Comprendre la compression vidéo
Si vous avez déjà travaillé avec des images fixes et vu la différence de taille de stockage entre une image bitmap (BMP) comparable et une image JPEG (Joint Photographic Experts Group), vous avez commencé à comprendre la raison de la compression vidéo. En éliminant l'information redondante, la compression économise l'espace de stockage et la bande passante nécessaire pour transmettre une image. Contrairement aux fixes, la vidéo aux USA change 30 fois par seconde, 25 en Europe, 24 pour certains formats HD. Stocker, traiter et transmettre tout cela sans compression demanderait d'énormes ressources. Voici les bases.
Instructions
La compression est la conversion de données en un format utilisant moins de bits. La taille des données compressées C par rapport à l'originale O est le ratio de compression R = C/O. Quand vous sauvegardez et compressez vos fichiers, vous éliminez l'information redondante. Si vous pouvez les restaurer à l'identique, c'est une compression sans perte (lossless). Pour les images, y compris vidéo, on ne peut générer qu'une approximation de l'original : c'est une compression avec perte (lossy).
Le matériel ou logiciel qui compresse est un encodeur. Celui qui décompresse est un décodeur. Un codec fait les deux. Codec peut aussi désigner le mécanisme mathématique d'encodage/décodage, comme le codec JPEG.
Pour compresser la couleur en vidéo, il y a plusieurs schémas de base. Quand un film est converti en vidéo pour la plus haute qualité (manipulation, effets), chaque composante couleur est échantillonnée en ratio 4:4:4 (Rouge Vert Bleu). Mais en tournage direct sur bandes comme HD Cam, Digital Betacam ou DV-50, on n'échantillonne le Bleu et le Rouge qu'à moitié, soit 4:2:2. La vidéo DV a un plus gros problème de stockage car la bande est petite, donc ce format jette encore la moitié de la couleur à 4:1:1. C'est pourquoi le DV est mauvais pour l'incrustation (chroma key), les couleurs en mouvement rapide et les graphismes animés. Le format MPEG-2 du Moving Picture Experts Group est celui des DVD. Il échantillonne la couleur en 4:2:2 ou 4:2:0, ce dernier étant le format de distribution le plus populaire. Cela explique pourquoi la vidéo tournée en DV ne rend pas aussi bien que le DV-50 sur un DVD : après encodage MPEG-2, elle est effectivement réduite à 4:1:0.
En vidéo, il y a deux formes supplémentaires de compression : intra-image (spatiale) et inter-image (temporelle). Regardons l'intra-image. La plus populaire est la Transformée en Cosinus Discrete (DCT). Utilisée en Digital Betacam, DV, D-50, JPEG (surtout fixes, mais aussi M-JPEG). C'est complexe, je simplifie. Le principe : les pixels d'une image ont une relation avec leurs voisins, et l'info spécifique d'un pixel individuel est relativement faible. La redondance sert à compresser. Échantillonnage par blocs 8x8 pixels produisant un cosinus permettant de jeter les détails indétectables à l'œil. Le processus a été affiné par essais/erreurs jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de différence visible entre l'original et le compressé. La compression marche mieux avec beaucoup de redondance. Une image de ballon rouge sur ciel bleu compresse mieux qu'une photo d'action de surfeur.
Il y a plusieurs techniques de compression inter-image. Regardons le MPEG-2. Comme dit, utilisé sur DVD. Le MPEG-2 utilise intra et inter-image. L'inter-image repose sur un Groupe d'Images (GOP) qui se répète toutes les demi-secondes. Un GOP comprend des images I (données complètes après compression couleur et intra), mais toutes les autres images du GOP sont virtuelles. Après l'image I, la suivante encodée est une image P (prédictive), anticipant les changements, jetant le redondant. Entre I et P, des images B (bi-directionnelles) comblent, regardant en arrière et en avant. Le GOP se lit IBBPBBP, etc., jusqu'à la prochaine image I. Cette méthode crée une compression très efficace et marche bien tant qu'il n'y a pas trop de changements dans la vidéo.