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Standards de compression audio et vidéo

Rappels théoriques streaming vidéo

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Pourquoi compresser ?

TV numérique : en moyenne entre 5 et 6 Mb/s (15 Mb/s max)

Internet :Entre 150 Kb/s et1 Mb/s

Caméscope DV :25 Mb/s

DVD Vidéo : 6 à 7 Mb/sen moyenneCD ROM :

1,2 Mb/s(vidéo seule)

Vidéo numérique

non compressée :

166 Mb/s(15 disquettes par seconde !)

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Débits de source et de canalDébit de la source

Résolutionde l’image (pixels)

Accès Débit 176x132 240x180 320x240 640x480

Modem 56 K 34 Kb/s Correct

RNIS 64 K 45 Kb/s BON Correct

ADSL 128 K 80 Kb/s BON BON Correct

ADSL 512 KLAN 100 Mb/s

> 450 Kb/s BON BON BON BON

Débitdu canal

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Compression des données

Histoire du couple *Codeur – Décodeur* nécessite une interopérabilité ascendante des traitements !Compresser, c’est réduire la taille des images, c’est réduire leur fréquenceC’est donc exploiter :

les redondances spatiales (intra-images)les redondances temporelles (inter-images)la redondance subjective liée à la vision des détails fins (perception de l’œil humain)

C’est coder les éléments qui décrivent l’image en utilisant des algorithmes mathématiques

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Normes et standards

Il faut distinguer les normes internationales, les standards de fait et les standards propriétaires :

Groupes de normalisation internationale : IUT, SMPTE, I3E, W3C, MPEG,…Standards De Facto… : WAV,…Standards propriétaires… : RM, WMA,…

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Codage de l’audioEchantillonnage :

Taux d’échantillonnage : fréquence en kHz, de 22 à 192 kHzNombre de canaux : mono, stéréo, 2.1, 5.1,…Résolution : profondeur en bits, de 16, 24 à 32 bits par canal

Vocabulaire :Qualité professionnelle : 192 kHz, 24 ou 32 bits par canal (multipiste)CD Audio : 44 KHz, 16 bit, stéréoFichier MP3 « qualité CD » : 196 kb/s, stéréoQualité moyenne « voix » : < 46 kb/s selon le codage pour information jusqu’à 5,3 kb/s en G.729

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Format audio MPEG

MP3 : Mpeg1 Layer 3Standard développé par le Fraunhofer et Thomson (licence..!)Qualité moyenne pour la restitution de large spectre sonore mais bonne pour la voix humaine @ < 96 kb/sVariantes + qualitatives :

MP3 VBR (débit variable)MP3pro = « qualité CD » @ 196 kb/s

Beaucoup d’outils de traitement :Logiciels « ripper » CD audio to MP3Outils de montage libre et gratuit = Audacity

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Format audio MPEG

MPGA : AAC Mpeg2 Advanced Audio CodingStandard du MPEG Group, développé principalement par le Fraunhofer Institute in ErlangenDeux profils :

AAC-LC : Advanced Audio Coding, LowComplexityHE-AAC : High Efficiency AAC

MPEG4 audio encoding : nouveaux algorithmes basés sur AAC

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Format OGG VORBISStandard :

.ogg compression de données audio avec perte du type MP3 mais sans redevance (projet open source)

Qualité :Meilleure que le MP3 à débit comparable mais peu répandu et peu soutenu (cf. page de comparaison) => taille de fichier inférieure et possibilité de son en multicanal > stéréo

Outils :Logiciels libres avec peu de soutien commercial. Traitement : audacity – Leteur : VLCAller sur le site de vorbis.com pour connaître les lecteurs compatibles avec le format

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Format Microsoft WAV

Standard de facto : format pivot pour la majorité des applications de traitement audio

Conteneur de divers types d’encodage généralement non compressé

Qualité : dépend du contenu (type d’encodage) peut donc être excellenteOutils :

Bien soutenu car standard de factoRecommandé : Audacity, Audition (adobe),…

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Format Microsoft WMA

WMA : Windows Media AudioStandard propriétaire MicrosoftQualité moyenneOutils :

Monde Microsoft

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Format Apple AIFF

AIFF : Audio Interchange File Format Standard propriétaire présent sur les OS Mac et SGIQualité : bonne non compressée

Fichiers volumineuxVariante avec compression : AIFF-C

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Format Real RM

RM : Real MediaStandard propriétaire Real

Format présent dans la plupart des logiciels de traitement et le Producer basic gratuit

Qualité : moyenne à bonneOutils :

Ceux du monde Real et quelques autres produits commerciaux pour l’encodage (studio10 de Pinnacle)

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Test encodage audio

Téléchargement du logiciel Audacity sur le site de sourceforge :

http://audacity.sourceforge.net/Installation du logiciel et paramétrage du logiciel pour la conversion d’un fichier WAV en MP3

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Comparaison des formats audio

Un même morceau de musique encodé avec les différents codeurs à un même débit de 64 kbit/s :

.ogg = 229 Ko

.mp3 pro = 235 Ko

.wma = 244 Ko

.rm = 251 Ko

.mp4 (QT) = 241 Ko

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Codage de la vidéo

Formats d’acquisition compressés :DV – DVCAM : 4.2.0. + compression intra-image ratio 1:5 = 25 Mb/sDVCPRO : 4.1.1. + compression intra-image ratio 1:5 = 25 Mb/sDigital S : 4.2.2. + compression intra-image ratio 1:3,3 = 50 Mb/sBetacam SX : 4.2.2. + compression inter-image ratio 1:10 = 18 Mb/s

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Rappels : codage Y, dB, dR

Le codage des ligne TV dans la norme IUT-R 601 4.2.2. : la luminance Y est codée sur tous les pixels, la chrominance dB + dR est codé un pixel sur deux.Le codage des ligne TV dans la norme IUT-R 601 4.1.1. : la luminance Y est codée sur tous les pixels, la chrominance dB + dR est codé un pixel sur quatre sur toutes les lignes.Le codage des ligne TV dans la norme IUT-R 601 4.2.0. : la luminance Y est codée sur tous les pixels, la chrominance dB + dR est codé un pixel sur deux, une ligne sur deux.

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Formats d’image

Image TV standard système européen 625/50 : 576 lignes utiles x 720 pointsCIF (Common Intermediate Format) : 288 lignes x 352 pointsQ-CIF (Quarter of CIF) : 144 lignes x 176 pointsSQCIF (Sub QCIF) : 96 x 1284-CIF : 576 x 70416 x CIF : 1152 x 1408

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Formats de compression MPEG

MPEG1 : limité au CIF. Qualité moyenne. Bande passante : de 1 à 5 Mb/s. Audio : MP3MPEG2 : profils du CIF à 16 CIF (HDTV). Bonne qualité. DVD et TV numérique = profil 4.2.0@MPML. Bande passante de 2 à 20 Mb/s. Audio : MPGAMPEG4 : profils du QCIF à 16 CIF + information « rich media ». Bande passante de plusieurs centaines de kB/s à 20 Mb/s. Audio : AACMPEG7 : même encodage audio et vidéo que MPEG4 + découpe sémantique de l’image en objets « manipulables »

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Profils MPEG 4MPEG 4 comme le MPEG 2 est défini par plusieurs profils selon les capacités de bande passante du canal, de traitement et d’affichage du terminal :

les mobiles : IPod, PDA, visiophones (H.264),le streaming IP… (QT, VLC,…)Télévision numérique standard et télévision « enhanced »

MPEG4-SP : Simple ProfileMPEG4-ASP : Advanced Simple Profile

DIVX utilise le MPEG4-ASPMPEG4-Part10 ou AVC (Advanced Video Coding) également utilisé dans H.264

Codage optimisé pour les bas débits (même qualité pour deux fois moins de bande passante que MPEG2)

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MJPEG 2000

Motion JPEG 2000Standard ISO : Group JPEGCompression intra-image de haute qualité pas de compression inter-imageStandard choisi pour le cinéma numérique en salles : 4000 x 2000 pixels

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Microsoft AVI

Sigle de Audio Video Interleave. Le nom d'origine du format est en réalité " Video for Windows " et .AVI est l'extension affectée au nom de ces fichiers. Conteneur pour divers types d’encodages (dont le DIVX)

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Microsoft WM9

WM9 : Windows Media 9Standard propriétaire MicrosoftQualité équivalente à MPEG4-PART10 et techniquement proche du standard

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Apple Quicktime

Standard propriétaire AppleConteneur de divers types de codages dont le MPEG4IPod et Podcasting

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Real RM

Real MediaStandard propriétaire mais lecteur gratuit et multi-plateformes (Windows, Linux, Mac OS)Qualité : de très moyen en bas débit (< 100 kb/s) à bon en haut débit (500 Kb/s)Outils : Ceux du monde Real

Pour l’encodage (uniquement) outils commerciaux divers dont la plupart des logiciels d’édition vidéo (Pinnacle, AVID,…)

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Test encodage vidéo RM

Téléchargement du logiciel Real Producer Basic 10 sur le site de Real (gratuit) :

http://forms.real.com/rnforms/products/tools/producerbasic/index.html

Encoder mire de test Snell&Wilcox .AVI de 2,8 Mo en .RV 4CIF@450Kb/s. Poids du fichier = 624 Ko

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Test encodage Vidéo QT

Téléchargement du logiciel Quick Time 7 Pro sur le site d’Apple (payant 30€) :

http://www.apple.com/fr/quicktime/win.htmlActiver le logiciel et encoder la mire en MPEG 4 –H264

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Test encodage Windows Media

Téléchargement du logiciel Codeur Windows Media Serie 9 sur le site de Microsoft (gratuit) :

http://www.microsoft.com/windows/windowsmedia/download/default.asp

Installer le logiciel et encoder la mire en Windows Media 4CIF@ 1Mb/s

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Encodage à la conformation

Les logiciels d’édition vidéo embarquent les principaux codecs pour la diffusion des vidéos en streaming.Formats d’exportation :

Pinnacle Studio 10 : Fichiers DV, HDV, AVI, DivX®, RealVideo® 8, Windows Media® 9, MPEG-1, MPEG-2*, MPEG-4, Dolby® Digital Audio 2 canaux et 5.1 Avid Xpress : QuickTime (MOV), Flash, Flash Video(SWF, FLV), Windows Media 7, 8, 9 (PC seulement), Real Media (PC seulement), MPEG-1, MPEG-2Adobe Première : MPEG1, MPEG2, QuickTime, Real Media, Windows Media