La compression vidéo numérique

1. Tout d'abord qu'est ce qu'une vidéo ?


Une vidéo est une succession d'images à une certaine cadence. L'oeil humain a comme caractéristique d'être capable de distinguer environ 20 images par seconde. Ainsi, en affichant plus de 20 images par seconde, il est possible de tromper l'oeil et de lui faire croire à une image animée. C'est sur ce principe que repose la vidéo. On caractèrise la fluidité d'une vidéo par le nombre d'images par secondes (en anglais frame rate), exprimé en FPS (Frames per second, en français trames par seconde).


2. Qu'en est – il de la vidéo numérique ?


La vidéo numérique consiste à afficher une succession d'images numériques. Puisqu'il s'agit d'images numériques affichées à une certaine cadence, il est possible de connaître le débit nécessaire pour l'affichage d'une vidéo, c'est-à-dire le nombre d'octets affichés par unité de temps.
Ainsi le débit nécessaire pour afficher une vidéo (en octets par seconde) est égal à la taille d'une image que multiplie le nombre d'images par seconde.

Pour connaître le poids en octets d'une image, il est nécessaire de compter le nombre de pixels que contient l'image. Le poids de l'image est alors égal à son nombre de pixels que multiplie le poids de chacun de ces éléments.


Soit une image true color (24 bits) ayant une définition de 640*480 :


· Nombre de pixels : 640 x 480 = 307200

· 24 bits / 8 = 3 octets (1 octet = 8 bits)

· Le poids de l'image est donc obtenu par le calcul suivant :

· 307200 x 3 = 921600 octets

· 921600 / 1024 = 900 Ko (1 ko = 1024 octets)


Pour afficher correctement une vidéo possédant cette définition il est nécessaire d'afficher au moins 30 images par seconde, c'est-à-dire un débit égal à :

900 Ko * 30 = 27 Mo/s


3. Qu'est ce qu'un codec et quelle est sont utilité ?


Une image d'une vidéo non compressée occupe une taille d'environ 1 Mo. Afin d'obtenir une vidéo paraissant fluide il est nécessaire d'avoir une fréquence d'au moins 25 ou 30 images par seconde, ce qui produit un flux de données d'environ 30 Mo/s, soit plus de 1.5 Go par minute. Il est évident que ce type de débit est peu compatible avec les espaces de stockage des ordinateurs personnels ni même avec les connexions réseau existante à l'heure ou j'écrit ces quelques lignes.
Pour remédier à ce problème, il est possible de recourir à des algorithmes permettant de réduire significativement les flux de données en compressant / décompressant les données vidéos. On appelle ces algorithmes CoDec (pour COmpression / DECompression).


4. Quels sont les formats les plus couramment rencontrés ?


Le MPEG (Moving Pictures Experts Group) :

· le MPEG-1, développé en 1988, est un standard pour la compression des données vidéos et des canaux audio associés (jusqu'à 2 canaux pour une écoute stéréo). Il permet le stockage de vidéos à un débit de 1.5Mbps dans une qualité proche des cassettes VHS sur un support CD appelé VCD (Vidéo CD).
· le MPEG-2, un standard dédié originalement à la télévision numérique (HDTV) offrant une qualité élevé à un débit pouvant aller jusqu'à 40 Mbps, et 5 canaux audio surround. Le MPEG-2 permet de plus une identification et une protection contre le piratage. Il s'agit du format utilisé par les DVD vidéos.
· le MPEG-4, un standard destiné à permettre le codage de données multimédia sous formes d'objets numériques, afin d'obtenir une plus grande interactivité, ce qui rend son usage particulièrement adapté au Web et aux périphériques mobiles.
· le MPEG-7, un standard visant à fournir une représentation standard des données audio et visuelles afin de rendre possible la recherche d'information dans de tels flux de données. Ce standard est ainsi également intitulé Multimedia Content Description Interface.
· le MPEG-21, en cours d'élaboration, dont le but est de fournir un cadre de travail (en anglais framework) pour l'ensemble des acteurs du numériques (producteurs, consommateurs, ...) afin de standardiser la gestion de ces contenus, les droits d'accès, les droits d'auteurs, ...


Le DivX :

Le format DivX est un format de compression/décompression vidéo permettant d'obtenir des vidéos compressées très peu volumineuses avec une perte de qualité très raisonnable. Ainsi le format DivX permet de stocker un film complet de plusieurs heures sur un CD-ROM de 650 ou 700 Mo

Un petit peu d'histoire à présent :)

Le format DivX a été mis au point en 1999 par un développeur français de 27 ans, du nom de Jérome ROTA. IL fut développé à partir du codec MPEG-4 v3 de Microsoft. En effet le codec MPEG-4 fourni en standard avec la version Bêta du lecteur multimédia Windows Media Player était parfaitement opérationnel mais à la sortie de la version officielle, celui-ci ne fonctionnait plus correctement, c'est la raison pour laquelle Jérôme ROTA décida de le corriger ainsi que d'y ajouter la possibilité de compresser le son au format MP3 et mit au point ce qui allait devenir le format "DivX ;-)"
Il fonda par la suite en 2001 l'entreprise DivX Networks afin de développer un nouveau codec propriétaire entièrement réécrit afin de s'affranchir de la dépendance des droits vis a vis de Microsoft. C'est ainsi que fut développé la version 4 de ce codec : DivX4.
Au passage à la version 5 du codec (DivX5), il devint payant (DivX®) alors qu'il fut jusqu'à sa version 3.11 alpha un projet OpenSource. Depuis sa version gratuite contient un spyware.


Le XviD :

Le format XviD est une implémentation OpenSource du codec Divx, développée à partir de 2001, à l'occasion du passage du format DivX original (porté par le groupe Project Mayo) à un format propriétaire. Le format XviD propose ainsi une compression de très bonne qualité.


Le MKV :

Le format MKV (Matroska Video) est un format vidéo entièrement libre. Plus exactement il s'agit d'un conteneur (d'où le nom Matroska, en référence aux poupées russes) permettant de contenir de la vidéo (DivX, Xvid,RV9, etc.), du son (MP3, MP2, AC3, Ogg, AAC, DTS, PCM), ainsi que des sous-titres (SRT, ASS, SSA, USF, etc.) dans un même fichier.
Le format MKV est basé sur une structure dérivée de XML, appelée EBML (Extensible Binary Meta Language). Ainsi grâce au format Matroska, il est notamment possible de réaliser des fonctions de chapitrage, de créer des menus, de faire des recherches dans le fichier, de sélectionner une source sonore ou bien de choisir un sous-titrage.




Liens :

http://www.divx.com
http://www.matroska.org
http://www.xvid.org