Compression JPEG MPEG CODEC Conteneurs en vidéo

Format vidéo CODEC Conteneurs

Les données du flux vidéo, qui peuvent être accompagnées de sons sous la forme de flux audio doivent impérativement être compressées (codées) à l’aide d’un codec pour être stockées sur disque dur ou sur les supports d’enregistrement : CD, DVD ou encore transmises et adaptées au débit des réseaux.

Définition CODEC : un codec pour « COmpression/DECompression » ou « Codage DECodage » est un procédé algorithmique (sous forme logicielle ou matérielle) capable, de compresser un signal ou numérique, en un format de compression spécifique de données pour permettre la transmission, le stockage ou le cryptage de ces données, et de décompresser (décoder) ces flux ou signaux.

Les flux vidéo et le(s) flux audio éventuellement associé(s), une fois encodés, sont généralement encapsulés dans des fichiers conteneurs : ces derniers permettent, notamment, leur lecture simultanée.

Définition conteneur :  le conteneur est un fichier « valise », destiné à contenir des données archivées et des informations relatives à celles-ci (permettant de les interpréter, de les décoder).Ainsi, le conteneur video est un fichier permettant l’archivage de données numériques multimédia (flux vidéo et audio, sous-titres, chapitrages …) ainsi que les informations nécessaires à leur interprétation et les informations permettant de les synchroniser au moment de la restitution. Cela permet de mettre un film complet dans un seul fichier. Le conteneur vidéo contient un ou plusieurs flux (audio ou/et vidéo) déjà encodés à l’aide de codecs. Il y a, en général, un flux vidéo et plusieurs flux audio. Les flux contenus peuvent être encodés à l’aide de codecs différents. Les informations fournies en entête de fichier spécifient comment interpréter les flux de données encodés, en indiquant le nom des codecs utilisés pour leur compression et capables de les décompresser et donc de les traduire en séquence audio/vidéo lisible. On y trouve d’autres informations comme la résolution, la fréquence de défilement des images, les copyrights, des métadonnées (auteur, date, etc.).Les formats conteneurs sont également utilisés pour le streaming.

Attention certains formats de fichiers désignent à la fois le conteneur et le codec, d’autres uniquement le conteneur, et d’autres uniquement le codec.

 

Codecs vidéo

On distingue aujourd’hui trois familles de système de réduction de débit adaptées à l’enregistrement vidéo : le MJPEG, le MPEG et le DV. Elles ont donné naissance à différents formats d’enregistrement numériques.

•    MJPEG

Le codec vidéo MJPEG compresse la vidéo image par image, en utilisant la technologie JPEG appliquée à l’image fixe, et réunit ces images en mouvement. Le MJPEG est le codec le plus utilisé pour les captures vidéo des ensembles cartes d’acquisition et logiciels d’édition vidéo. La conservation d’une bonne qualité d’image produit toutefois de gros fichiers. Le format MJPEG est un format non normalisé.MPEG Moving Picture Experts Group créé en 1988 Les formats MPEG sont des formats de compression avec pertes pour les séquences vidéos. Les formats produits par MPEG sont ouverts, mais non libres : leur utilisation est soumise au paiement de redevances.Ce groupe a développé les standards suivants :

•    MPEG-1

Ce format offre une résolution à l’écran de 352 × 240 pixels (1/4 d’écran) à 30 images par seconde ou de 352 × 288 à 25 images par seconde avec un débit d’environ 1,5 Mbit/s. Ne code qu’une frame sur 2 donc pas d’entrelacement. Compression du son : MP3.

•    MPEG-2

Extension : ..mp2, .m2p, .VOB Les données MPEG-2 sont contenues dans un DVD-Vidéo.

Normalisé en 1994, le MPEG-2 est devenu le standard de compression de référence pour tous les secteurs de diffusion/distribution audiovisuelles. Utilisé par les DVD, le montage numérique, la télévision numérique terrestre (TNT, ou DVB-T) et la diffusion numérique par satellites (DVB-S) et le cable (DVB-C). C’est la norme de compression actuelle la plus courante.•

Débit pouvant varier de 3 à 50 Mbits/s en TV standard pour atteindre 300Mbits/s pour de la HDTV.•    Résolution allant de 352×288 à 1920×1152. Compression du son : AAC

•    MPEG-4.

Extension (encapsulé dans un format conteneur) : .mp4, .mov,.avi, .asf, .wmv.  Normalisé en 2000, MPEG-4 est destiné à permettre le codage de données multimédia sous formes d’objets numériques (codage orienté objet), afin d’obtenir une plus grande interactivité, ce qui rend son usage particulièrement adapté au Web et aux périphériques mobiles. MPEG4 est la norme décrivant la gestion des contenus multimédia pour le Web. Les usages de MPEG-4 englobent toutes les nouvelles applications multimédias comme le téléchargement et le streaming sur Internet, le multimédia sur mobile, la radio numérique, les jeux vidéo, la télévision et les supports haute définition.

•    DV

Extension : .dv ou dans un fichier conteneur : .avi, .mov. Format d’enregistrement numérique utilisé par la plupart des caméscopes numériques. Il permet d’enregistrer des vidéos sur des cassettes en numérique avec une faible compression pour chaque image (et donc, une perte de qualité négligeable). Très facilement transférées sans aucune perte de qualité de la caméra à l’ordinateur via la connexion IEEE1394 (aussi appelée Firewire ou i-link), les données vidéo au format DV peuvent alors être éditées et converties au format de diffusion. Le format DV a été conçu pour le montage vidéo et non pour la diffusion. Les cassettes DV existent en sept formats : DV, MiniDV, DVCAM, Digital8, DVCPRO, DVCPRO50 et DVCPRO HD.

Le format DV utilise une compression de type M-JPEG, mais dont l’algorithme a été complètement normalisé à l’échelle mondiale. La compression DV ne joue que sur les redondances spatiales (à l’intérieur de l’image complète) et ne prend pas en compte la redondance temporelle entre les images. L’image est de résolution 720 x 576 pixels répartis sur deux trames compressées en Jpeg avec un facteur de compression de 5:1.

Compression PCM au niveau audio, ce qui correspond à la plus simple et à la plus gourmande façon de stocker des données audio. Le format DV, peut traiter 4 pistes audio échantillonnées à 32 kHz et codées en 12 bits, ou 2 pistes en 48 kHz et codées sur 16 bits.

Le format DV peut être stocké sous forme de flux dans un fichier à l’extension « .dv », mais il est plus courant de l’encapsuler dans un fichier AVI (.avi) ou MOV (.mov) à l’aide d’un des différents codecs DV disponibles.

•    H264  (ou MPEG-4 AVC : Advanced Video Coding).

La première version de la norme a été approuvée en mai 2003 et la plus récente date de mars 2005. Extension : dans un fichier conteneur .mp4, .avi•    Format propriétaire et ouvert. Norme internationale de codage vidéo développée conjointement par l’UIT-T (Union internationale des télécommunications) et MPEG. Le codec H.264/AVC est donc adapté à une très grande variété de réseaux et de systèmes la diffusion de la télévision, le stockage HD DVD et Blu-ray, le streaming RTP/IP , et des systèmes de téléphonie propres à l’ITU-T)

Conteneurs video

•    AVI  (Audio Video Interleave)

Extension : .avi. Format propriétaire et ouvert. Le format AVI, développé par Microsoft, très répandu et lisible sur tous les lecteurs vidéo, c’est le format d’encapsulage le plus populaire.

Une seule piste vidéo et jusqu’à 99 pistes audio (ce qui permet le doublage multilingue) mais ne peut pas contenir de texte (chapitres). Dans un fichier AVI, chaque piste audio et/ou vidéo peut théoriquement être compressée par n’importe quel codec. Il est possible de créer des fichiers AVI n’utilisant pas de codec spécifique, le fichier contiendra simplement des données non-compressées, on appelle cela le format « RAW » (données brutes) : garantit un stockage de données sans perte de qualité. Conteneur de flux audio (mp3, WAV, mp2) et video (DivX, XviD, MPEG).

•    Quicktime

Format propriétaire et fermé développé en 1991 par Apple Il désigne à la fois un codec audio, un codec vidéo et un conteneur. Quicktime était à l’origine un format réservé aux Mac, mais a été accepté depuis par Windows. Format plus ancien que AVI mais plus flexible. QuickTime est un framework multimédia.

Peut contenir une ou plusieurs pistes, chacune comportant un type de données : des textes (sous-titres), de l’audio ou de la vidéo (animation, graphique, 3D, réalité virtuelle). Une piste peut être également un stream : diffusion en temps réel par internet. Nécessite le lecteur Quicktime Player (gratuit) sur Mac et Windows.

Supporte de très nombreux formats audio, image et vidéo.

Formats audio  : WAV, Midi, MPEG-1, AAC ; Format vidéo : DV, H.261, H.263, H.264, MPEG-2, MPEG-4.

•    FLV ou Flash Video  Extension : .flv

Format propriétaire et fermé développé par Adobe Systems. Il est très utilisé pour délivrer des vidéos en streaming sur Internet. Peut mélanger vidéo et interfaces graphiques interactives. Format utilisé notamment par Google Video, Youtube ou DailyMotion.

Solution de diffusion vidéo multiplateforme facilement intégrable via le plugin Flash Player dans son outil de conception d’applications et d’animations dynamiques pour le web. Lisible avec les lecteurs : Macromedia Flash Player, VLC Media Player, Media Player Classic, Mplayer.

Conteneur de flux audio (mp3, PCM, ADPCM) et video (codec basé sur une évolution du codec H.263). Flash Video (Wikipédia) – Vidéo Flash – Guide d’apprentissage (Adobe)

•    ASF  (Avanced Streaming Format).

Extension : .asf.  Format récent développé par Microsoft. Format propriétaire et fermé. Format utilisé sur les successeurs du DVD : Blu-Ray et HD-DVD. Très utilisé pour le streaming par internet. AVI amélioré : plusieurs pistes audio, vidéo et texte. Compression video basée sur la norme MPEG-4 V2. Conteneur de fichiers audio (WMA) et video (MPEG4, WMV).

•    WMV  (Windows Media Video)

Format conteneur utilisé pour la diffusion de la vidéo haute définition sur supports optiques (Blu-Ray, HD-DVD) et via les réseaux (téléchargement, streaming, VoD).MP4 •    Extension : .mp4, .mp4a, .mp4v, .m4P•    Conteneur officiel pour la norme MPEG-4 : MPEG-4 ASP, MPEG-4 AVC (video) et AAC (audio).

•    VOB
Un fichier VOB contient plusieurs flux multiplexés. Ces flux sont de trois grands types :
1.    Vidéo au format MPEG2 (MV2).
2.    Audio, dans un des trois formats courants, MPEG audio layer 2 (MP2), AC3 (spécifications sur le web) ou PCM (Pulse Code Modulation).
3.    Sous-titres.

Chaque flux possède un code hexadécimal qui indique sa position. Les codes les plus courants sont :
De 0xE0 à 0xEF : flux vidéos. En général il n’y as qu’un seul flux.
De 0×80 à 0x8F : flux audio au format AC3. il y a très rarement plus de 4 ou 5 flux.
De 0xC0 à 0xCF : flux audio au format MP2. Format assez rare. C’est l’ancêtre du fameux MP3.
De 0×20 à 0x2F : flux de sous-titres. Selon les films il y a plus ou moins de sous-titres.
Pour se repérer dans les fichiers VOB il existe deux séries de codes d’index. Les VOB-ID et les CELL-ID.
Les VOB-ID séparent généralement les différents films ou contenus. Ainsi si sur un même VOB il y a un bout du film et la bande annonce, la bande annonce possède un VOB-ID différent.
Les CELL-ID indiquent eux des petites séparations souvent invisibles. Leur principale utilisation est le chapitrage des films. Un même film possède très souvent un grand nombre de CELL-ID.
On peut donc représenter schématiquement un fichier VOB ainsi (le contenu n’est qu’un exemple) :
VOB-ID 1    VOB-ID 2
CELL-ID 1    CELL-ID 2    CELL-ID 3    CELL-ID 4    CELL-ID 1
0xE0    MV2    MV2    MV2    MV2    MV2
0×80    AC3 anglais    AC3 anglais    AC3 anglais    AC3 anglais    AC3 anglais
0×81    AC3 français    AC3 français    AC3 français    AC3 français
0×20    Sous-titres anglais    Sous-titres anglais    Sous-titres anglais    Sous-titres anglais    Sous-titres anglais
0×21    Sous-titres français    Sous-titres français    Sous-titres français    Sous-titres français    Sous-titres français
Evidement, comme tous ces flux sont regroupés dans un unique fichier, chaque flux est découpé en petite partie et les petits bouts sont assemblés de la sorte :
VOB-ID 1    CELL-ID 1    0xE0 : MV2    0×80 : AC3 anglais    0×80 : AC3 français    0×20 : Sous-titres anglais    0×21 : Sous-titres français    0xE0 : MV2    0×80 : AC3 anglais    …    0×21 : Sous-titres français    CELL-ID 2    0xE0 : MV2    …
C’est pour cela qu’il ne faut jamais encoder chaque VOB séparément. Les flux à un instant précis ne sont pas du tout synchronisés !

 

OMF

https://docs.google.com/open?id=0B6M1uDBlb1eAZDE2MWM3ZTgtMzc5NS00ZjkzLTkwNDgtMjU5ODYxMTRmOWM1

Broadcast Wave Format

Brodcast Wave Format 

AVI

https://docs.google.com/open?id=0B6M1uDBlb1eAYjFmZjdkM2EtNGVjZi00OTE1LWI1NDctMWJmOGU0Y2EyMDdj

AAF

https://docs.google.com/open?id=0B6M1uDBlb1eANDU4OTk0MTctZTMwMi00ZTU5LWE4YjItMzAzYmE0NmExNDU0

MXF

https://docs.google.com/open?id=0B6M1uDBlb1eAM2Q0MmJjN2QtN2E0Mi00ZGExLWFkNDItZmRjNzc5MjM1MjU5

 

CODEC ET FORMATS AUDIO et VIDEO, COMPRESSION.

Les procédés de compressions audionumériques peuvent être LOOSY et LOSSLESS.

3.1- Expliquez ce que cela signifie. Donnez le nom de deux CODEC LOOSY et deux CODEC LOSSLESS.

3.2- Expliquez la différence entre un conteneur et des CODEC audio et vidéo.

3.3- La compression MPEG 4 utilise des GOP variable. En MPEG 2 les GOP sont fixes. Qu’est-ce qu’un GOP ? Pourquoi sont-ils variable en MPEG 4 ?

3.4- Un GOP comprends des images dites I,B,P. Que désigne-t-on par ces termes ?

3.5- Donnez trois noms de conteneurs vidéos.

3.6- Que désigne-t-on par les sigles MXF AAF OMF ?

3.7- Quel est l’avantage d’un export AAF par rapport à un export OMF ?

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