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![Page 1: PARI 51 Images Numériquesperso.univ-lr.fr/.../pari51/data/pari51_cours4_anime.pdfCours #4 : Images animées 2 Introduction Film : séquence d’images Histoire : – 1882: E.J.Marey](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022020413/5b98df7f09d3f2ef798cda9e/html5/thumbnails/1.jpg)
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PARI 51Images Numériques
Par : Bernard Besserer
Cours #4 : Images animées
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Introduction
Film : séquence d’images
Histoire :– 1882 : E.J.Marey Chronophotographe– 1893-95 : T. Edison Kinetoscope, Lumière Cinématographe– 1930-40 : Télévision (BBC 1932, NBC 1939)– 1965 : Magnétoscope (Sony Betamax)
Numérique :– 1993 : Standard MPEG2, TV Numérique (DirecTV) – 1995 : DV– 1996 : DVD– 2001 : Films cinéma tournés 100% en TVHD
(Vidocq de C. Comar alias Pitof, Starwars ep. II de G. Lucas)– TVHD : 1920x1080, 16:9, 24fps
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Images Animées Analogiques
Vidéo (Normes TV - PAL) :– 625 lignes dont 575 visibles– 25 images/seconde avec entrelacement– Espace colorimétrique Luminance-Chrominance (YUV)– Moins de bande passante (donc moins de résolution)
pour la couleur– VHS, S-VHS, Hi8 : CIF (360 x 288)
Film– 24 images/seconde, progressif (sans entrelacement)– Résolution dépendante du grain du film
(équivalent numérique : 2K (2048 x 1536))
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la vidéo analogique
Principe de la TV (balayage) : 1930Retransmission JO Berlin : 1939
Rappels :– Signal électrique analogique
– Synchronisation sur chaque lignede balayage
– Normes :• PAL /SECAM : 625 lignes
dont 575 visibles25 images / sec
• NTSC : 575 lignesdont 480 visibles30 images /sec
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Entrelacement
La transmission de l'image s'effectue en mode entrelacé :– On transmets d'abord les lignes paires de
l'image(trame paire)
– Puis les lignes impaires(trame impaire)
– La fréquence est doublée (50 demi-images / sec)
Même bande passante, mais :– Fatigue visuelle réduite (rémanence du
tube et persistance rétinienne)– Comme l'acquisition et la restitution
se fait en entrelacé : meilleure capture du mouvement (plus fluide)
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Entrelacement
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Entrelacement des images
L'entrelacement est gênant pour le traitement d'image si il y a mouvement.
Très souvent, l'acquisitionmême de l'image esteffectué en mode entrelacé
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Conformité avec la TV analogique
La plupart des caméras respectent les normes vidéo analogiques(généralement PAL) :– 25 images/sec, entrelacement
(donc 50 trames/sec), 625 lignes dont 575 sont visibles.
– Il faut pouvoir brancher directement un moniteur de contrôle
– Il faut pouvoir enregistrer le signal sur un magnétoscope
– Une carte d'acquisition numérise le signal si l'image doit être traitésur ordinateur…Les paramètres de l’image acquise peut différer de l’image capturée par le CCD
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Caméra à sortie numérique
– Il existe des caméras intégrant l'ensemble de l'image àl'instant T (mode progressif) et transmettant les trames successivement
– Il existe des caméras 100% progressives• Changer d'interface… une interface numérique s'impose
(IEEE 1394, CameraLink, USB2)• La présence d'une interface numérique ne signifie pas que
les images sont produites en mode progressif !
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Vidéo Numérique Sans Compression
Séparation de la luminance et de la chrominance (espace YUV ou YCrCb). Luminance et 2 informations chromatiques (Y-R, Y-B)Sous-échantillonnage de la chrominance (4:2:2 ou 4:1:1 ou 4:2:0)
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Vidéo Numérique Sans Compression
Calcul du débit vidéo :– 4:2:2
• 720 x 576 (luminance) + 360 x 576 (Cr) + 360 x 576 (Cb) x 8 bits = 6635520 bits / image = 829440 octets / image
• soit un débit de 829440 x 25 = 20,736 Mo/sec ou 166 Mb/sec
– 4:1:1• 720 x 576 (luminance) + 180 x 576 (Cr) + 180 x 576 (Cb)
x 8 bits = 4976640 bits / image = 622080 octets / image• soit un débit de 15,552 Mo/sec ou 124 Mb/sec
– 4:2:0• 720 x 576 (luminance) + 360 x 288 (Cr) + 360 x 288 (Cb)
x 8 bits = 4976640 bits / image = 622080 octets / image• soit un débit de 15,552 Mo/sec ou 124 Mb/sec
Un disque dur de 1Go (10 Go) peut contenir :– 51 secondes (8m30s) de vidéo sans compression 4:2:2– 68 secondes de vidéo sans compression en 4:1:1 ou 4:2:0– 4 minutes et 45 secondes de vidéo DV (avec compression!)
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Vidéo Numérique Avec Compression
CodecCOdeur/DECodeur ou COmpresseur/DECompresseur– Software / Hardware– Avec ou sans perte
Format d’encapsulation : AVI– Le format AVI (comme les
.WAV) est un fichier RIFF (Ressource InterchangeFile Format)
– Portabilité du fichier ?
Logiciels disponibles pour l’encodageQualité de l’imageApplication
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Vidéo Numérique : DV
Format DV : Digital VidéoDéveloppé par un consortium de 10 constructeurs dont Sony(Panasonic et JVC pour des équipements pro)
Compression propriétaireCompression DCT (proche du JPEG) intra-image réduisant le débit à25 Mbits/sec = 3,5 Mo/sec en 4:2:0 ou 4:1:1 Disque dur 7200 rpm : 8-10 Mo/secCodec software ou hardwarePremier codage effectué par le caméscopeDuplication sans perteMontage à l’image prèsDécompression/compression nécessaire que pour le calcul d’effets
Variantes professionnelles (mêmes principes, mais caractéristiques différentes pour les bandes) :DVCAM, DVCPRO25 et DVCPRO50
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Vidéo Numérique : DV
Utilisation du bus IEEE1394 comme moyen de transport privilégié– Développement conjoint
SONY/APPLE (aussi nomméfirewire ou i-link)
Bus synchrone à débit élevé(50 Mo/sec) destiné a connecter les équipements multimédia et mémoires de masseCartes interface disponibles, intégration dans certains portables ou iMacCoût élevé de la connectique
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MPEG
MPEG : Motion Picture Expert GroupMPEG1– débit max d’environ 1 Mb/sec (de l’ordre de 150
Ko/sec).– En général, format d ’image de 360 x 288 (CIF)– Application multimédia lue depuis un CD-ROM, VCD,
vidéos sur le Web.
MPEG2– débit max d’environ 10 Mb/sec (soit 1.25 Mo/sec),
format d ’image de 720 x 576, normes du DVD vidéo– Qualité TV, utilisé en diffusion numérique (DVB : câble,
satellite, bientôt terrestre)– Normes peuvent être outrepassées impossibilité de
lecture sur du matériel standard
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MPEG
MPEG– Format de diffusion (encodage final)– Stream / téléchargeable– Peu adapté au montage délicat (compression
inter-frame)
– Utilisé pour :• Le CD-i (MPEG1) – Visioconf (variante)• Le VCD (MPEG1), le S-VCD (MPEG2)• Le DVD (MPEG1 et MPEG2)• La diffusion : DVB (Digital Video Broadcasting)
DVB-T, DVB-S, DVB-C
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MPEG
La compression MPEG : succession de méthodes de compression. Taux de compression considérable 20:1
System Diagram EncoderSystem Diagram Encoder
DCTDCT VLC EncoderVLC Encoder Motion Motion EstimationEstimation
Prediction VectorPrediction Vector
Image BlocksImage Blocks
Prediction Error VectorPrediction Error Vector
DCT:DCT: generate DCT coefficientsgenerate DCT coefficientsQuantizationQuantization (Q):(Q): compress the data for faster transmission ratecompress the data for faster transmission rateMotion Estimation:synthesis prediction, prediction error value, Motion Estimation:synthesis prediction, prediction error value,
and DCT coefficientand DCT coefficient
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Découpage Hiérarchique de la séquence
Group of Picture (GOP) de I à IPictureSliceMacroblockBlock
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MPEG
Principe :– De façon régulière (en général, 2 fois par seconde), on
encode une image complète (I-Frame, compression Intraframe) avec compression (DCT)
– Pour les autres images, compression en tenant compte du mouvement (on enregistre que les changements)
I
P
B
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On n'encode que les changements
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MPEG
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Motion Compensation DiagramMotion Compensation Diagram
++
++
I FrameI Frame
Motion VectorMotion Vector
Prediction ErrorPrediction Error
Forward PredictionForward Prediction
Resulting PictureResulting Picture
Compensation de mouvement
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Compensation de mouvement
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Gestion de la couleur
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Débit d’un flux MPEG
Débit variable selon le type d’image (I-frame, P-frame, B-frame) et selon le mouvementEncodage selon divers critères en une ou 2 passes
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Profil
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MPEG 4
MPEG4 : Coding of Audiovisual Objects– Adaptation à des débits variables entre 5Kb - 10 Mb/sec.– Résolution et fréquence images QCIF - TVHD– Deux types d’algorithmes de compression:
• VLBV (Very Low Bit Rate Video), de 5 Kbit/s à 64 Kbit/s.• HBV (Higher Bit Rate Video) - de 64 Kbit/s à 2 Mbit/s
– Encodage basé sur le contenu (objets médias)– DRM (Digital Rights Management)– AIC :Advanced Interactive Content : Interactivité
(Hypermédia)– Représentation 2D/3D– SNHC (Synthetic Natural Hybrid Coding)– Vidéoconférence, vidéo interactive, multimédia sur
internet.
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MPEG4
Objets médias
Maillage 3D et textures
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MPEG4
Interactivité
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MPEG
MPEG7 : Multimedia Content Description Interface– Bits à propos des bits– Description du contenu
• Bas niveau : couleurs, formes, caractéristiques du son…• Haut niveau : information structurelle à propos du contenu
des collections– Complément du MPEG4 – Indexation et recherche par le contenu– Intégration de l’information MPEG7 aux broadcasts,
enregistreurs vidéo personnels, moteurs de recherche.
MPEG21 : Multimedia Framework– Multiplateformes : Broadcast, Internet, Disques…– Interopérabilité
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Vidéo Numérique
Souvent formats asymétriques (calcul encodage/décodage)
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Vidéo Numérique
Image couleur 24 bits Blocs Bit errors
Effet de Gibbs
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Conclusion
Problèmes – Pérennité des supports– Portabilité des formats / CODEC– Copyright– Accès au contenu
Les choix du format, support, etc. dépendent de l’application.