HEIF et HEVC : l'avenir des fichiers multimédias expliqué

JPG et MP4 sont les formats photo et vidéo avec lesquels nous travaillons depuis des années non seulement sur smartphones et tablettes mais aussi sur PC. Il semble que ces types de fichiers sont maintenant prêts à prendre leur retraite et sont sur le point d'être remplacés par HEIF et HEVC. Mais que représentent ces acronymes et comment peuvent-ils améliorer l'utilisation de nos appareils ?

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• Que sont HEIF et HEVC ?
• Où trouve-t-on ces formats ?
• Pourquoi utiliser HEIF ou HEVC ?

Que sont HEIF et HEVC ?

Premièrement, nous devons distinguer les deux termes :

• HEIF : est un format de fichier image conteneur qui incorpore d'autres données importantes.
• HEVC : C'est un standard de compression à haute efficacité généralement utilisé pour la vidéo et aussi appelé H.265.

Le premier terme fait référence à un conteneur numérique dans lequel des photos et d'autres données avec différentes extensions peuvent être stockées, comme JPG, mais pas seulement. Le second terme fait référence à un système d'encodage vidéo dont le résultat peut être stocké dans différents conteneurs numériques tels que, par exemple, MOV ou même HEIF, comme mentionné ci-dessus. Confus ? Clarifions.

HEIF

Acronyme de High Efficiency Image File Format, HEIF est un format utilisé pour contenir des images simples ou multiples. Les fichiers utilisant ce format peuvent héberger en même temps des images de haute qualité compressées avec le codec HEVC (dont nous parlerons plus tard) et d'autres informations liées à ces images aussi d'un type différent.

HEIF peut contenir efficacement certaines transformations d'image comme par exemple :

• Rotation de l'image de 90, 180 ou 270 degrés.
• Recadrage de l'image selon un certain rectangle.
• Superposition de n'importe quel nombre d'images entrantes dans l'ordre et les positions indiquées sur la fenêtre de canevas de l'image source.

Ces opérations sont sauvegardées à l'intérieur du conteneur comme instructions pour l'imageur à effectuer. Cela signifie que l'image originale n'est pas changée (elle préserve le cliché, elle n'est pas écrasée avec les changements) ou compressée à nouveau à la fin de l'opération, évitant ainsi la perte de qualité.

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HEIF introduit aussi un cadre pour d'autres opérations d'édition non destructives qui peuvent être clarifiées par des spécifications externes. Une fois ces opérations appliquées, le résultat est connu comme une image dérivée.

Les types de données suivants peuvent être trouvés dans ce conteneur HEIF particulier :

• Images : Individuelles avec propriétés et aperçus.
• Images dérivées : Ce type d'édition non destructive permet au logiciel de visualisation d'image d'appliquer un ensemble d'instructions « à la volée » sans détruire l'image source comme décrit ci-dessus.
• Séquences d'images : multiples images qui partagent certaines propriétés comme un temps de prise de vue proche, leurs propriétés, et leurs vignettes. Ce format est utilisé principalement pour les expositions en rafale ou les animations cinémagraphiques.
• Objets d'images auxiliaires : Ces données ne sont pas directement visibles lors de la visualisation du fichier et peuvent représenter des plans alpha ou des cartes de profondeur.
• Métadonnées : Informations additionnelles comme EXIF, XMP ou données similaires.

Quelques exemples possibles de l'utilisation de conteneurs HEIF :

• Un fichier image haute qualité et un aperçu du même en format JPG de qualité inférieure.
• Fichiers image multiples par rafale de photos pour qu'ils soient tous stockés dans le même paquet.
• Fichiers image multiples avec différentes distances focales.
• Fichiers image multiples avec différentes expositions.
• Un fichier image et une vidéo capturés en même temps (lisez Motion Photos par Google Pixel 2 et Live Photos par iOS).

HEVC

Aussi connu sous le nom de H.265, c'est le successeur du maintenant universellement utilisé AVC/H.264. C'est un standard de compression à haute efficacité qui peut supporter des résolutions jusqu'à 8192x4320 et 8K UHD. HEVC a été conçu dans le but de réduire le débit binaire dans la vidéo tout en maintenant la même qualité au coût d'une plus grande complexité computationnelle. Ce codec est aussi utilisé pour compresser les images à l'intérieur des conteneurs HEIF décrits ci-dessus.

Comme cela se passe déjà dans le codec H.264, HEVC contrôle les trames du flux d'image à la recherche de zones où elles sont redondantes tant dans la même image que dans les trames consécutives. Ces zones redondantes sont ensuite remplacées par une description de la zone elle-même au lieu des pixels individuels afin d'occuper moins d'espace en mémoire.

Les changements clés pour HEVC incluent l'expansion des zones de comparaison de modèle et d'encodage des différences de 16×16 pixels à 64×64 pixels, amélioration de la segmentation à taille variable, meilleure prévision intra dans la même image, meilleure prédiction de vecteur de mouvement et fusion de région de mouvement, meilleure compensation de mouvement par filtrage, et une étape de filtrage supplémentaire appelée filtrage d'échantillonnage adaptatif avec décalage.

Pour une analyse plus approfondie du sujet et de la méthode de compression et d'encodage, veuillez vous référer à ce lien.

Le premier aperçu du codec HEVC vient de 2012 quand Qualcomm, pendant le MWC, a montré une tablette équipée de SoC Snapdragon S4 dual core capable de jouer la même vidéo encodée en H.264 et H.265 côte à côte. La vidéo en HEVC montrait déjà 50 % de réduction de débit binaire à la même qualité.

2014 a vu la première introduction du codec sur les appareils mobiles grand public grâce à Apple qui a utilisé le standard pour les appels vidéo FaceTime sur réseau data via iPhone 6 et iPhone 6 Plus.

Le premier SoC mobile avec matériel dédié spécifiquement au décodage HEVC est arrivé en 2015 de Nvidia qui a utilisé un décodeur sur son Tegra X1 similaire à celui inséré quelques mois plus tôt dans les cartes vidéo GeForce série 900.

Où trouve-t-on ces formats ?

Les fichiers HEIF et HEVC peuvent être trouvés sur certains des appareils les plus modernes. Par exemple, Apple a introduit le support pour ce type de fichier sur iOS 11, donc vous pouvez capturer des photos et enregistrer des vidéos en formats haute efficacité sur iPhone 7 et plus récents (la lecture est supportée jusqu'à l'iPhone 5S mais avec limitations). Bien sûr, certains iPads avec iOS 11 et Macs mis à jour vers macOS High Sierra peuvent aussi lire ces fichiers.

Apple utilise l'extension .heic (.heics pour les séquences d'images) pour les images, mais supporte la lecture de fichiers .heifs (.heifs pour les séquences d'images) produits par des tiers. Les vidéos enregistrées sont sauvées par les appareils Apple en format .mov comme les vidéos normales mais sont toujours encodées en utilisant le codec HEVC/H.265.

Dans le monde Android, le support officiel pour ces formats est arrivé à des moments différents : HEVC est supporté depuis Android Lollipop alors que HEIF a été introduit seulement récemment avec Android P (disponible en première Developer Preview) même si l'application Google Pixel Camera de première ou deuxième génération n'a toujours pas l'option liée à leur utilisation.

Samsung vous permet d'enregistrer des fichiers vidéo encodés HEVC sur les nouveaux Galaxy S9 et S9+ même s'il n'a pas le format HEIF pour sauvegarder les photos. Il semble que le Xiaomi Mi MIX 2S aura aussi des codecs HEVC pour les vidéos.

Les conteneurs HEIF peuvent aussi être utilisés sur les pages web selon le standard HTML 5.2 afin de stocker différentes versions de la même photo et laisser au navigateur la tâche de décider laquelle télécharger et utiliser selon différentes situations.

Pourquoi utiliser HEIF et HEVC ?

La raison principale pour laquelle nous devrions nous encourager à utiliser ces nouveaux formats de fichiers image et vidéo est qu'ils sont plus efficaces. Comme nous le savons, sur les smartphones l'espace disponible n'est jamais suffisant et grâce à ces formats il est possible de stocker le même nombre de fichiers à la même qualité mais en moins d'espace ou le même nombre de fichiers en qualité supérieure mais occupant la même quantité de mémoire.

Selon le standard HEIF, il est possible de sauvegarder deux fois plus d'informations dans ces fichiers que dans un fichier JPG de la même taille et même d'une qualité supérieure. Dire que le résultat est impressionnant est un euphémisme.

De plus, les fichiers HEIF/HEIC (et tous les dérivés) peuvent contenir des informations sur les transformations de l'image source sans l'altérer. Cela vous permet d'éditer vos photos sur un appareil, sauvegarder le résultat et pouvoir annuler ou faire d'autres changements plus tard et sur un autre appareil sans affecter la qualité de l'image originale.

Par exemple, sur un fichier JPG il n'est pas possible d'inverser le processus d'édition plus tard et la qualité de l'image se détériore à chaque sauvegarde due au passage continu par l'algorithme de compression JPG.

La même efficacité est vraie pour les vidéos encodées avec HEVC (H.265) : ce codec vidéo est capable d'offrir le double de compression au même niveau de qualité qu'un fichier encodé AVC (H.264) ou une augmentation substantielle de qualité avec le même débit binaire. L'utilisation pratique des améliorations introduites nécessite plus de puissance pendant l'encodage et la compression mais beaucoup moins de puissance de calcul pendant la décompression et la lecture.

Vous comprendrez que chaque mégaoctet est vital sur les smartphones qui ont 32 Go de mémoire interne ou moins et ces nouveaux formats promettent de prendre beaucoup plus de photos et d'enregistrer beaucoup plus de vidéos avant de manquer d'espace.

Utilisez-vous déjà HEVC ou HEIF ? Qu'en pensez-vous ?