Institut Supérieur des Etudes Technologiques SidiBouzid

Introduction aux MultimédiaIntroduction aux Multimédia

Enseignant : Mohamed MANAA

Année Universitaire : 2014-2015

Média :

1. Introduction

Un moyen de présenter ou de communiquer des informations

Texte, Vidéo, Image, Son, Odeur, etc.

Traditionnellement, chaque média possède un moyen de stockage

ex.: le papier pour le texte et les images

ex.: les cassettes pour la vidéo et le son

Introduction aux Multimédia 2

Il peut-être :

discret / statique (indépendant du temps) :

graphique, image fixe, texte

continu / dynamique (dépendant du temps) :

son, images animées

Introduction aux Multimédia 3

Multimédia :

Apparu fin des années 1980 avec le développement des CDROM

Réunion sur un même support de plusieurs média.

Un document multimédia peut contenir

comme éléments statiques:

du texte,

des tableaux, des formules, etc.

des graphiques : schémas, plans, cartes, etc.

des images

comme éléments dynamiques:

du son : parole, musique, bruitage, etc.

des animations graphiques

de la vidéo

1. Introduction

Introduction aux Multimédia 4

Avènement du multimédia :

Développement des technologies de stockage optique (CDROM, DVD)

très grande capacité de stockage (650MO à 700MO contre 1,44 MO

de disquette)

Développement des technologies de compression et de décompression

jusqu‘à 1000 fois.

Accroissement des performances des micros processeurs

taille mémoire, taille du disque.

Accroissement des performances des technologies de transmission des

données numériques

réseaux, …

1. Introduction

Introduction aux Multimédia 5

Intérêts du multimédia :

1. Introduction

L'homme par essence et par ses sens est multimédia.

Les études psychologiques montre que notre mémoire est capable de

retenir :

10% de ce qu’on lit

20% de ce qu’on entend

30% de ce qu’on voit

50% de ce qu’on voit et entend

60% de ce qu’on dit

70% de ce qu’on pratique

80% de ce qu’on pratique et on expose

Introduction aux Multimédia 6

Domaines d’application du multimédia :

1. Introduction

La formation

Plateformes d'e-learning, jeux éducatifs, sites Web

d'établissements scolaires et universitaires, Encyclopédies

électroniques, livres électroniques, musées en ligne,…

La publicité

Newsletters, annuaires électroniques,..

Le commerce électronique

Catalogues électroniques, netbanking, sites d'achat,…

Les loisirs

Vidéos interactives, applications de Web TV, jeux vidéo, sites

Web de jeux en ligne, de musique et de vidéo, villes virtuelles,

sites de réservation d'hôtels et d'avions, …

Introduction aux Multimédia 7

Définitions :

I1. L’image

L’image est une représentation d'une personne ou d'une chose par la

peinture, la sculpture, le dessin, la photo, le film (LAROUSSE)

La vision est la perception du monde extérieur par les organes de la vue

L’image d’un objet n’est rien autre que le résultat de la réflexion de la

lumière blanche sur cet objet.

Toutes les couleurs sont absorbées par l’objet sauf la couleur observée

par cet objet : un objet rouge va absorber toutes les couleurs sauf le rouge

L’étude de l’image est donc très reliée à l’étude de la composition de la

lumière et de limitation de nos yeux

L'image est associée à la vision : représentation du monde extérieur.

Composante subjective : chaque individu voit de manière différente la

même scène.

Introduction aux Multimédia 8

Les études montrent que nos yeux sont plus sensibles à la luminance

qu’à la chrominance

La chrominance désigne la différence colorimétrique existante entre

une couleur donnée et une couleur de référence. En informatique,

désigne la partie du signal vidéo relative à la couleur de l’image.

La luminance est l’intensité lumineuse calculée par rapport à une

surface donnée. Plus ce chiffre augmente, plus l'image sera brillante et

de qualité.

Représentation d'objets immatériels ou concepts (signal électrique,

oscillogramme)

image = information issue d'un capteur de vision (oeil, caméra).

Définitions :

I1. L’image

Introduction aux Multimédia 9

ScènesPaysages

Objets

Capteur

Vision

Traitements

Loi del'optique

IMAGE

InformationSignal

RESULTATS

Définitions :

I1. L’image

Introduction aux Multimédia 10

Définitions :

I1. L’image

Une représentation bi-dimensionnelle (2-D) d'une scène tri-dimensionnelle (3-D)

Introduction aux Multimédia 11

L’image numérique :

I1. L’image

On distingue deux types d’images numérique :

Images matricielles ou mode point ou bitmap :

Une matrice ( un tableau ) de données numériques.

À chaque position (x,y) de la matrice correspond une couleur

pour visualiser l'image sur l'écran d'un ordinateur.

Images vectorielles:

Une représentation des données de l'images par des formes

géométriques qui vont pouvoir être décrites d'un point de vue

mathématique.

Introduction aux Multimédia 12

L’image vectorielle :

I1. L’image

Les fichiers vectoriels utilisent des formules mathématiques pour

décrire une image

Définie par des coordonnées numériques et des formules

mathématiques : Rectangle (x1, y1, x2, y2, couleur) Cercle (xc, yc, couleur)

Indépendance du facteur échelle Pas de perte qualité.

Pour créer des images vectorielles, on utilisera des logiciel de dessin

comme Corel Draw, Illustrator

Changement d’échelle

Introduction aux Multimédia 13

L’image matricielle / BITMAP :

I1. L’image

L’image est subdivisée en petite case appelée pixel (picture element)

Plus le nombre de ligne et de colonne de cette pixel est grande (la

résolution) plus la qualité de l’image est meilleure.

Dépendance du facteur échelle Risque de perte qualité.

La couleur de chaque pixel est représentée par un nombre

Pour traiter les images bitmap, on utilisera des outils comme

Photoshop, Corel Paint, Paint Shop Pro

Changement d’échelle

Introduction aux Multimédia 14

L’image matricielle / BITMAP :

I1. L’image

N

M

Une matrice de N*M pixels

Ecran Mémoire

1 bit / pixel

Bit-map

Introduction aux Multimédia 15

L’image matricielle / BITMAP :

I1. L’image

8 plans

Ecran Mémoire

1 octet / pixel

256 niveaux de gris256 couleurs

24 plans3 octet / pixel

16 Millions de couleursVraies couleurs

Introduction aux Multimédia 16

L’image matricielle / BITMAP :

I1. L’image

1 bit 2 couleurs

2 bits 22 = 4 couleurs

4 bit 24 = 16 couleurs

8 bit 28 = 256 couleurs

16 bit 216 = 65536 couleurs

24 bit 224 = 16,7 millions de couleurs : qualité photographe

La taille en octets d’une image matricielle est T = (nombre de pixels *

nombre de bits par pixels) / 8

Une image de taille 1000 pixel*1000 pixel, elle contient donc 1000000

pixel. Si chaque pixel est représenté par 24 bits alors cette image à une

taille de 3 méga octet.

Introduction aux Multimédia 17

I1. L’image

L’image vectorielle vs l’image bitmap

Introduction aux Multimédia 18

I1. L’image

L’image vectorielle vs l’image bitmap

Image vectorielle Image bitmap

Précis peu importe la résolution

demandée

Précis jusqu’à la résolution initiale

de l’image (plus grand = gros pixels)

Se traduit aisément en bitmap Ne se traduit pas en vecteur

Impossible de transférer un bitmap

en vecteur donc inutile pour scan,

photos digitales, etc.

Type d’image que produit un scan,

appareil photo digital.

Introduction aux Multimédia 19

I1. L’image

La couleur

Une base de couleur est formée par des couleurs primaires qui doivent

respecter les 2 conditions suivantes :

Le nombre de couleur primaire doit être fini.

Toutes les couleurs peuvent être reconstruite avec une combinaison

linéaire des couleurs primaires.

Les couleurs primaires doivent être indépendantes (aucune couleur

primaire ne peut être construite à partir des autres)

On distingue deux types de synthèse de couleurs:

Synthèse additive

Synthèse soustractive

Introduction aux Multimédia 20

I1. L’image

La couleur : Synthèse additive

Création d'une couleur par addition de trois faisceaux lumineux de

couleur rouge, verte et bleue.

Cette méthode est appelée "additive " parce que la somme de ces trois

couleurs de base (à intensité égale) donne du blanc.

Cette technologie est utilisée dans les postes de télé et dans les

moniteurs des écrans des ordinateurs.

Dans la synthèse additive, la base est formée par 3 couleurs primaires :

Rouge, Vert, Bleu, on parle de Trichromie RVB ou RGB.

Toute couleur est obtenue avec des proportions bien précises de rouge

de vert et de bleu : C=rR+vV+bB.

Chacune de ces couleurs fondamentales RVB dispose de 256 nuances

possibles soit 256*256*256 possibilités = 16 millions de possibilités.

Introduction aux Multimédia 21

I1. L’image

La couleur : Synthèse additive

RougeJaune Vert

Blanc

Bleu

CyanMagenta

Introduction aux Multimédia 22

I1. L’image

La couleur : Synthèse additive

Introduction aux Multimédia 23

I1. L’image

La couleur : Synthèse soustractive

Ce type de synthèse est utilisé en photographie ou dans les applications

d’impression.

Utilisation de trois couleurs de base le cyan, le magenta et le jaune pour

supprimer certaines couleurs de la couleur blanche et obtenir une couleur

souhaitée.

Dans ce type de l’application, l’image est imprimée sur un objet, ce qu’on

voit est obtenu à la suite de la soustraction de plusieurs couleurs à partie

d’une source de lumière blanche.

Les différentes couches de couleur imprimée sur l’objet représentent les

couches de filtre qui vont absorber un certain nombre de couleur.

La couleur vue est la lumière non absorbée

Introduction aux Multimédia 24

I1. L’image

La couleur : Synthèse soustractive

Le blanc correspond à l’absence de couleur dans la synthèse soustractive.

Le noir correspond à un dosage très précis de 3 couleurs de base Cyan,

Magenta, Jaune

Dans les imprimantes à jet encre couleur, on ajoute souvent une 4eme

couleur correspondant au noir afin d’économiser les 3 autres couleurs on

obtient la Quadrichromie CMJN ou CMYK.

CMJ = 1 - RVB

Introduction aux Multimédia 25

I1. L’image

La couleur : Synthèse soustractive

Chacun des trois couleurs de base absorbe les ondes d'une primaire

additive (le rouge, le vert ou le bleu) et réfléchit les ondes des deux autres.

Le jaune absorbe les ondes bleues et réfléchit les ondes rouges et

vertes.

Le magenta réfléchit les ondes rouges et bleues au détriment des

ondes vertes.

Magenta + jaunes, on obtient une surface qui absorbe les ondes

bleues et vertes, et qui réfléchit les ondes rouges.

Introduction aux Multimédia 26

I1. L’image

La couleur : RGB CMYK

RVB CMYK CMYK RVB

K = min(1 – R, 1-V, 1 – B) R = 1 – min(1, C * (1 – K) + K)

C = (1 – R – K) / (1 – K) V = 1 – min(1, M * (1 – K) + K)

M = (1 – V – K) / (1 – K) B = 1 – min(1, Y * (1 – K) + K)

Y = (1 – B – K) / (1 – K)

Introduction aux Multimédia 27

I1. L’image

R V B

255 0 0

255 255 0

255 255 255

128 128 128

128 56 180

128 200 5

0 0 0

C M Y K

0 1 1 0

0 0 1 0

0 0 0 0

0 0 0 0,49

0,29 0,69 0 0,29

0,36 0 0,98 0,22

0 0 0 1

La couleur : Modèles TSL et TSV

RGB CMYK

Introduction aux Multimédia 28

I1. L’image

La couleur : Modèle HSL ou TSL

Modèle de représentation proche de la perception physiologique de la

couleur par l'oeil humain.

Le modèle RGB ne permet pas de sélectionner facilement une couleur :

éclaircir une couleur augmenter proportionnellement la valeur des 3

composantes.

HSL (TSL en français )

Hue

Saturation

Luminance

Introduction aux Multimédia 29

TEINTE (Hue): Définir la couleur souhaitée par une valeur angulaire (0° - 360°):

ROUGE 0° JAUNE 60°

VERT 120° CYAN 180°

BLEU 240° MAGENTA 300°

SATURATION (Saturation): Mesure la pureté des couleurs.

Le pourcentage de couleur pure par rapport au blanc.

Couleur la plus délavée 0%

Couleur la plus vive 100%

LUMINANCE (Luminance): Définir la part du noir ou du blanc dans la couleur

sélectionnée par une valeur de pourcentage.

Couleur la plus sombre 0%

Couleur la plus claire 100%

I1. L’image

La couleur : Modèle HSL ou TSL

Introduction aux Multimédia 30

I1. L’image

La couleur : Modèles HSL et HSV

Dans les deux modèles la teinte T est indépendante

Modèle HSL

Plus intuitif

Représente mieux la luminosité que la saturation

Modèle HSV

Plus proche du modèle RVB

Représente mieux la saturation que la luminosité

HSL : Représente mieux la luminosité HSV : Représente mieux la saturation

Introduction aux Multimédia 31

I1. L’image

RGB HSV

RGB

RGB

RGBRGB

RGBRGBRGB

RGBRGBRGB

RGBRGBRGB

MAXVMAX

MINMAXS

BMAXsiMINMAXGR

GMAXsiMINMAXRB

RMAXsiMINMAXBG

H

24060

12060

60

La couleur : Modèles TSL et TSV

Introduction aux Multimédia 32

I1. L’image

RGB HSL

)(21

21

22)(2

21

2

24060

12060

60

RGBRGB

RGBRGB

RGBRGB

RGBRGB

RGBRGB

RGBRGB

RGBRGB

RGBRGBRGB

RGBRGBRGB

RGBRGBRGB

MINMAXL

LsiLMINMAX

MINMAXMINMAX

LsiL

MINMAXMINMAXMINMAX

S

BMAXsiMINMAXGR

GMAXsiMINMAXRB

RMAXsiMINMAXBG

H

La couleur : Modèles TSL et TSV

Introduction aux Multimédia 33

I1. L’image

R V B

255 0 0

255 255 0

255 255 255

128 128 128

128 56 180

128 200 5

0 0 0

H S V

0° 100% 100%

60° 100% 100%

0° 0% 100%

0° 0% 50%

275° 69% 71%

82° 98% 78%

0° 0% 0%

La couleur : Modèles TSL et TSV

RGB HSV

Introduction aux Multimédia 34

I1. L’image

R V B

255 0 0

255 255 0

255 255 255

128 128 128

128 56 180

128 200 5

0 0 0

H S L

0° 100% 50%

60° 100% 50%

0° 0% 100%

0° 0% 50%

275° 49% 46%

82° 77% 40%

0° 0% 0%

La couleur : Modèles TSL et TSV

RGB HSL

Introduction aux Multimédia 35

Il en existe plusieurs espaces de couleurs, parmi les quels les plus connus sont:

Le codage RGB

Le codage CMYK

Le codage HSV (Hue, Saturation, value, ou en français TSV)

Le codage CIE (Commission internationale de l'éclairage )

Le codage YUV (JPEG et MPEG ) (Y : Luminance U,V : Chrominance) :

Format utilisé dans les standards PAL (Phase Alternation Line) et SECAM

(Séquentiel Couleur avec Mémoire)

Le codage YIQ (La télévision NTSC ) : Luminance, Interpolation,

Quadrature

I1. L’image

La couleur

Introduction aux Multimédia 36

http://web.forret.com/tools/color.asp

http://www.cs.rit.edu/~ncs/color/t_convert.html

http://www.profil-couleur.com/

I1. L’image

La couleur

Introduction aux Multimédia 37

But de la compression :

Réduire le volume de données (nb de bits) nécessaire pour représenter et coder

les caractéristiques d’une image (élimine la redondance d’information)

Réduction du coût de stockage

Transmission rapide des données

Taux de compression :

Nbre de bits après compressionC =

Nbre de bits avant compression

I1. L’image

Compression

Introduction aux Multimédia 38

Méthodes de compression

Compression sans perte d’information (entropique)

Reconstruction de l’image initiale

beaucoup de redondances pour gagner de l’espace

Ex. : Huffman, Lempel-Ziv, Arithmétique, …

=> taux de compression faible (1.5 à 2)

Compression avec perte d’information (irréversible)

Approximation de l’image initiale

interpolation des pixels manquants

Ex. : JPG, …

=> Taux de compression élevés (>10)

I1. L’image

Compression

Introduction aux Multimédia 39

constat : le niveau de gris d ’un pixel dépend souvent de celui de ses voisins

idée : prédire X en utilisant A, B ou C

I1. L’image

Compression

Exemple : Compression avec perte d’information

Introduction aux Multimédia 40

I1. L’image

Compression

Introduction aux Multimédia 41

I1. L’image

Compression

Plusieurs algorithmes de compression :

RLE (sans pertes) Run Length Encoding

Codage de Huffman (sans pertes)

LZW (sans pertes) Lempel-Ziv et Welch, 1977-78

ZIP (sans pertes)

JPEG (avec pertes)

JPEG 2000 (avec ou sans pertes)

Introduction aux Multimédia 42

I1. L’image

Compression

Compression RLE : Run Length Encoding

Principe : regrouper les données consécutives ayant même valeur.

Ex : aaaaaaaaaaaaaaa est codé 15a

15 octets 2 octets

Inconvénient : mal adapté aux fichiers ayant peu de répétitions successives.

Introduction aux Multimédia 43

I1. L’image

Compression

Codage de Huffman (D. Huffman, 1952) :

Principe : coder les valeurs apparaissant souvent avec moins de bits que

celles apparaissant rarement.

Exemple : AABCAABADBACAAB

Codage possible :

00 00 01 10 00 00 01 00 11 01 00 10 00 00 01 (30 bits)

A : 00 - B : 01 - C : 10 - D : 11

Codage de Huffman :

0 0 10 110 0 0 10 0 111 10 0 110 0 0 10 (25 bits)

A : 0 - B : 10 - C : 110 - D : 111

Introduction aux Multimédia 44

I1. L’image

Compression

Compression LZW (Lempel-Ziv et Welch, 1977-78) :

Principe : on lit les données de sorte à former des chaînes. Si une chaîne

construite n’existe pas dans le dictionnaire, on crée une nouvelle entrée dans

ce dictionnaire, formée d’une chaîne déjà existante suivie du caractère courant.

Formats d’images associés : GIF, TIFF…

Le parcours de l’image se fait en ligne donc la compression dépend de

l’orientation de l’image.

1385 octets 3956 octets

image GIF avant/après rotation de 90°

Introduction aux Multimédia 45

I1. L’image

Compression

Compression JPEG :

1. Préparation de l’image :

Changement d’espace colorimétrique

Regroupement des pixels par 4 et moyennage pour la chrominance

2. Division de l’image en blocs de 8×8 pixels

Y = 0.3R + 0.59V + 0.11BI = 0.6R – 0.28V – 0.32BQ = 0.21R – 0.52V + 0.31B

Introduction aux Multimédia 46

I1. L’image

Compression

Compression JPEG :

3. Filtrage de chaque bloc dans le domaine spectral :

JPEG : Transformée DCT (Discrete Cosine Transform) bidimensionnelle

DCT Sépare les basses et les hautes fréquences présentes dans l'image

F u v C u C v f x yx u y v

yx( , ) ( ) ( ) ( , ) cos cos

14

2 116

2 1160

7

0

7

x,y: position du pixel;

u,v: position de la composante du spectre (de 0 à 7.)

f(x,y): amplitude du pixel.

C u C vu v

( ), ( ),1 2

10

ailleurs

Introduction aux Multimédia 47

I1. L’image

Compression

Image DCT Quantificateur

Codeur decoefficient

Codeur deHuffman

Imageencodée

Séparée enblocs de 8 x 8

Plus de bitsà base fréquence

Compression de l’image

Compression JPEG :

Introduction aux Multimédia 48

I1. L’image

Compression

Décompression JPEG :

Image IDCTQuantificateur

inverse

Décodeur decoefficient

Décodeur deHuffman

Imageencodée

Pareille ou non à l’image source,selon la qualité de l’encodage ou du décodage

Décompression de l’image

Introduction aux Multimédia 49

I1. L’image

Format d’images :

Caractéristiques principales intrinsèques à un format :

Le statut par rapport aux brevets : formats libres et certains

"propriétaires" (GIF).

Le nombre de couleurs supportées

La compression des données : compressions sans pertes, et

compressions avec pertes (JPEG).

Transparence : une des couleurs de la palette peut être ignorée lors de

l'affichage

Entrelaçage : affichage d’une version basse résolution raffinée au fur et

à mesure du chargement.

Animation : films, visualisation 3D…

Les usages ! ! Internet ? archivage ? calcul scientifique ?

Introduction aux Multimédia 50

I1. L’image

Format d’images :

Les formats matriciels (bitmap) :

BMP

GIF

JPEG

TIFF

PNG

…

Les formats vectoriels :

DXF

EPS

PSD

…

Introduction aux Multimédia 51

BMP (BitMaP)

Défini par Microsoft pour Windows

1, 4, 8 ou 24 bits : jusqu'à 16 millions de couleurs.

Compression : sans perte, RLE (rarement).

Fichiers de taille importante.

Reconnu par la majorité de logiciels.

TIFF : Tagged Image File Format

Format de base (sortie du scanner)

Puissant mais complexe à gérer.

Compression : oui (non destructive)

Plusieurs espaces colorimétriques (RVB, CMYK)

Fichiers assez gros.

Reconnu par la majorité de logiciels

I1. L’image

Format d’images : Formats matriciels

Introduction aux Multimédia 52

GIF : Graphic Interchange Format

Format propriétaire (sous brevet jusqu’en 2003) : développé par

CompuServe Inc.

Dynamique : images indexées sur 256 couleurs

Particulièrement adapté aux graphiques et logos

Compression : oui et sans pertes (LZW)

2 versions :

GIF87a : transparence, entrelacement

GIF89a : transparence, entrelacement, animation

Reconnu par tous les logiciels ou presque

Le format du Web avec JPG.

I1. L’image

Format d’images : Formats matriciels

Introduction aux Multimédia 53

JPEG : Joint Photographic Expert Group

16 millions de couleurs.

Compression avec perte

Pas d’animation, pas de transparence

Très utilisé

Reconnu par tous les logiciels ou presque

Le format du Web avec GIF

Particulièrement adapté aux photographies

Amélioration : JPEG 2000

Nouvel algorithme de compression (avec ou sans pertes)

Détection d’erreurs en milieu bruité

Transparence

…

I1. L’image

Format d’images : Formats matriciels

Introduction aux Multimédia 54

I1. L’image

Format d’images : Formats matriciels

PNG (Portable Network Graphics)

16 millions de couleurs.

Compression sans perte LZW.

Possibilité de transparence (niveau de transparence).

Pas d'animation.

Il n’est pas reconnu par les navigateurs d'ancienne génération

Pour remplacer le GIF

Le futur format du Web !!!!

Introduction aux Multimédia 55

Format Compression Nb decouleurs

Affichageprogressif

Formatpropriétaire

Transparence

BMP Non de 2 à 16millions

Non Non Non

JPEG Oui avec perte dequalité.

16 millions Oui Non,libre dedroits

Non

GIF Oui, sans perte dequalité

de 2 à 256avec palette.

Oui BrevetUnisys

Oui

TIFF Réglable, au choixsans perte ou avecperte de qualité

16 millions Non BrevetAlduscorporation

Non

PNG Oui, sans perte dequalité

de 2 à 256ou16 millions

Oui Non,libre dedroits

oui

I1. L’image

Format d’images : Formats matriciels

Introduction aux Multimédia 56

EPS (Encapsulated PostScipt)

Ce format utilise le langage postscript qui est un langage de description de

page (textes, images, etc.).

Chaque fichier EPS contient une représentation matricielle en basse

résolution (TIFF ou PICT) et peut ainsi être visualisé.

Tout fichier EPS vectoriel est verrouillé (ne peut donc être modifié), seul un

document Illustrator exporté en EPS vectoriel peut être ré-ouvert dans ce

même logiciel et être modifié.

Adobe Photoshop peut modifier le contenu d’un fichier EPS vectoriel mais il

le transforme au préalable en EPS matriciel.

Il peut coder la couleur sur 8, 16, 24 ou 32 bits.

Ce format est capable de gérer le noir et blanc, le RVB, et le CMJN.

I1. L’image

Format d’images : Formats vectoriels

Introduction aux Multimédia 57

PSD

C'est un format natif au logiciel Adobe Photoshop mais, vu la grande

diffusion des produits Adobe dans le domaine de l'image, le PSD est reconnu

par plusieurs logiciels de traitement d'image.

C'est surtout un format de travail, car il permet de conserver les calques, les

masques et les couches de transparence.

Il peut coder la couleur sur 8, 16, 24 ou 32 bits.

Ce format est capable de gérer le noir et blanc, le RVB, et le CMJN.

I1. L’image

Format d’images : Formats vectoriels

Introduction aux Multimédia 58

Le son résulte de l’effet que fait les vibrations de l’air sur notre oreille.

Les sons sont des informations analogiques

Le son est une sensation provoquée par des vibrations

Les ondes sonores nécessitent un support adéquat (air, métal,…).

Dans l'air calme, sous une pression atmosphérique normale et à 20° C,

vitesse de propagation du son = 340 m/s

Un son est caractérisé par 3 caractéristiques physiques

Volume

La hauteur

Le timbre

I1I. Le son

Introduction

Introduction aux Multimédia 59

Volume : c’est la force avec laquelle l’onde sonore frappe les tampons

de l’oreille donc on va avoir des sons faibles et des sons forts. L’intensité

sonore est mesurée en décibel et la limite de la douleur 120 décibels.

I1I. Le son

Caractéristique physique du son

Source Niveau en décibels

Canon à 4 mètres 220

Avion à réaction 140

Marteau pneumatique 130

Seuil de la douleur 120

Forge 110

Conversation à 1 mètre 70

Habitation calme 40

Niveau de référence 0

Introduction aux Multimédia 60

La hauteur : la hauteur caractérise la différence d’un son aigu et un son

grave.

Un son grave fait vibrer l’air moins qu’un son aigu, sa correspond à la

fréquence de l’onde sonore.

Notre oreille est sensible au spectre 20 Hertz à 20 K Hertz. Au-delà

de 20K hertz on a des ultra sons qui sont très utilisés dans le militaire et

la médecine.

Le spectre de la parole correspond à l’intervalle 20 Hertz, 4k Hertz ;

au-delà de 4K Hertz correspondent les sons générer par instruments

musicaux. Pour une sensibilité fixée, il faut avoir plus de puissance pour

écouter la musique que les paroles.

I1I. Le son

Caractéristique physique du son

Introduction aux Multimédia 61

La hauteur

I1I. Le son

Caractéristique physique du son

Représentation temporelle

-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 5000

50

100

150

200

250

Freq en Hertzm

od

ule

représentation fréquentielle

Représentation fréquentielle : le spectred’amplitude

Introduction aux Multimédia 62

Le timbre : c’est ce qui caractérise la différence d’un son par rapport à

un autre tout en ayant la même fréquence et le même volume.

C’est ce qui différencie une flûte d’une guitare d’un piano. C’est la

forme d’onde.

Dépend du nombre de composantes (harmoniques),

accompagnent la fréquence fondamentale

La richesse du spectre indique si un son est riche, brillant, profond

I1I. Le son

Caractéristique physique du son

Superposition de 2 fréquences :la fondamentale & une harmonique

Introduction aux Multimédia 63

I1I. Le son

Numérisation du son

Onde sonore

Ampli CAN

CNA

Microphone

Haut Parleur

PC

CAN : Convertisseur Analogique Numérique

Information

Binaire

Introduction aux Multimédia 64

Un signal audio sous forme analogique est une onde continue dans le

temps.

Le traitement du son pose un grand problème dans le monde

informatique ceci est dû au faite que le son est une grandeur analogique qui

dépend en plus du temps.

Ceci engendre donc la nécessité de faire un double échantillonnage

temporel et spécial.

L’ordinateur va effectuer des mesures à des intervalles précis (par exemple

toutes les 10 micros secondes) les mesures obtenues seront transformées en

des valeurs binaires avec une quantification sur :

I1I. Le son

Numérisation du son

8 bits 256 valeurs

16 bits 65536 valeurs

Introduction aux Multimédia 65

La tâche d'un convertisseur analogique-numérique (CAN) est de traduire ce

signal en une séquence binaire.

3 étapes:

Echantillonnage : prise d'un échantillon du signal à intervalles réguliers

Quantification : regroupement des amplitudes dans des plages

Codage : association d’une valeur à chaque plage

I1I. Le son

Numérisation du son

Introduction aux Multimédia 66

I1I. Le son

Numérisation du son

Ex. : échantillonnage à 11 KHz.

Le son est analysé 11.000 fois par seconde

échantillonnage

Introduction aux Multimédia 67

Des standards ont était développés pour fixer la qualité de cet

échantillonnage :

Le téléphone : spectre allons de 100 Hertz à 4k Hertz

Le cinéma : spectre allons de 150 Hertz à 12K Hertz

Radio AM : spectre allons de 100 Hertz à 7k Hertz

Radio FM : spectre allons de 50 Hertz à 15K Hertz

Son qualité CD : spectre allons de 20 Hertz à 20K Hertz

Fréquence d’échantillonnage : 44100 Hertz (20 micros secondes) 16

bits – stéréo

I1I. Le son

Numérisation du son

échantillonnage

Introduction aux Multimédia 68

Am

plitu

de

Temps

10203040506070

-70-60-50-40-30-20-100

I1I. Le son

Numérisation du son

quantification

Introduction aux Multimédia 69

I1I. Le son

Numérisation du son

codage

20 0010

Am

plitu

de

Temps

10 0001

30 001140 010050 010160 011070 0111

-70 1111-60 1110-50 1101-40 1100-30 1011-20 1010-10 1001

0 0000

Introduction aux Multimédia 70

I1I. Le son

Son multi canal

Le son multi canal a démarré avec le cinéma.

La configuration de base la plus simple s’appelle configuration de type

1.0 ou monophonique.

Cette configuration ne permet pas la perception du relief sonore. Pour

remédier à ça on utilise les configurations dites stéréophoniques du type

2.0, cette configuration nécessite un positionnement judicieux dans

l’espace. Pour remédier à ça on utilise le type 3.0.

Toutes les configurations précédentes sont dites sans voies arrière,

ceci correspond bien aux applications non visuelles. Avec l’avènement

des applications avec contexte visuel (TV, Cinéma) il y a eu nécessité

d’utiliser les configurations avec voies arrière.

Introduction aux Multimédia 71

I1I. Le son

Son multi canal

La configuration de base dite 4.0 ou dolby surround, la voie arrière

dite aussi ambiance et nonophonique. Cette configuration peut être

amélioré en rendant l’ambiance stéréophonique.

Avec l’avènement numérique le standard est appelé Dolby Digital.

Dolby Digital

Introduction aux Multimédia 72

I1I. Le son

Son multi canal

Un canal supplémentaire en pointillé est ajouté, il ne correspond pas a un

canal réel mais il est plutôt alimenté par un mélange des 5 autres canaux en

éliminant toutes les hautes fréquences et en amplifiant de façon excessive les

basses fréquences.

Cette configuration a était adoptée par la norme MPEG.

Dolby Digital

Introduction aux Multimédia 73

La configuration maximale est dite de type 7.1

I1I. Le son

Son multi canal

Am

biance droite

Am

biance gauche

Introduction aux Multimédia 74

Un échantillon est généralement corrélé avec les échantillons

précédents(il porte des informations redondantes)

Eliminer la redondance via la compression

Le procédé de compression est performent si :

Taux de compression est élevé

Sans dégradation de la qualité de restitution

Respect des ressources matérielles de la machine (la capacité de

calcul surtout)

I1I. Le son

Techniques de compression

Introduction aux Multimédia 75

2 types de formats pour stocker des sons ou de la musique :

Les formats numériques: WAV, AIFF, MP3, …

Les formats musicaux :MIDI , …

Formats numériques :

Stocker une approximation du son analogique.

Constitué d'une suite d'échantillons.

Formats musicaux :

Stockent essentiellement des informations sur quand et comment

jouer tel ou tel instrument.

I1I. Le son

Formats

Introduction aux Multimédia 76

IV. La video

Vidéo analogique

Les 1ere expériences pour implanter le mouvement dans les images a

était réalisé à la fin du 19ème siècle en exploitant une propriété de l’oeil

qui est la persistance rétunière (l’oeil garde en mémoire une image disparu

pendant une fraction de seconde).

Dans les années 1940 il y a eu les 1er émissions de télévision noire et

blanche, le signal vidéo analogique est basé sur le principe d’entrelacement

(émission de trame contient les lignes impaires ou les lignes pair d’une

image ; une image contient donc 2 trames).

Dans les années 1950 il y a eu le développement de la vidéo couleur. Le

problème de compatibilité avec la vidéo monochrome à était résolu en

présentant les couleurs dans l’espace luminance chrominance.

Introduction aux Multimédia 77

IV. La video

Vidéo analogique

Il y a eu plusieurs standard de vidéo analogique couleur :

NTSC 3,58 : Standard américain qui donne des images 525 lignes et 30

images /s.

PAL : C’est un standard allemand très répandu à l’échelle international 625

lignes et 25 images/s.

SECAM : Standard français mais utilisés par les pays de l’Europe de l’Est

625 lignes et 25 images/s.

NTSC 4,25 : Standard japonais très utilisés en Asie de l’Est et qui consiste à

implanter le NTSC avec les circuits PAL.

MESECAM : Standard utilisé dans les pays du Nord Afrique et du moyen

orient, il consiste à recevoir du SECAM avec des circuits PAL.

Dans les années 1970 il y a eu l’avènement de la vidéo grand public c’est le

standard VHS de JVC.

Dans les années 1990, il y a eu la vidéo numérique avec le multimédia et du

TIC.

Introduction aux Multimédia 78

Vidéo analogique

Ondes électromagnétiques transportant un signal réel

Diffusion

PAL (Phase Alternating Line)

NTSC (National Television Standards Committee)

SECAM (Séquentiel Couleur avec Mémoire)

Entrelacement

Vidéo numérique

Ondes électromagnétiques transportant des 0 et des 1

DVB (Digital Video Broadcasting) : Norme permettant à un décodeur

DVB de reconstituer les programmes reçus à partir des identifiants des

paquets reçus (vidéo, audio, sous titre,..)

DVB1 : MPEG-2

DVB2 : MPEG-4 AVC

Pas d’entrelacement

IV. La video

Introduction aux Multimédia 79

Facilité de représentation

Facilité de stockage

Facilité de transmission

Facilité de compression

Facilité de cryptage

L’avantage de la vidéo numérique par rapport à la vidéo analogique :

La qualité de couleur : la vidéo analogique ne peut pas représenter

plus que 32 mille couleurs alors en numérique on peut aller jusqu’à 16

millions de couleurs.

La vidéo numérique enlève l’entrelacement ce qui améliore

nettement le confort visuel.

IV. La video

Vidéo numérique

Introduction aux Multimédia 80

IV. La video

Compression de la vidéo

Des le début des années 90, les ingénieurs ont commencé à penser à

comprimer la vidéo numérique.

Algorithmes de COmpression et de DECompression (CODEC)

La norme MPEG1 avait pour objectif d’offrir de la vidéo numérique à

partir d’un CD Rom 1X (650 à 700 Mo, 150 Ko/s) En 1992, les ingénieurs

n’ont pas pu offrir des taux supérieurs à 26 : 1. la solution était de

réduire la taille et la qualité des images.

Ensuite, il y a eu le standard MPEG2 dont l’objectif était

principalement d’offrir de vidéo de bonne qualité. (Surtout pour la

transmission de télé numérique)

Introduction aux Multimédia 81

Dans les années 2000, il y a eu MPEG4 dont l’objectif était d’offrir de

la vidéo de haute qualité avec la possibilité d’offrir un film entier sur un

CD. MPEG4 offre des taux de compression supérieurs à 100 fois ce qui

rend possible le stockage des films sur un CD.

Le futur standard est MPEG7 dont l’objectif est de faciliter

l’indexation des objets dans les schémas vidéo. Ceci permettra d’offrir

des possibilités très simples pour la recherche de photos, de séquences

sonores ou des séquences vidéo à travers le web.

Le standard futur est MPEG21 qui va offrir une infrastructure

complète pour la consultation et la distribution des informations

multimédias.

IV. La video

Compression de la vidéo

Introduction aux Multimédia 82

1999 par Jérome ROTA, 27 ans

Hack du codec MPEG-4 v3 fourni avec Windows Media Player de

Microsoft (non fonctionnel)

format ASF AVI

Perte de qualité raisonnable

Taux de compression élevé

DVD MPEG2 (4 Go) 2 CD DivX (600 à 1 400Mo)

IV. La video

Compression de la vidéo

DivX