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CHAPITRE 3

LA VIDÉO

2013/2014 ISIGK^ AU: 2013/

PLAN

 1 Introduction

 2 La vidéo analogique

 3 La vidéo numérique

 4 Compression

 4 - 1 M-JPEG

 4 - 2 MPEG

 5 Principaux formats vidéo

Types :

Que ce qu’une vidéo?

Constituants :

 Une vidéo est une succession d’images fixes à une certaine cadence.  On distingue généralement plusieurs grandes familles d’images animées:  Le cinéma: Il consiste à stocker sur une pellicule la succession d'images en négatif. La restitution se fait en projetant, à partir d'une copie en positif, les images successives sur un écran.  La vidéo analogique: Il représente un flux continu de données analogiques.  Flux vidéo: information continu composé d’une succession d’images et de son ( 25 / secondes en Europe et 30 / seconde en USA)  Mixage: Consiste à équilibrer les fréquences et amplitude relatives d’un certains nombre de sources audio  Montage: C’est l’action d’agencer images et sons. Exemple: Assembler de bout à bout plusieurs plans pour former des séquences…  La vidéo numérique: Il consiste à coder la vidéo en une succession d'images numériques

Signal vidéo:

La vidéo analogique

Présentation :

 La vidéo analogique, représente l'information comme un flux continu de données analogiques, destiné à être affichées sur un écran de télévision (basé sur le principe du balayage.  Un écran au standard PAL ou SECAM comprend 625 lignes, alors qu’un écran au standard NTSC n’en possède que 525.  Il existe plusieurs normes pour la vidéo analogique. Les trois principales sont :  Pal  SECAM  NTSC  Sur un récepteur de télévision, une image est obtenue par balayage électronique successif des lignes de luminophores constituant l’écran.

La vidéo analogique

 Etant donné qu'il n'était pas possible d'envoyer plus d'informations en raison de la limitation de bande passante, il a été décidé d'entrelacer les images  Envoyer en premier lieu les lignes paires, puis les lignes impaires. Système progressif

• = Système entrelacé (tramé) Trame paire Trame impaire Image (frame) Image (frame)

La vidéo analogique

 Entrelacement: Le téléviseur PAL/SECAM affiche 50 trames (demi-image) par seconde (à une fréquence de 50 Hz), soit 25 images/seconde.  Le but est d'économiser la moitié de la bande passante au prix de quelques défauts peu visibles sur un petit écran.  Le spot lumineux «affiche» d’abord les lignes de la trame «impaire» ( 1 , 3 , 5 , …) en 1 / 50 de sec (PAL/SECAM), ensuite les lignes de la trame paire ( 2 , 4 , …).

 NTSC:

 NTSC ( N ational T elevision S tandards C ommittee).  Format utilisé en Norme utilisée aux Etats-Unis et au Japon  Utilise un système de 525 lignes entrelacées à 30 images/sec (donc à une fréquence de 60 Hz) à un format 4 : 3  Comme dans le cas du PAL/SECAM , 8 % des lignes servent à synchroniser le récepteur. Ainsi, étant donné que le NTSC affiche un format d'image 4 : 3 , la résolution réellement affichée est de 640 x 480.  Le taux de rafraîchissement d’un téléviseur NTSC est de ~ 30 fps ( 29. 97 fps).

La vidéo numérique

 Les images fixes sont coûteuses en stockage.  Résolution d’image : L (largeur) ×H (hauteur)  Codage des pixels : Ppixel (ex : RVB = 3 octets / pixels)  Pimages= (L ×H) ×Ppixels  Les vidéos le sont encore plus, car il s’agit d’une succession de Nombre d’images fixes.  De plus, une vidéo est souvent accompagné de son, lui aussi coûteux, mais moins que la vidéo.  Pfilm= Pvidéo+ Paudio

Pourquoi la compression?

 Un signal vidéo numérique est défini par :  Résolution d’image : L (largeur) ×H (hauteur)  Codage des pixels : Ppixel(ex : RVB = 3 octets / pixels)  Fréquence d’affichage : FPS (nombre d’images / seconde)  Durée T

La vidéo numérique

 Poids d’une vidéo :  Pvidéo= Pimages×Ntotale d’images  = ((L ×H) ×Profondeur de couleur) ×(Durée ×nombre de FPS)

Pourquoi la compression?

 Exemple :  Vidéo de 10 min à 25 fps, 640 x 480 pixels (NTSC), 16 millions de couleurs (RVB) :  Pvidéo= (( 640 × 480 ) × 3 ) ×(( 10 × 60 ) × 25 ) / ( 3 x 1024 )= 12. 87 Go  (sans compter les données audio !)  Pour exprimer la quantité d’informations transmise lors de la lecture d’une vidéo on parle de débits exprimés soit en octets ou en bits par seconde.  Débit D d’une vidéo (sans son) :  D = Poids / Durée = ((L ×H) ×Profondeur de couleur) ×nombre de FPS

La vidéo numérique

 Il est indispensable de compresser les données sur le support de stockage et de les décompresser lors de la lecture.  Pour réduire les besoins en stockage  Pour diffusion sur le net («flux» ou «streaming»)  Pour une lecture fluide (Disque dur, CDROM)  La vidéo réclame des tailles et des débits de lecture très importants.

Intérêt de la compression :

La compression vidéo

 Pour réduire la taille des vidéos, il est indispensable de compresser les données sur le support de stockage et de les décompresser lors de la lecture.  La décompression doit être suffisamment rapide pour ne pas ralentir le flux (ici, il faut pouvoir décompresser au moins 24 images par seconde, ainsi que le son).

Introduction :

Qu’est ce qu’un CoDec?

 Un codec (COmpression/DECompression) est un programme permettant de :  Compresser des données audio ou vidéo pour créer un fichier.  Décompresser des données audio ou vidéo contenues dans un fichier pour les lire.  On distingue 2 grandes familles de codec :  Sans perte (lossless) : non destructrices  Avec pertes (lossy) : destructives

M-JPEG

Animation Bitmap: M-JPEG (Motion-JPEG)

 Extension du fichier : .mjpg, Codec vidéo compressant les images en JPEG  M-JPEG code séparément chaque image de la séquence: accès aléatoire à n'importe quelle partie d'une vidéo (compression une par une).  Taux de compression M-JPEG se situe généralement entre :  celui de formats non compressés ex : RVB, de compression 1 : 1 , et YCrCb, de compression 2 : 3 à 2 : 5  et celui des formats basés sur le format MPEG de l’ordre de 1 : 100  Débit binaire souvent très faible :  Très faible devant les performances du MPEG  8 à 10 Mbit/s : utilisable dans les studios de montage numérique  Environ 29 Mbit/s : pour les vidéos de bonne qualité, mais poids importants

MPEG

Animation Bitmap: MPEG (Moving Pictures Experts Group)

 Redondance temporelle: analyser les images qui se suivent: elles sont souvent très identiques!  Lorsque deux images successives varient peu, ou localement, il suffit de ne décrire seulement le changement d'une image à l'autre. C'est la différence majeure entre le MPEG et le M-JPEG.  Les fichiers vidéo au format MPEG sont reconnaissables à leurs extensions :  ".mpg" ".mpeg" et ".mpv" pour des fichier contenant de la vidéo au format MPEG 1 ou 2 ;  ".dat" pour des données MPEG 1 contenues dans un VCD ;  ".vob" pour des données MPEG 2 contenues dans un DVD.  Deux façons pour faire la compression MPEG avec perte:  Redondance spatiale: compresser les images indépendamment les unes des autres.  ex:MJPEG

MPEG

 MPEG 7

 Représentation standard des données pour recherche d'information dans des flux de données (forme, taille, texture, couleur et composition, voiture rouge, ciel)  MPEG 21  Gérer les droits d'auteur et protéger la propriété intellectuelle lors de l'échange, la distribution et la vente de données numériques

 Principe de la compression MPEG:

 La compression de type MPEG opère en 2 étapes :  Etude des redondances temporelles  Etude des redondances spatiales

1 - Etude des redondances temporelles:

 La norme MPEG représente chaque image comme un ensemble de blocs 16 x

MPEG

 Une séquence vidéo MPEG est composée de quatre types d’images:  Les images Internes (I)  Les images Prédictives (P)  Les images Bidirectionnelles (B)  Ces images, dites intra coded frames, sont codées intégralement, sans aucune référence aux images voisines de la séquence vidéo.  Ces images sont codées uniquement en utilisant le codage JPEG.  Compressées indépendamment de leur contexte  Accès aléatoire à la séquence vidéo  Taux de compression modéré.

1 - 1 Les images internes (I-frame):

 Permet d’éviter une dégradation progressive de l’image au cours du temps.  Permet de se positionner rapidement à n’importe quel endroit du film, sans avoir à tout recalculer depuis le début.  Il y en a donc une ou deux par seconde dans une vidéo MPEG.