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RÉSUMÉ
Cet article décrit le format de compression vidéo numérique, HEVC (High Efficiency Video Coding) également appelé H.265. Après une courte histoire de son développement, on rappelle les principes de la compression numérique MPEG des images vidéo. Les principaux concepts du format HEVC sont ensuite détaillés, ainsi que les outils mis en œuvre dans la chaîne de codage. Après une présentation des profils et niveaux offerts par la norme, les performances sont illustrées par les résultats de tests. Enfin les principaux domaines d’applications et les concurrents de HEVC sont évoqués.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Marc LEGER : Diplômé de l’École nationale supérieure Louis-Lumière - Opérateur de prise de vues, Ingénieur vision - Responsable de la filière de formation aux techniques vidéo à l’INA
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Christophe NELSON : Diplômé de technologies Audiovisuel et Informatique pour l’éducation - Responsable de formation aux techniques vidéo à l’INA
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Jean-Noël GOUYET : Ingénieur-formateur en techniques numériques Broadcast et multimédia - Ancien chargé d’études à la direction de la recherche de l’Institut national de l’audiovisuel (INA)
INTRODUCTION
Cet article décrit les principes et outils techniques, ainsi que les performances et les applications d’un nouveau format de compression ou « codec » vidéo, le HEVC (High Efficiency Video Coding), également -normalisé sous l’appellation H.265.
Ce développement a lieu dans un contexte de diversité croissante des -services audiovisuels numériques, ainsi que de la popularité grandissante de la vidéo HD (High Definition) et de l’UHD (Ultra High Definition) « 4K » ou bientôt « 8K ». De plus, le trafic généré par les applications vidéo destinées aux équipements mobiles et aux tablettes, ainsi que les capacités de transmission requises par les services de vidéo à la demande, sont un grand défi pour les réseaux numériques actuels. Enfin, le désir d’une qualité et d’une définition plus grandes d’image se manifeste pour les applications mobiles.
Pour faire face à cette évolution, depuis l’apparition du format de compression MPEG-2 en 1992 destiné à la diffusion de la télévision numérique et au DVD-Vidéo, les ingénieurs ont sans cesse continué d’améliorer les techniques de compression vidéo numérique. Régulièrement, environ tous les 10 ans, les technologies d’encodage vidéo font un bond en avant, améliorant les algorithmes pour diviser par 2 le débit nécessaire à la distribution d’une image vidéo à qualité égale. Après MPEG-2 et MPEG-4 AVC, la dernière génération en est donc le « codec » HEVC/H.265, qui tient les promesses de plus d’efficacité par rapport à ses prédécesseurs.
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MOTS-CLÉS
télévision numérique internet transformée en cosinus discrète prédiction codage entropique compression vidéo numérique Compression MPEG HEVC
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4. Outils mis en œuvre
4.1 Prédiction Intra-image
H.265 reprend l’outil de prédiction Intra-image introduit avec AVC/H.264, mais en l’améliorant grandement. Le principe est de prédire l’état des pixels d’un bloc par projection des échantillons des blocs adjacents selon une certaine direction. La figure 19 montre ce principe de projection et indique en gris les échantillons qui servent de prédicteurs. Ces échantillons proviennent des blocs situés : au-dessus à gauche, au-dessus, au-dessus à droite, à gauche et au-dessous à gauche du bloc à coder.
Pour la luminance, 33 directions angulaires de projection sont utilisables ainsi que les modes « DC » et « Planar » (figures 20 et 21). Lors du choix des 33 directions, les concepteurs de HEVC/H.265 ont couvert plus précisément les directions proches de l’horizontale et de la verticale, car ce sont les plus fréquentes statistiquement dans les images. Contrairement aux limitations qui existaient en AVC/H.264, toutes les directions de prédictions peuvent être employées quelle que soit la taille du bloc de prédiction.
Dans le mode DC, les pixels sont prédits comme étant tous égaux à la moyenne des échantillons adjacents. Ce mode sera particulièrement utile pour les zones uniformes de l’image.
Le mode Planar est une amélioration du mode DC, plus efficace en cas de faible gradient de texture. Les quatre coins du bloc sont prédits à partir des échantillons de référence, puis un dégradé est calculé entre les quatre coins du bloc.
Pour la chrominance, cinq modes de prédiction sont possibles : DC, Planar, Vertical, Horizontal et même direction que la luminance.
la figure 21 représente une prédiction Intra sur plusieurs blocs : ici l’image est une image I, donc tous les blocs sont prédits en Intra. L’image de droite est un agrandissement, qui montre...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BORDES (P.), CLARE (G.), HENRY (F.), RAULET (M.), VIERON (J.) - An overview of the emerging HEVC standard. - Projet 4EVER. IEEE (2010) http://www.live-production.tv/sites/default/files/The_HEVC_Standard.pdf
-
(2) - ISO/IEC - Vision, applications and requirements for high efficiency video coding (HEVC). - ISO/IEC JCT1/SC29/WG11/N11872, janv. 2011.
-
(3) - TIMMERER. (C.) - Vision and Requirements for high-performance video coding. - 9 fév. 2009 http://multimediacommunication.blogspot. fr/2009/02/vision-and-requirements-for-high. html
-
(4) - KIM Il-Koo et al - Block partitioning structure in the HEVC Standard. - Samsung/IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video technology, déc. 2012 http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?DOI 10.1.1.352.1947&rep= rep1&type=pdf
-
(5) - MARPE (D.), SCHWARZ (H.), WIEGAND (T.) - Context-based adaptive binary arithmetic coding in the H.264/avc video compression standard. - IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video technology, vol. 13, n° 7, 20 juil. 2003.
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Encodeurs logiciels
DIVX http://www.divx.com/
FFMPEG https://ffmpeg.org/
GPAC http://gpac.wp.mines-telecom.fr/home/
Harmonic (ProMedia) http://www.harmonicinc.com/
Décodeurs logiciels
GPAC http://gpac.wp.mines-telecom.fr/home/
VLC https://www.videolan.org/developers/x265.html
DIVX http://www.divx.com/
Elecard MPEG Player http://www.elecard.com/
Lecteurs HEVC pour smartphones et tablettes
Cinemartin (Hoid P HEVC H.265) http://www.cinemartin.com/cinec/hoid/
formulaone (Cool Player) http://www.mobogenie.com/
Shengbin Meng...
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