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Samedi 11 septembre
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Fichiers vidéo et codecs
Un fichier vidéo est définit par deux caractéristiques : son format et les codecs des flux qui le composent.
Le format de fichier est le contenant. Il est caractérisé par une extension spécifique au nom du fichier (AVI, MOV, WMV, MPG, RM, VOB, OGG, MP4, ...). Il définit de quelle manière les données sont organisées. Pour un fichier vidéo les données sont des flux (flux vidéo et flux audio).
Les flux sont le contenu. En général il y a un flux vidéo et un flux audio. Ils sont stockés à l'aide de codecs. Un codec (abréviation de Codeur-Décodeur) est un algorithme définissant la manière dont les données sont encodées, le plus souvent dans le but de les comprimer. La plupart des codecs expriment leur taux de compression (et donc la qualité finale du flux) par un bitrate en kbps (kilobits par seconde). Par exemple les films sur DVD sont enregistrés en MPEG-2 avec un bitrate d'environ 8000 kbps, et la plupart des fichiers MP3 utilisent un bitrate de 128 ou 192 kbps.
La plupart des formats de fichiers vidéo ne laissent pas le choix des codecs utilisés en interne. Ainsi un fichier .MPG ou .MPEG contient forcément des flux encodés en MPEG, un fichier .MOV contient des flux encodés avec l'un des codecs QuickTime et un fichier .WMV contient des flux encodés avec l'un des codecs Microsoft. A ma connaissance, seul le format AVI permet à l'utilisateur de contrôler totalement quels codecs seront utilisés pour stocker les flux vidéo et audio qui le composent. C'est sans doute pour cela que ce format de fichier est le préféré des vidéastes avertis travaillant sur PC.
Pour pouvoir lire un fichier vidéo il faut donc disposer d'un logiciel sachant lire le format du fichier et sachant décoder les flux qui le composent. Les formats propriétaires (MOV, WMV et RM) sont en général lus par des logiciels spécifiques (respectivement QuickTime, Windows Media Player et RealPlayer) qui intègrent les codecs nécessaires. Le format MPG, quand le flux vidéo est encodé en MPEG-1, est très standard et est donc lu sans problème sur n'importe quel ordinateur. Pour lire un fichier AVI il faut par contre un logiciel connaissant ce format (Windows Media Player ou VLC par exemple) ainsi que les codecs nécessaires (VLC les intègre, pas besoin de les installer en plus de ce logiciel de lecture).
Les codecs audio
PCM (Pulse Code Modulation)
Ce codec enregistre le son sans compression. De la même manière que pour les images, le son numérique est caractérisé par une définition (exprimée en Herz, en général entre 22050 et 48000) et une profondeur (exprimée en bits, en général 8 ou 16). Lors de l'enregistrement d'une source analogique, plus ces deux propriétés sont élevées plus le son sera fidèle à l'original. Ce codec est par exemple utilisé dans les CD-Audio (44100 Hz sur 16 bits) et dans les films DV (32000 Hz sur 12 ou 16 bits ou bien 48000 Hz sur 16 bits). Lors de la conversion d'un flux audio d'un autre codec vers celui-ci il est inutile de choisir une définition et une profondeur supérieurs à ceux de la source.
MPEG-1 (Moving Picture Expert Group, version 1); MP1, MP2 et MP3
Le Moving Picture Expert Group est une organisation internationale dont le but est de développer des codecs standards pour la compression des vidéos. De la version 1 des spécifications qu'ils ont définit sont nés trois codecs utilisés pour le stockage du son : MPEG-1 Layer 1 (MP1), MPEG-1 Layer 2 (MP2), MPEG-1 Layer 3 (MP3). Les deux premiers sont utilisés avec les vidéos encodées au format MPEG-1 (appareils photo numériques ou Video-CD par exemple) ou parfois avec celles au format MPEG-2 (DVD), tandis que le dernier, bien connu, est très utilisé pour comprimer du son seul, ou en conjonction avec les vidéos au format MPEG-4 (DivX, Xvid, …).
Les autres
Comme autres codecs audio on peut citer Vorbis (Xiph.org), Dolby Digital, DTS, WMA (Microsoft), ATRAC (Sony), RA (RealNetworks), DivX (guère plus utilisé), ADPCM (obsolète), aLaw (obsolète), etc...
Les codecs vidéo
En simplifiant on peut distinguer trois grands types de codecs vidéo. Ceux n'utilisant pas de compression (ou une compression sans perte), ceux utilisant une compression uniquement spatiale (chaque image composant la vidéo est comprimée avec perte, comme du JPEG, et stockée indépendamment des autres images), et ceux utilisant une compression spatiale et temporelle (on ne comprime et stocke qu'une image sur N, appelée keyframe, et les images intermédiaires sont interpolées à la relecture).
Compression sans perte
YUV et RGB
Ces deux codecs enregistrent la vidéo sans compression aucune. Ils sont très peu utilisés car, on l'imagine bien, une vidéo non comprimée prend énormément de place. Par exemple une vidéo venant d'une caméra DV (3.7 Mo par seconde de vidéo) puis encodée ainsi occuperai 30 Mo par seconde de vidéo, soit 8 fois plus !
HuffYUV (Huffman YUV)
Une vidéo comprimée ainsi occupe à peu près deux fois plus de place qu'une vidéo DV. Peut servir pour stocker temporairement une vidéo entre deux traitements.
Compression avec perte (spatiale et temporelle)
MPEG (Moving Picture Expert Group)
Le Moving Picture Expert Group est une organisation internationale dont le but est de développer des codecs standards pour la compression des vidéos. Trois versions existent. Le MPEG-1 est utilisé principalement dans certains appareils photo numériques et dans les Video-CD, il produit des vidéos d'une qualité équivalente au VHS et n'est guère plus utilisé pour un usage informatique moderne (il est rapide mais pas très efficace). Le MPEG-2 (parfois appelé H.262) est utilisé notamment dans les DVD, il produit des vidéos d'une très bonne qualité mais d'une taille relativement importante (bitrates supérieurs à 4 Mbps). Le dernier, le MPEG-4, est à la base de beaucoup de codecs modernes (le dernier étant H.264, aussi nommé AVC ou MPEG-4 part. 10). Très adapté pour produire des fichiers suffisamment petits pour être diffusés sur Internet (bitrates inférieurs à 4 Mbps) il est connu essentiellement par ses implémentations DivX et XviD.
QuickTime, WMV et RMV
Ces codecs propriétaires (respectivement Apple, Microsoft et RealNetworks) jouent dans la même cour que le MPEG-4. Ils sont d'ailleurs basés sur lui ou sur des algorithmes équivalents ou dérivés tels que le H.263 ou le H.264. Ils sont donc adaptés à la diffusion Internet. Le WMV a maintenant des variantes qui concurrencent le MPEG-4, notamment sur le créneau de la HDTV (le VC-1 notamment).
DivX et XviD
Ces deux codecs (respectivement shareware et open source) sont en fait des implémentations du MPEG-4. Ils sont d'ailleurs compatibles (plus ou moins) l'un avec l'autre (le codec DivX sait lire la plupart des vidéos Xvid et vice-versa).
HDV (High-Definition Digital Video)
Il s'agit en fait de MPEG-2 avec une compression temporelle simplifiée de manière à produire des vidéos ayant une meilleure définition (standards HDTV) tout en conservant les limitations techniques du DV (bitrate), afin de rester compatibles avec les supports actuels (cassettes). Les définitions supportées sont celles de la HDTV (télé haute définition) : 720/59.94p (720 pixels de hauteur, 59.94 fps en progressif), 720/29.97p, 720/50p, 720/25p, 1080/59.94i (1080 pixels de hauteur, 59.94 fps en entrelaçé) et 1080/50i.
Compression avec perte (spatiale uniquement)
MJPEG (Motion JPEG)
Les variantes de ce codec sont très utilisées par les cartes d'acquisition vidéo (enregistrement d'une source analogique sur un ordinateur). Depuis l'apparition du DV le MJPEG n'est presque plus utilisé.
DV (Digital Video)
Il s'agit en fait de MPEG-2 sans compression temporelle. C'est maintenant le codec standard pour enregistrer des vidéos avec compression dans la meilleure qualité possible. Les définitions supportées sont 720x480 (29.97 fps) en NTSC et 720x576 (25 fps) en PAL.
Les autres
Comme autres codecs vidéos on peut citer Cinepak (obsolète), Indeo (obsolète), H.263, H.264, Theora (Xiph.org), etc...
En pratique
On peut voir quels sont les flux (et leurs caractéristiques, codec, bitrate, ...) qui composent un fichier AVI à l'aide d'utilitaires tels que GSpot ou AVIcodec.
Ressources
Codecs "gratuits" :
- DivX
- DV
- HDV (Wikipedia)
- HuffYUV
- MP3
- RM
- Theora (Ogg)
- Vorbis (Ogg)
- WMV
- XviD
Autres codecs :
- MOV
- MPEG
- H.26x
- H.263 (Wikipedia)
- H.264 (Wikipedia)
- VC-1 (Wikipedia)
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