Bibliographie & annexes
Présentation
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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This article describes the digital video compression format HEVC (high-efficiency video coding) also named H.265. After a short development history, a brief review of the principles underlying MPEG video picture coding is given. The main concepts of the HEVC compression format are then detailed, along with the tools used in the coding chain. After a presentation of the profiles and levels supported by the standard, performance is illustrated by tests results. To conclude, the main application domains and HEVC competitors are briefly presented.
Auteur(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
-
Christophe NELSON : Diplômé de technologies Audiovisuel et Informatique pour l’éducation - Responsable de formation aux techniques vidéo à l’INA
-
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
KEYWORDS
digital television | internet | discrete cosine transform | prediction | entropy coding | digital video coding | MPEG compression | HEVC
DOI (Digital Object Identifier)
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Concepts de base du format de compression HEVC2. Rappel des principes de la compression MPEG vidéo
Les encodeurs vidéo se divisent en deux grandes familles d’usage : les encodages pour la production où l’accès à chaque image est important, en particulier pour le montage, et les encodages pour la diffusion dans lesquels on privilégie la lecture linéaire de la vidéo. La famille MPEG a été conçue pour répondre aux deux types de besoins. Elle utilise donc deux technologies principales qui sont la compression spatiale et la compression temporelle :
-
la compression spatiale « Intra » a pour but de réduire la redondance des données dans l’image (figure 1) ;
-
la compression temporelle « Inter » a pour but de ne coder que ce qui change d’une image à l’autre (figure 2) ; cette partie n’est utilisée que pour des fortes compressions.
Un troisième type de réduction de débit est utilisé, le codage entropique, qui a pour but d’optimiser la suite binaire qui résulte des parties précédentes.
Ces grands modules, dans leurs principes de base, sont repris par le HEVC/H.265, tout en y apportant de nombreuses amélio-rations par rapport à ses prédécesseurs que sont MPEG-1, MPEG-2 et MPEG-4 AVC.
2.1 Compression spatiale
On peut voir la vidéo comme une succession de photos. Chacune d’elles peut donc être codée avec des algorithmes identiques à ceux utilisés en photo. Dans la famille MPEG, on a choisi de se baser sur le JPEG, le format de compression des images fixes.
Si la seule compression spatiale est utilisée, chaque image étant ainsi codée indépendamment des autres, l’accès à celle-ci est simple et rapide. Ce type de codage est utilisé en production vidéo.
HAUT DE PAGE
Lorsque JPEG a été mis au point en 1992 pour la compression des images fixes, on a appliqué l’algorithme sur de petites parties de l’image, des « blocs » de pixels, car travailler sur une image entière aurait nécessité de très grandes puissances de calcul. Pour ce découpage, il a été choisi dans JPEG de travailler sur des blocs de 64 pixels...
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Rappel des principes de la compression MPEG vidéo
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.
- ...
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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