Video Numérique – Formats

1er Séminaire des nouveaux médias de production et diffusionOuagadougou - Burkina Faso4-7 mars 2007

La coopération par la télévision

Numérisation

• Echantillonnage– Passage du continu au discret– Le pas d'échantillonnage définit la finesse de

l’approximation

• Quantification– Pour l’image, la valeur de chaque pixel décomposé

en RVB– Pour le son, c’est l’amplitude

pas

Fréquence Image

• Mouvement décomposé en succession d’images fixes

• Video 25 (ou 30) images/seconde

• Cinéma 24 images/seconde

• Débit vidéo autour de 270 Mb/s

• Nécessité de compresser pour réduire le flux

Compression

• Avec perte ou sans perte

• Par réduction– Chromatique– Temporelle– Spatiale

• Par élimination des redondances– Spatiales– Temporelles– Psycho sensorielles

Compression par réduction Chromatique

• L'œil humain ne peut distinguer que 4 millions de nuances

• Les cônes sont plus nombreux que les bâtonnets

– YCbCr : une variante de YUV pour la TV numérique

• Utilisé par les codeurs vidéos comme format du signal en entrée

• manière de représenter l'espace colorimétrique en vidéo, issue essentiellement des problèmes de transmission hertzienne.

• Y luminance = 0,3R + 0,6V + 0,1B• 2 infos de chrominance :

– Cb = Y - B

– Cr = Y - R

Compression par réduction Chromatique

Compression réduction Chromatique

4:2:2 4:1:1

4:2:0Co-sited

4:2:0Mid-sited

Compression par réduction Chromatique

Compression par réduction Temporelle

• Réduction de la fréquence• Effet de scintillement perçu si < 40 i/s• Fréquence d'images

– Cinéma : 24 images/s– TV Europe : 25 images/s (50Hz)– TV US/Japon : 30 images/s (60Hz)– TV numérique : 60 images/s– Informatique : 60-85 Hz

Compression par réduction Temporelle

• Entrelacé (TV analogique)– Affiche la trame impaire puis la trame paire 25

fois/s– Trames (field) = moitié d'une image

• Progressif (PC-Cinéma)– Toute l'image est affichée en une seule fois.

Doubleur de fréquence

Compression par réduction spatiale

• CIF– Common Intermediate Format

• 352 lignes/image (=720/2 mod 16)• 288 colonnes/image (=575/2 du format PAL/SECAM)• 30 images/sec. (du format NTSC)

– Format commun EU et US

Compression par réduction spatiale

Compression

• Avec perte ou sans perte

• Par réduction– Chromatique– Temporelle– Spatiale

• Par élimination des redondances– Spatiales– Temporelles– Psycho sensorielles

Élimination des redondances Spatiales

• Pixels voisins dans une image, respectant un critère de similarité

Élimination des redondances Temporelles

• Pixels sis aux mêmes lieux dans des images successives, respectant un critère de similitude

Élimination des redondances psycho sensorielles

• Prendre en compte les capacités auditives et oculaires de l'humain

• Par exemple– Forte importance de la luminance par rapport à la

chrominance– Bande passante auditive de 20Hz à 20KHz– Proximité des fréquences

Les algorithmes de compression

• Intra image

• Inter images

Les algorithmes de compressionIntra image

• Compression spatiale (MJPEG, DV)• Motion JPEG (noté MJPEG ou M-JPEG, à ne

pas confondre avec le MPEG) consiste à appliquer successivement l'algorithme de compression JPEG aux différentes images d'une séquence vidéo.

• Etant donné que le M-JPEG code séparément chaque image de la séquence il permet d'accéder aléatoirement à n'importe quelle partie d'une vidéo.

Les algorithmes de compressioninter image

• Différences entre images successives• Les informations se déplacent légèrement

d'une image à l'autre• Algorithme de compensation de mouvement

– Seules les différences sont codées pour l'image courante

• MPEG1, MPEG2, MPEG4, DivX

Formats de fichier • Conteneur qui permet de rassembler:

– un ou des flux vidéo ; – un ou des flux audio ; – d'autres données, par exemple :

• une description des flux que contient le conteneur ; • des métadonnées (auteur, date, etc.) ; • des sous-titres ; • des chapitrages ; • etc

• On le repère par l’extension de fichier (avi, mpg, ts, vob, wmv, asf, qt…)

• Stream : flux compressé grâce à un codeur (codec). MJPEG, DV, MPEG1, MPEG2

Formats de fichier • Stream : flux compressé grâce à un codeur (codec).• MPEG-1, qui est de moins en moins (VCD).• MPEG-2, qui est le codec utilisé notamment par les DVD vidéo

standard et la télévision numérique.• Les implémentations du MPEG-4 ASP, comme DivX et XviD• MJPEG, DV pour le montage vidéo image par image• MJPEG2000, évolution de MJPEG pour le cinéma numérique,

l'imagerie de précision (médicale, spatiale...)• Les implémentations de MPEG-4 AVC / H.264 : X264, ATEME.• DVCPRO

Formats de fichier - Résumé• Un conteneur une ou plusieurs flux déjà

encodés à l'aide de codecs.Généralement, il y a un flux vidéo et un flux audio. AVI, Ogg, MOV, ASF, MP4,… sont des conteneurs.

• Les flux contenus peuvent être encodés à l'aide de codecs différents.

• Dans un monde parfait, vous pourriez mettre n'importe quel codec dans n'importe quel conteneur. Malheureusement il y a quelques incompatibilités.