
4.1.1. : sur un échantillon de 4 pixels : 4 échantillons 4.1.1. : sur un échantillon de 4 pixels : 4 échantillons luminance, mais seulement luminance, mais seulement 2 échantillons2 échantillons chrominance chrominance (B et R)(B et R) tous tous les quatre pixelsles quatre pixels. C ’est le . C ’est le format DVC-Pro 25.format DVC-Pro 25.
4.2.0. : sur un échantillon de 4 pixels : 4 échantillons 4.2.0. : sur un échantillon de 4 pixels : 4 échantillons luminance, mais seulement luminance, mais seulement 2 échantillons2 échantillons chrominance chrominance (B (B ou ou R)R) tous les deux pixels. C ’est le tous les deux pixels. C ’est le format du Dv et Dv-Camformat du Dv et Dv-Cam
2626FF
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20/04/2320/04/23
003737 0000 003737 0000
002121 0000 002222 0000
003232 0000 003232 0000
003232 0000 003232 0000
002323 0000 003232 0000
003232 0000 003535 0000
004242 0000 003232 0000
004242 0000 003939 0000
Echantillonnage Echantillonnage chrominance chrominance : : Macro- bloc 8 x 8 pixelsMacro- bloc 8 x 8 pixels : 4 1 1 : 4 1 1
2727FF
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20/04/2320/04/23
003737 003737 003737 003737
002121 002323 002222 002121
004242 003333 003232 004242
4242 003333 003232 004242
005353 002323 003232 004242
004242 003333 003232 004545
003232 002121 003232 004242
004242 003434 003232 004242
Echantillonnage Echantillonnage chrochrominance : minance : Macro- bloc 8 x 8 pixelsMacro- bloc 8 x 8 pixels – 4 2 0 – 4 2 0
00
2828FF
TITANTITAN
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Le traitement des essences :Le traitement des essences :du MPEG 1 au MPEG 4du MPEG 1 au MPEG 4
1.1. Principes de numérisation :Principes de numérisation :1.1. Quantification, échantillonnage Quantification, échantillonnage
2.2. Le codage source (Compresssion numérique)Le codage source (Compresssion numérique)
3.3. Codage de canal Codage de canal
2.2. Le système de représentation des couleurs en Le système de représentation des couleurs en télévisiontélévision
3.3. L’échantillonnage des imagesL’échantillonnage des images
4.4. La compression : spatiale et temporelleLa compression : spatiale et temporelle
5.5. Les algorithmes de compression : DCT, Ondelettes, Les algorithmes de compression : DCT, Ondelettes, fractales, …fractales, …
6.6. Les normes ISO de compression numérique des Les normes ISO de compression numérique des images : JPEG, MPEG 1 – 2 - 4images : JPEG, MPEG 1 – 2 - 4
2929FF
TITANTITAN
20/04/2320/04/23
LLa compressa compression spatiale vs la ion spatiale vs la compression temporellecompression temporelle ::
Compression temporelle = GOP : Group of picturesCompression temporelle = GOP : Group of pictures
3030FF
TITANTITAN
20/04/2320/04/23
Le traitement des essences :Le traitement des essences :du MPEG 1 au MPEG 4du MPEG 1 au MPEG 4
Principes de numérisation :Principes de numérisation :• Quantification, échantillonnage Quantification, échantillonnage • Le codage source (Compresssion numérique)Le codage source (Compresssion numérique)• Codage de canal Codage de canal
Le système de représentation des couleurs en Le système de représentation des couleurs en télévisiontélévision
L’échantillonnage des imagesL’échantillonnage des images La compression : spatiale et temporelleLa compression : spatiale et temporelle Les algorithmes de compression : DCT, Ondelettes, Les algorithmes de compression : DCT, Ondelettes,
fractales, …fractales, … Les normes ISO de compression numérique des Les normes ISO de compression numérique des
images : JPEG, MPEG 1 – 2 - 4images : JPEG, MPEG 1 – 2 - 4
3131FF
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20/04/2320/04/23
Les formats de Compression : Les formats de Compression : La DCT La DCT (Discrete Cosinus Transform) (Discrete Cosinus Transform)
La DCT est utilisée pour le Jpeg en image fixe et pour le La DCT est utilisée pour le Jpeg en image fixe et pour le Mpeg-1, Mpeg-2, ou le Mpeg-4. Mpeg-1, Mpeg-2, ou le Mpeg-4.
1.1. Division de l’image en Macro Blocs par bloc de 8 x 8 Division de l’image en Macro Blocs par bloc de 8 x 8 pixels.pixels.
2. 2. La DCT opère une transformation du domaine spatial de La DCT opère une transformation du domaine spatial de pixels en domaine d’espace de fréquence. Elle utilise une pixels en domaine d’espace de fréquence. Elle utilise une fonction mathématique basée sur la transformée de fonction mathématique basée sur la transformée de Fourier.Fourier.
On aboutit à une matrice dont les différentes valeurs On aboutit à une matrice dont les différentes valeurs vont directement représenter la quantité de détails dans vont directement représenter la quantité de détails dans la portion d’image concernée.la portion d’image concernée.
3232FF
TITANTITAN
20/04/2320/04/23
Les formats de Compression : Les formats de Compression : la DCT la DCT (Discrete Cosinus Transform)(Discrete Cosinus Transform)
135135 136136 152152 132132 130130 147147 155155 138138
138138 137137 151151 134134 132132 145145 139139 141141
142142 143143 132132 135135 153153 154154 138138 140140
153153 144144 132132 132132 142142 132132 132132 132132
144144 151151 156156 140140 136136 141141 144144 140140
150150 152152 141141 132132 132132 152152 132132 132132
136136 132132 142142 138138 122122 124124 132132 132132
148148 132132 148148 142142 132132 128128 124124 132132
172172 -18-18 1515 -8-8 2323 -9-9 -14-14 1919
3838 -34-34 2525 -9-9 -10-10 1111 1414 1212
2121 99 -6-6 33 -5-5 88 55 -1-1
-10-10 66 -5-5 44 33 -4-4 -2-2 55
-8-8 33 44 55 -3-3 33 -7-7 11
44 -2-2 -2-2 -4-4 66 66 22 -4-4
44 -3-3 -4-4 55 66 55 33 -2-2
00 -8-8 -4-4 33 22 11 44 00
DCT
La quantification est non conservatrice et contrôle le débit. Elle applique des coefficients La quantification est non conservatrice et contrôle le débit. Elle applique des coefficients afin de afin de réduire les écarts de niveaux dans les hautes fréquences où l'œil est moins sensible. Cette réduire les écarts de niveaux dans les hautes fréquences où l'œil est moins sensible. Cette réorganisation s’effectue par ordre croissant, les détails les plus fins étant situés en bas et à réorganisation s’effectue par ordre croissant, les détails les plus fins étant situés en bas et à droite de la matrice, la première valeur en haut à gauche, représentant la valeur moyenne de la droite de la matrice, la première valeur en haut à gauche, représentant la valeur moyenne de la matrice. matrice.
3333FF
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20/04/2320/04/23
Le traitement des essences :Le traitement des essences :du MPEG 1 au MPEG 4du MPEG 1 au MPEG 4
1.1. Principes de numérisation :Principes de numérisation :1.1. Quantification, échantillonnage Quantification, échantillonnage
2.2. Le codage source (Compresssion numérique)Le codage source (Compresssion numérique)
3.3. Codage de canal Codage de canal
2.2. Le système de représentation des couleurs en Le système de représentation des couleurs en télévisiontélévision
3.3. L’échantillonnage des imagesL’échantillonnage des images
4.4. La compression : spatiale et temporelleLa compression : spatiale et temporelle
5.5. Les algorithmes de compression : DCT, Ondelettes, Les algorithmes de compression : DCT, Ondelettes, fractales, …fractales, …
6.6. Les normes ISO de compression numérique des Les normes ISO de compression numérique des images : JPEG, MPEG 1 – 2 - 4images : JPEG, MPEG 1 – 2 - 4
3434FF
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20/04/2320/04/23
OrganisationOrganisationISO - IECISO - IEC
Joint Technical Committee of Information Joint Technical Committee of Information Technology (JTC 1) - Joint ISO/IEC activities :Technology (JTC 1) - Joint ISO/IEC activities :
SC 29 : Codage audio, image, multimédia et SC 29 : Codage audio, image, multimédia et hypermedia :hypermedia :
• WG 1 : Joint Photographic Experts Group (JPEG)WG 1 : Joint Photographic Experts Group (JPEG)
• WG 11 : Moving Picture Experts Group (MPEG)WG 11 : Moving Picture Experts Group (MPEG)
• WG 12 : Multimédia Hypermedia Experts Group (MHEG)WG 12 : Multimédia Hypermedia Experts Group (MHEG)
3535FF
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20/04/2320/04/23
Les normalisations ISO :Les normalisations ISO :JPEG - MPEG JPEG - MPEG
Joint Picture Experts GroupJoint Picture Experts Group Image fixe Image fixe =>=> JPEG (ISO/IEC IS 10918)JPEG (ISO/IEC IS 10918)
Moving Picture Experts GroupMoving Picture Experts Group Video Video =>=> MPEG1 (ISO/IEC IS 11172)MPEG1 (ISO/IEC IS 11172)
MPEG2 (ISO/IEC IS 13818)MPEG2 (ISO/IEC IS 13818)
MPEG4 (MPEG4 (ISO/IEC 14496ISO/IEC 14496 ))
3636FF
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20/04/2320/04/23
Codage source : les technologies de Codage source : les technologies de compression numériquescompression numériques
Le codage Jpeg (intra image) basé sur la Le codage Jpeg (intra image) basé sur la DCT (Discret Cosine Transform)DCT (Discret Cosine Transform)
Le codage Mpeg (inter-image) basé sur la Le codage Mpeg (inter-image) basé sur la DCT (Discret Cosine Transform), des images DCT (Discret Cosine Transform), des images de base (codée en intra-image), des images de base (codée en intra-image), des images prédites, des intermédiaires, des vecteurs de prédites, des intermédiaires, des vecteurs de mouvements, ….mouvements, ….
Le codage «ondelettes» - MJPEG 2000Le codage «ondelettes» - MJPEG 2000 Le codage «fractale»Le codage «fractale»
3737FF
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20/04/2320/04/23
Le système de codage Le système de codage MPEG-2MPEG-2
I Intracoded frameI Intracoded frame P Forward/predicted frameP Forward/predicted frame B Bi-directional/interpolated frameB Bi-directional/interpolated frame
II BB BB PP BB BB PP BB BB II
Group of Group of picturespicturesGOP : GOP : 12 - 1612 - 16
DécomposeDécomposeTemporalTemporalPrédictionPrédiction TransformTransform QuantifiéQuantifié
Entropy Entropy codecode
1620 Blocs de 64 pixels Discrete CosineDiscrete CosineTransform (DCT)Transform (DCT)
Fréquence spatialeComplexité du bloc
Débit maximum Bitstream
Longueur des motsInversement proportion.à la fréquence d’apparition
3838FF
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20/04/2320/04/23
Le système MPEG-2Le système MPEG-2 : :4 Levels – 5 4 Levels – 5 PProfilesrofiles
PROFILESPROFILES
Mb/sMb/s
LEVELSLEVELS
1920x1152x251920x1152x25 High High
1440x1152x251440x1152x25 High 1440 High 1440720x576x25720x576x25 Main Main
352x288x25352x288x25 Low Low 00
2020
4040
6060
8080
100100
SimpleSimple MainMain SNRSNR
scalablescalable
SpatiallySpatially
scalablescalable
HighHigh
MP@LLMP@LL
MP@H14LMP@H14L
MP@HLMP@HL
SNRP@LLSNRP@LL
HP@HLHP@HL
HP@H14LHP@H14L
HP@MLHP@ML
SP@MLSP@MLMP@MLMP@ML SNRP@MLSNRP@ML
SSP@H14LSSP@H14L
3939FF
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20/04/2320/04/23
La norme MPEG-2 Vidéo :La norme MPEG-2 Vidéo :les différents «profile»les différents «profile»
““Un Un ««profileprofile»» est une séquence définie est une séquence définiede la syntaxe totalede la syntaxe totale
de l’information numérique”de l’information numérique”
5 profiles :5 profiles :
Simple profile (SP) Simple profile (SP) (faible consommation de mémoire)(faible consommation de mémoire) Main profile (MP) Main profile (MP) (grande efficacité de codage)(grande efficacité de codage) SNR profile (SNR) = SNR profile (SNR) = MP + dégradation tolérableMP + dégradation tolérable (SPATIAL) = (SPATIAL) = SNR + compatibilité TV/ HDTVSNR + compatibilité TV/ HDTV High profile (High) = High profile (High) = Spatial + options spécialesSpatial + options spéciales
4040FF
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20/04/2320/04/23
MPEG 2 - AudioMPEG 2 - AudioLL
RR
CC
LsLs
RsRs
LFELFE
ML/ComML/Com
T0T0
T1T1
T2T2
T3T3
T4T4
MM
AA
TT
RR
II
XX
MC-Encoder
MM
CC
--
EE
nn
cc
oo
dd
ee
rr
Basic StereoBasic Stereo
++MC-ExtensionMC-Extension
InformationInformation
DD
EE
MM
AA
TT
RR
II
XX
MM
CC
--
DD
EE
CC
OO
DD
EE
RR
LL
RR
CC
LsLs
RsRs
LFELFE
ML/ComML/Com
LFE : low frequency LFE : low frequency enhancementenhancement
ML/C : multilingual ML/C : multilingual channelschannels
4141FF
TITANTITAN
20/04/2320/04/23
Les différentes normalisations Les différentes normalisations MPEG 4 : MPEG 4 :
Moving Picture Experts Group :Moving Picture Experts Group :
Video =>Video => MPEG 4 SP MPEG 4 SP Simple profileSimple profile
MPEG 4 ASP MPEG 4 ASP Advanced Simple ProfileAdvanced Simple Profile
MPEG 4 AVC MPEG 4 AVC Advanced Video Coding Advanced Video Coding
4242FF
TITANTITAN
20/04/2320/04/23
MPEG 4 MPEG 4 ::GPO variable et Macroblocks groupésGPO variable et Macroblocks groupés
GOP : en synchronisation avec les plans (segmentation de l’objet AV GOP : en synchronisation avec les plans (segmentation de l’objet AV
4343FF
TITANTITAN
20/04/2320/04/23
MPEG 4: concept numérique ISOMPEG 4: concept numérique ISO MPEG-4 AVC= H.264, MPEG-4 part 10,MPEG-4 AVC= H.264, MPEG-4 part 10,
L'encodage MPEG4 exploite une "boite à outils" générique pour segmenter automatiquement et figurer une vidéo dynamique tout en localisant et en caractérisant les objets de manière compacte et individualisée
MPEGMPEG 44Encodage numérique descriptif d'objets audiovisuels, Encodage numérique descriptif d'objets audiovisuels,
des rapports entre ces objets et un contextedes rapports entre ces objets et un contexte : :
Exemple de segmentation d'une scène Exemple de segmentation d'une scène mobile par un encodeur MPEG4: mobile par un encodeur MPEG4: reconnaissance des personnages en reconnaissance des personnages en mouvement relatif.mouvement relatif.
4444FF
TITANTITAN
20/04/2320/04/23
MPEG 4MPEG 4 : concept numérique ISO: concept numérique ISO
L'acquisition exploite un système de maillage automatique produit par l'encodeur lequel découpe et structure les images 2D et 3DLa modélisation se fait par la projection d'un maillage 3D composé de polygones dont la finesse est déterminée par la structure du maillage et par une liste plus ou moins importante de nœuds (déterminé à l'acquisition en fonction du flux MPEG4 souhaité en final)
A gauche maillage automatique et à droite l'image "reconstruite" avec 3200 nœuds (c'est trop peu!). Dans ce cas 95% des échantillons ont été éliminés..
Acquisition MPEG 4
4545FF
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20/04/2320/04/23
MPEG 4MPEG 4 : concept numérique ISO: concept numérique ISO
• L'encodeur isole le fond et recrée un pano du fond de scène complet (estimation et compensation de mouvement par blocs de 8 ou 16 pixels)
• L'encodeur extrait le personnage en mouvement• Le fond est encodé une fois, seules les variations formelles y sont ré-encodées
en fonction des besoins. • L'encodeur incruste le joueur en mouvement tenant compte des zones
masquées. Les zones non reconnues sont représentés par de la DCT• Le décodeur recrée la scène grâce aux paramètres de la caméra pour le fond et
au joueur envoyé dans sa position à chaque image
Exemple Exemple
d'un d'un
traitement traitement
MPEGMPEG 44 : :
segmentation segmentation
et fusion et fusion
d'ingrédientsd'ingrédients
4646FF
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20/04/2320/04/23
• Pour chaque objet vidéo et pour chaque séquence l'encodeur crée des répertoires hiérarchiques qui comprennent des couches d'informations successives pour décrire les objets (topologie, mouvement, formes, couleurs, textures, sons associés)
• La localisation est spatiale et temporelle selon une grille auto produite. Le maillage s'anime dans l'espace et le temps. La topologie est évolutive selon des cartes de segmentation qui prennent en compte diverses caractéristiques spatio-temporelles des mouvements
• Une autre caractéristique est la scalabilité = structuration multi échelle du travail d'analyse et de découpage :
• Scalabilité des objets eux-mêmes• Scalabilité spatiale• Scalabilité temporelle• Scalabilité de la représentation• Scalabilité de la distribution (en termes de flux vers l'usager)
Objets répertoriés, localisés, temporisés, à échelle variable
MPEG 4MPEG 4 : cartes de segmentation: cartes de segmentation
4747FF
TITANTITAN
20/04/2320/04/23
• Les flux sont variables, progressifs et hiérarchiquement emboités.
• Les flux entrants dans les décodeurs usagers sont lus en fonction des caractéristiques des décodeurs - le consommateur pouvant intervenir sur des ingrédients de la composition séquentielle - c'est la qualité à la demande qui permet d'utiliser MPEG 4 sur des réseaux diversifiés à capacité ≠ entre 1Mbps (xDSL) et 1000 Mbps (HD)
Les flux MPEG 4 :
Les versions successives MPEG 4 sont "survitaminées" l'une par rapport à l'autre.
L' "intelligence" des dernières versions s'est déployée dans plusieurs dimensions…
.
MPEG 4MPEG 4 : : la la qualité à la demandequalité à la demande
4848FF
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20/04/2320/04/23
MPEG 4MPEG 4 : concept numérique ISO: concept numérique ISO
Les flux MPEG 4
• La compression MPEG 4 est qualitativement très performante !• Si on compare la qualité des images d'un match de tennis encodé en
MPEG 4 AVC et MPEG 2 sur des machines comparables à 30 fps, l'indice PSN est déjà au maximum pour un débit de 1,5Kbps alors que pour la même qualité MPEG 2 nécessite un débit de 3000 Kbps *! *In Broadcast Engineering, october 2003, by Mario Rainville & Amir Segev (pp 22-27)www.broadcastengineering.com
4949FF
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20/04/2320/04/23
L'univers MPEG 4L'univers MPEG 4 : : en en développementdéveloppement permnanent !permnanent !
• Amélioration du codage des visuels "naturels"• Animation des corps• Codage en maillage des objets 3D• Améliorations audio• Améliorations systèmes• BIFS avancé* (Binary Format for Scene Description)
• Définition d'un format de fichier M4F• Améliorations protocolaires
MPEGMPEG 4 est une norme "en mouvement" régulièrement 4 est une norme "en mouvement" régulièrement améliorée, certains développements pouvant être améliorée, certains développements pouvant être adressés aux décodeurs des usagers par les diadressés aux décodeurs des usagers par les diffuseursffuseurs..
*Binary Format for Scene Description (descripteur de la synchronisation dynamique des objets dans une scène encodée/décodée)
5050FF
TITANTITAN
20/04/2320/04/23
ExtractionExtractiond’objetsd’objets
Relations entre les différentes normes Relations entre les différentes normes MPEG 1, 2, 4, et 7MPEG 1, 2, 4, et 7
MPEG-7MPEG-7
MPEG-4MPEG-4
MPEG-1MPEG-1MPEG-2MPEG-2
VoixVoixOrdinateurOrdinateur
FemmeFemmeHomme assis ...Homme assis ...
TélévisionTélévisiongéométriquegéométrique basée surbasée sur
le pixelle pixel
5151FF
TITANTITAN
20/04/2320/04/23
ExtractionExtractiond’objetsd’objets
Relations entre les différentes normes Relations entre les différentes normes MPEG 1, 2, 4 et 7MPEG 1, 2, 4 et 7
Du pixel à l’objet avec un codage sémantique :Du pixel à l’objet avec un codage sémantique :
MPEG-7MPEG-7
MPEG-4MPEG-4
MPEG-1MPEG-1MPEG-2MPEG-2
SémantiqueSémantique
ReprésentationReprésentationorientée objetorientée objet
ReprésentationReprésentationorientée pixelorientée pixel
FormationFormationTraçageTraçage
des objetsdes objets
5252FF
TITANTITAN
20/04/2320/04/23
Univers MPEG : compatibleUnivers MPEG : compatible et etinteropérableinteropérable
Le groupe ISO MPEG veille à la compatibilité entre les nouvelles normes et celles antérieurement définies.
MPEG 4 "comprend" donc MPEG 2 et MPEG 1
MPEG 2MPEG 2
MPEG 4MPEG 4
MPEG 7MPEG 7
MPEG 21MPEG 21
MPEG 1MPEG 1
1991199119941994
1998199820012001
20052005
5353FF
TITANTITAN
20/04/2320/04/23
Le MPEG 4 choisit par la France pour les autres Le MPEG 4 choisit par la France pour les autres types de diffusion: Satellite, HD, Multimédia, etc.types de diffusion: Satellite, HD, Multimédia, etc.
Le MPEG-4 est né pour permettre l’intégration du Le MPEG-4 est né pour permettre l’intégration du multimédia, la sémantique et l’interaction.multimédia, la sémantique et l’interaction.
En plus de son développement pour le Digital Cinema le En plus de son développement pour le Digital Cinema le MPEG-4 propose une réponse à des besoins pour des MPEG-4 propose une réponse à des besoins pour des champs d'applications variés comme des services champs d'applications variés comme des services audiovisuels interactifs à la télésurveillance en bas débit, audiovisuels interactifs à la télésurveillance en bas débit, mais aussi pour répondre au souhait de l’industrie mais aussi pour répondre au souhait de l’industrie audiovisuelle de disposer de chaînes de production virtuelle audiovisuelle de disposer de chaînes de production virtuelle et cela avec des débits importants plus de 300 Mb/sec.et cela avec des débits importants plus de 300 Mb/sec.
Le MPEG 4 couvre un grand champ d’action allant de Le MPEG 4 couvre un grand champ d’action allant de l’application Internet très haut débit avec WINDOWS MEDIA l’application Internet très haut débit avec WINDOWS MEDIA PLAYER 10 de MICROSOFT aux caméras comme la PLAYER 10 de MICROSOFT aux caméras comme la Varicam de chez Panasonic ou la XDCam SR de chez Sony Varicam de chez Panasonic ou la XDCam SR de chez Sony mais aussi dans le segment DVCAM HD. mais aussi dans le segment DVCAM HD.
Elle est, avec le MPEG 7 et MPEG 21, la clé de voûte de la Elle est, avec le MPEG 7 et MPEG 21, la clé de voûte de la convergence entre l’informatique, le cinéma, la télévision et convergence entre l’informatique, le cinéma, la télévision et les télécommunications.les télécommunications.
5454FF
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20/04/2320/04/23
Avec les collaborations de :Avec les collaborations de :
Guy Maréchal Guy Maréchal [email protected]
Christian Dumont Christian Dumont [email protected]@belgacom.net
Jacques Jacobs Jacques Jacobs [email protected]@skynet.be
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20/04/2320/04/23
Questions Questions et et
…. Réponses !…. Réponses !
La suite à l’écran …. Vendredi 6 mai !La suite à l’écran …. Vendredi 6 mai !