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PARI 51
Images Numériques
Cours #4 : Images animées
Par : Bernard Besserer
Introduction
ƒ
Film : séquence d’images
ƒ
Histoire :
–
–
–
–
ƒ
1882 : E.J.Marey Chronophotographe
1893-95 : T. Edison Kinetoscope, Lumière Cinématographe
1930-40 : Télévision (BBC 1932, NBC 1939)
1965 : Magnétoscope (Sony Betamax)
Numérique :
–
–
–
–
1993 : Standard MPEG2, TV Numérique (DirecTV)
1995 : DV
1996 : DVD
2001 : Films cinéma tournés 100% en TVHD
(Vidocq de C. Comar alias Pitof, Starwars ep. II de G. Lucas)
– TVHD : 1920x1080, 16:9, 24fps
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Images Animées Analogiques
ƒ Vidéo (Normes TV - PAL) :
–
–
–
–
625 lignes dont 575 visibles
25 images/seconde avec entrelacement
Espace colorimétrique Luminance-Chrominance (YUV)
Moins de bande passante (donc moins de résolution)
pour la couleur
– VHS, S-VHS, Hi8 : CIF (360 x 288)
ƒ Film
– 24 images/seconde, progressif (sans entrelacement)
– Résolution dépendante du grain du film
(équivalent numérique : 2K (2048 x 1536))
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la vidéo analogique
ƒ Principe de la TV (balayage) : 1930
ƒ Retransmission JO Berlin : 1939
ƒ Rappels :
– Signal électrique analogique
– Synchronisation sur chaque ligne
de balayage
– Normes :
• PAL /SECAM : 625 lignes
dont 575 visibles
25 images / sec
• NTSC : 575 lignes
dont 480 visibles
30 images /sec
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2
Entrelacement
ƒ La transmission de l'image s'effectue
en mode entrelacé :
– On transmets d'abord les lignes paires de
l'image
(trame paire)
– Puis les lignes impaires
(trame impaire)
– La fréquence est doublée (50 demiimages / sec)
ƒ Même bande passante, mais :
– Fatigue visuelle réduite (rémanence du
tube et persistance rétinienne)
– Comme l'acquisition et la restitution
se fait en entrelacé : meilleure capture
du mouvement (plus fluide)
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Entrelacement
6
3
Entrelacement des images
ƒ
L'entrelacement
est gênant pour le
traitement
d'image si il y a
mouvement.
ƒ
Très souvent,
l'acquisition
même de l'image
est
effectué en mode
entrelacé
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Conformité avec la TV analogique
ƒ
La plupart des caméras respectent
les normes vidéo analogiques
(généralement PAL) :
– 25 images/sec, entrelacement
(donc 50 trames/sec), 625 lignes
dont 575 sont visibles.
– Il faut pouvoir brancher
directement un moniteur de
contrôle
– Il faut pouvoir enregistrer le signal
sur un magnétoscope
– Une carte d'acquisition numérise
le signal si l'image doit être traité
sur ordinateur…
Les paramètres de l’image acquise
peut différer de l’image capturée
par le CCD
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Caméra à sortie numérique
– Il existe des caméras intégrant l'ensemble de l'image à
l'instant T (mode progressif) et transmettant les trames
successivement
– Il existe des caméras 100% progressives
• Changer d'interface… une interface numérique s'impose
(IEEE 1394, CameraLink, USB2)
• La présence d'une interface numérique ne signifie pas que
les images sont produites en mode progressif !
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Vidéo Numérique Sans Compression
ƒ
ƒ
ƒ
Séparation de la luminance et de la chrominance
(espace YUV ou YCrCb).
Luminance et 2 informations chromatiques (Y-R, Y-B)
Sous-échantillonnage de la chrominance (4:2:2 ou 4:1:1
ou 4:2:0)
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Vidéo Numérique Sans Compression
ƒ
Calcul du débit vidéo :
– 4:2:2
• 720 x 576 (luminance) + 360 x 576 (Cr) + 360 x 576 (Cb)
x 8 bits = 6635520 bits / image = 829440 octets / image
• soit un débit de 829440 x 25 = 20,736 Mo/sec ou 166
Mb/sec
– 4:1:1
• 720 x 576 (luminance) + 180 x 576 (Cr) + 180 x 576 (Cb)
x 8 bits = 4976640 bits / image = 622080 octets / image
• soit un débit de 15,552 Mo/sec ou 124 Mb/sec
– 4:2:0
• 720 x 576 (luminance) + 360 x 288 (Cr) + 360 x 288 (Cb)
x 8 bits = 4976640 bits / image = 622080 octets / image
• soit un débit de 15,552 Mo/sec ou 124 Mb/sec
ƒ
Un disque dur de 1Go (10 Go) peut contenir :
– 51 secondes (8m30s) de vidéo sans compression 4:2:2
– 68 secondes de vidéo sans compression en 4:1:1 ou 4:2:0
– 4 minutes et 45 secondes de vidéo DV (avec compression!)
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Vidéo Numérique Avec Compression
ƒ
ƒ
Codec
COdeur/DECodeur ou
COmpresseur/DECompresseur
– Software / Hardware
– Avec ou sans perte
Format d’encapsulation :
AVI
– Le format AVI (comme les
.WAV) est un fichier RIFF
(Ressource Interchange
File Format)
– Portabilité du fichier ?
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ƒ
ƒ
Logiciels disponibles pour
l’encodage
Qualité de l’image
Application
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Vidéo Numérique : DV
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ƒ
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ƒ
Format DV : Digital Vidéo
Développé par un consortium de 10 constructeurs dont Sony
(Panasonic et JVC pour des équipements pro)
Compression propriétaire
Compression DCT (proche du JPEG) intra-image réduisant le débit à
25 Mbits/sec = 3,5 Mo/sec en 4:2:0 ou 4:1:1
Disque dur 7200 rpm : 8-10 Mo/sec
Codec software ou hardware
Premier codage effectué par le caméscope
Duplication sans perte
Montage à l’image près
Décompression/compression nécessaire que pour le calcul d’effets
Variantes professionnelles (mêmes principes, mais caractéristiques
différentes pour les bandes) :DVCAM, DVCPRO25 et DVCPRO50
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Vidéo Numérique : DV
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Utilisation du bus IEEE1394
comme moyen de transport
privilégié
– Développement conjoint
SONY/APPLE (aussi nommé
firewire ou i-link)
Bus synchrone à débit élevé
(50 Mo/sec) destiné a
connecter les équipements
multimédia et mémoires de
masse
Cartes interface disponibles,
intégration dans certains
portables ou iMac
Coût élevé de la connectique
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MPEG
ƒ MPEG : Motion Picture Expert Group
ƒ MPEG1
– débit max d’environ 1 Mb/sec (de l’ordre de 150
Ko/sec).
– En général, format d ’image de 360 x 288 (CIF)
– Application multimédia lue depuis un CD-ROM, VCD,
vidéos sur le Web.
ƒ MPEG2
– débit max d’environ 10 Mb/sec (soit 1.25 Mo/sec),
format d ’image de 720 x 576, normes du DVD vidéo
– Qualité TV, utilisé en diffusion numérique (DVB : câble,
satellite, bientôt terrestre)
– Normes peuvent être outrepassées Î impossibilité de
lecture sur du matériel standard
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MPEG
ƒ MPEG
– Format de diffusion (encodage final)
– Stream / téléchargeable
– Peu adapté au montage délicat (compression
inter-frame)
– Utilisé pour :
•
•
•
•
Le CD-i (MPEG1) – Visioconf (variante)
Le VCD (MPEG1), le S-VCD (MPEG2)
Le DVD (MPEG1 et MPEG2)
La diffusion : DVB (Digital Video Broadcasting)
DVB-T, DVB-S, DVB-C
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8
MPEG
ƒ
ƒ
La compression MPEG : succession de méthodes de
compression.
Taux de compression considérable 20:1
System Diagram Encoder
Image Blocks
DCT
Q
VLC Encoder
Motion
Estimation
Prediction Error Vector
Prediction Vector
DCT:
generate DCT coefficients
Quantization (Q): compress the data for faster transmission rate
Motion Estimation:synthesis prediction, prediction error value,
and DCT coefficient
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Découpage Hiérarchique de la séquence
ƒ Group of Picture (GOP) de I à I
ƒ Picture
ƒ Slice
ƒ Macroblock
ƒ Block
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MPEG
ƒ Principe :
– De façon régulière (en général, 2 fois par seconde), on
encode une image complète (I-Frame, compression
Intraframe) avec compression (DCT)
– Pour les autres images, compression en tenant compte
du mouvement (on enregistre que les changements)
I
P
B
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On n'encode que les changements
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MPEG
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Compensation de mouvement
Motion Compensation Diagram
I Frame
+
Forward Prediction
Motion Vector
+
Resulting Picture
Prediction Error
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Compensation de mouvement
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Gestion de la couleur
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Débit d’un flux MPEG
ƒ Débit variable selon le type d’image (I-frame, Pƒ
frame, B-frame) et selon le mouvement
Encodage selon divers critères en une ou 2
passes
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Profil
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MPEG 4
ƒ MPEG4 : Coding of Audiovisual Objects
– Adaptation à des débits variables entre 5Kb - 10 Mb/sec.
– Résolution et fréquence images QCIF - TVHD
– Deux types d’algorithmes de compression:
• VLBV (Very Low Bit Rate Video), de 5 Kbit/s à 64 Kbit/s.
• HBV (Higher Bit Rate Video) - de 64 Kbit/s à 2 Mbit/s
– Encodage basé sur le contenu (objets médias)
– DRM (Digital Rights Management)
– AIC :Advanced Interactive Content : Interactivité
(Hypermédia)
– Représentation 2D/3D
– SNHC (Synthetic Natural Hybrid Coding)
– Vidéoconférence, vidéo interactive, multimédia sur
internet.
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MPEG4
Objets médias
Maillage 3D et textures
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MPEG4
Interactivité
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MPEG
ƒ MPEG7 : Multimedia Content Description Interface
– Bits à propos des bits
– Description du contenu
• Bas niveau : couleurs, formes, caractéristiques du son…
• Haut niveau : information structurelle à propos du contenu
des collections
– Complément du MPEG4
– Indexation et recherche par le contenu
– Intégration de l’information MPEG7 aux broadcasts,
enregistreurs vidéo personnels, moteurs de recherche.
ƒ MPEG21 : Multimedia Framework
– Multiplateformes : Broadcast, Internet, Disques…
– Interopérabilité
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Vidéo Numérique
ƒ
Souvent formats asymétriques (calcul encodage/décodage)
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Vidéo Numérique
Image couleur 24 bits
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Blocs
Bit errors
Effet de Gibbs
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Conclusion
ƒ
Problèmes
ƒ
Les choix du format, support, etc. dépendent de
l’application.
–
–
–
–
Pérennité des supports
Portabilité des formats / CODEC
Copyright
Accès au contenu
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