21 juin 2009
Tour rapide des principaux codecs vidéo en 2009
Tour rapide des principaux codecs vidéo en 2009 Quelques définitions, avant d'entrer en matière Un codec
est un algorithme dont la vocation est d'enregistrer (encoder) ou de
lire (décoder) de l'audio ou de la vidéo (en ce qui nous concerne) en
compressant (encodage ou conversion)
ou en décompressant (lecture) les données. Un ordi ou un dispositif
quelconque de lecture devra disposer en mémoire du codec correspondant
à la vidéo ou à l'audio qui sera lu, faute de quoi la lecture sera
impossible. Sur le Net circulent des packs de codecs gratuits
réunissant les algorithmes d'encodage et de décodage de la plupart des
formats audio et vidéo courants, packs à installer à tout prix si vous
êtes un bidouilleur. Mais gare aux instabilités système, lesdits packs
créant parfois des conflits avec Windows… La compression
est le processus par lequel des données informatiques (ici, des vidéos)
sont réduites en taille mémoire grâce à des mécanismes plus ou moins
élaborés de suppression d'informations répétitives ou jugées inutiles
par l'algorithme. Il est deux types de compression : avec perte de
données (Lossy) ou sans perte (Lossless). La décompression
est le processus inverse de la compression, c'est-à-dire la restitution
des données en une structure qu'une carte son (ou un circuit audio) ou
une carte graphique (ou un circuit vidéo) peut exploiter. Cette
définition exclut les transmissions purement numériques de type HDMI
(pour la vidéo haute définition) ou S/PDIF (pour l'audio de haute
qualité) qui, en fait, nullement l'algorithme du format audio ou vidéo
pour restituer les données. Notez que la décompression d'un signal
encodé avec perte d'informations ne restituera point les données
perdues lors de l'encodage. Un container
est un type particulier de fichier, souvent audiovisuel, qui associe en
son sein le son, l'image et éventuellement les sous-titrages, le tout
censé être parfaitement synchronisé. Un format vidéo est généralement
en lui-même container renfermant en lui un codec audio et un codec
vidéo, les deux parfois de provenance et de nature très différentes. Le pixel est le point élémentaire d'affichage sur écran, par association des trois couleurs rouge, vert et bleu (la chrominance), et du degré de luminosité (la luminance). La pixellisation
est un incident au travers lequel toute l'image ou une partie de
celle-ci (surtout les zones de mouvement rapide) est décomposée en gros
carrés (damiers). C'est le signe d'un taux élevé de compression. Le mode entrelacé
(symbole « i ») est le mode d'affichage des téléviseurs traditionnels.
Il consiste en ce que l'image apparaît sur écran par balayages
horizontal et vertical. Il est de plus en plus supplanté par le mode progressif,
qui délivre une meilleure qualité visuelle. Ici, l'image apparaît
progressivement et horizontalement. C'est le mode d'affichage des ordis
et des écrans à cristaux liquides (LCD). La résolution représente la qualité d'affichage, exprimée par la formule nombre de pixels horizontaux fois nombre de pixels verticaux. Le bitrate, appelé également débit binaire ou encore vitesse de transmission, est le nombre de bits par seconde utile au codage du son et/ou de l'image. Il est exprimé en kbps ou en Kbits/s (kilobits par seconde), parfois en Mbits/s (mégabits par seconde). À ne pas confondre kilobit et kilooctet. Un kilooctet vaut huit kilobits. La HD ou Haute Définition
désigne des vidéos encodées en de grandes résolutions (1920 X 1080 ou
1080 X 720) et, partant, en haute qualité. Il désigne aussi parfois du
son encodé en quatre baffles minimum, ce qui crée une ambiance de
grande réalité (on croit que l'on vit dans le film ou dans le clip). Le Blu-Ray
est une évolution du DVD, dont la capacité peut atteindre (voire
dépasser) 50 Go ! Il accueille essentiellement des films en haute
définition. Il a remplacé il y a un an son concurrent direct, le HD-DVD, désormais enterré. La Télévision Numérique Terrestre (TNT)
est une nouvelle norme de diffusion numérique des programmes TV commune
à beaucoup de pays européens. Une simple antenne râteau et un décodeur
approprié suffisent à capter le signal. Une extension
est une suite de caractères, précédés d'un point, qui terminent le nom
d'un fichier et qui indiquent la nature de ce dernier et, par
conséquent, le logiciel et/ou le lecteur capable de le lire et/ou de le
modifier. Attention : l'extension d'un fichier dont Windows connaît
l'association avec un programme déterminé est rarement visible, à moins
de le paramétrer. Les codecs proprement dits Le MPEG I Le
Moving Picture Expert Group, des chercheurs plus que rodés dans le
domaine de l'image et disséminés à travers le monde, voulurent, fin 80,
inventer un standard dans l'archivage numérique de l'audio-vidéo. Après
cogitations et nuits blanches, ils créèrent un format censé placer tout
un film de 74 à 80 minutes sur un seul CD-ROM. Ainsi est né le MPEG I
dont le débit vidéo est d'environ 1,2 Mbit/s. L'audio, lui, est encodé
à 224 kbps en un format conçu pour la circonstance, mais encore
largement utilisé de nos jours dans la diffusion satellite, TNT et dans
les DVD vidéo : le MPEG I Layer II, plus couramment appelé MP2, grand
frère du célébrissime MP3. L'audio-vidéo est encapsulé dans un
container appelé… MPEG, tout simplement, avec comme extension .mpg. Au
sein des VCD (supports de prédilection de ce format), l'audio-vidéo est
plutôt encapsulé en un container portant l'extension .dat. Prouesse
technologique au début des années '90, le MPEG I est actuellement
dépassé. La qualité de l'image n'est pas au rendez-vous, même en
appliquant les paramètres d'encodage les plus aboutis. Au mieux, on
croirait visionner une bonne K7 VHS. Certes, la norme MPEG permet
d'augmenter le débit à volonté (j'ignore la limite maximale), mais
rares s'avèrent les lecteurs de salon en mesure de supporter d'autres
bitrates que la valeur officielle, c'est-à-dire environ 1,2 Mbit/s. Par
ailleurs, le MPEG I ne peut être aisément encapsulé avec un autre codec
audio que le MP2 qui, je vous assure, ne délivre pas un son des plus
transparents à 224 kbps, seul débit toléré par les lecteurs de salon
ici. Le MPEG II Le
MPEG II, dont le développement a été achevé courant 1995, est le codec
idéal du DVD, de la réception satellite et de la TNT ordinaire (pas la
TNT-HD). Son champ d'applications, comme vous vous en rendez compte,
est immense, même en 2009. Il utilise de hautes vitesses de
transmission (au moins 4 Mbits/s pour espérer une bonne qualité). À
débit égal, le MPEG II est de meilleure facture que le MPEG I. c'est
aussi l'un des candidats de la HD, jadis fortement utilisé dans le
HD-DVD, mort en février 2008, mais pas trop utilisé dans les DVD
Blu-Ray qui lui préfère le VC-1 ou le H.264 (on y reviendra). Du reste,
le MPEG II supporte les images entrelacées et progressives, le MPEG I
ne supportant que ces dernières. Le MPEG II, enfin, n'est pas figé à un
bitrate quelconque : la vidéo est généralement encodée de 2 à plus de
25 Mbits/s en débit constant (CBR) ou variable (VBR), ce dernier
améliorant la qualité de l'image en adaptant le bitrate en fonction de
la complexité des scènes. L'audio qui accompagne ce codec est bien
souvent du MP2 échantillonné à 48 kHz, à débit fixe ou variable allant
de 32 à 384 kbps. Le son peut cependant être de l'AC3, autrement nommé
Dolby Digital, le codec audio idéal du DVD de commerce, codec expert en
son multicanal qui vous plonge dans une ambiance époustouflante. L'AC3
autorise uniquement un débit constant, allant également de 32 à 384
kbps. Les supports audiovisuels de dernière génération sont capables
d'encapsuler le MPEG II avec d'autres codecs audio comme le DTS et
toutes ses variantes, le MP3, etc. Comme container, à l'instar du MPEG
I, le MPEG II use du container MPEG, dont l'extension est .mpg. Les DVD
commerciaux, les SVCD, évolution du VCD, quant à eux, se servent plutôt
du VOB comme container, dont l'extension est .vob. Les DVD usent
communément d'un débit allant de 6 à 9 Mbits/s, alors que les SVCD,
pour espérer une lecture assurée sur une platine de salon, ne devrait
pas excéder 2,6 Mbits/s, avec son obligatoirement échantillonné à 48
kHz. Le
MPEG II, cependant, est, comme d'ailleurs tous les formats modernes,
lent à l'encodage. À des débits inférieurs à 2 Mbits/s, la qualité est
à peine améliorée par rapport à MPEG I à cette vitesse de transmission,
ce qui fait du MPEG II un codec créant des fichiers lourds et
encombrants. De plus, les encodeurs gratuits qui font du bon travail en
MPEG II ne fourmillent pas. Le MPEG IV En
soi, MPEG IV est une norme, plus qu'un codec. Il s'agit en fait de
toutes une flopée de recommandations et de nouvelles technologies
censée remplacer MPEG I et II. De tout cela ont découlé de multiples
codecs vidéo qu'on examinera tout à l'heure. Improprement, le mot MPEG
IV désigne un codec né vers 2000, aboutissement de ce que les
développeurs appellent la deuxième partie de la norme (MPEG IV Part
II). Microsoft s'est largement inspiré de spécifications dudit codec
dans la vue de créer son WMV. Les concepteurs du DivX se sont plus
qu'inspirés du codec modifié (en fait, cracké) de Microsoft pour créer
leur format, du moins jusqu'à sa version 6. Question
qualité, le MPEG IV de base dépasse celle produite par le MPEG I à
bitrate équivalent et est à peine légèrement meilleur que le MPEG II à
débit égal. L'amélioration de compression n'est donc pas fameuse.
Toutefois, l'encodage à l'aide de ce codec est relativement rapide,
moins gourmand en ressources processeur que le MPEG I et nettement plus
véloce que le MPEG II. Le MPEG IV Part II est encore amplement proposé
comme codec d'enregistrement des vidéos aux moyens des cartes
d'acquisition. Le codeur Windows Media (toujours de Microsoft) peut
également encoder en ce format, mais en l'encapsulant dans son
container ASF et non AVI, plus commun, celui supporté par les platines
de salon. Ces dernières néanmoins lisent mieux le container AVI
disposant de ce codec si la partie audio est du MP3 ou du WAV. La vidéo
peut devenir muette si le son est enregistré en un autre format.
Théoriquement, le MPEG IV est en mesure de se synchroniser en AVI avec
quasiment tous les formats audio. En ASF cependant, l'audio devra être
du WMA (même si théoriquement Microsoft nous raconte que l'ASF est
censé supporter tous les formats audio). Le Divx Tout
le monde versé dans le multimédia connaît la fumeuse histoire du DivX
aux origines suspectes, car, je l'ai signalé plus haut, issu du crack
du codec MPEG IV modifié par la firme de Redmond. Depuis lors, il a
nettement évolué. La version la plus répandue, qui n'a plus que très
peu de choses en commun avec le MPEG IV d'origine, est celle sortie en
2002 : le DivX 5.0. Grâce à d'astucieux mécanismes de compression, il
est capable de faire tenir un DVD de 2 heures pesant 4,7 Go en un seul
CD-R de 700 Mo, avec une perte plus que tolérable de la qualité ! Vous
comprendrez que dans les milieux pirates et dans les réseaux de partage
plus ou moins illégaux du Net, le DivX règne en dieu… Toutefois, si
vous désirez encoder en DivX, une machine costaud est exigée, de
préférence un PC à processeur double ou multi-cœurs. Il convient
d'éviter de s'amuser pour ce faire avec les options avancées qu'offre
ce codec génial (comme l'estimation au quart de pixel ou Qpel), ce qui
est susceptible d'interdire la lecture sur certaines platines de salon.
De même, alors que le DivX peut-être encapsulé avec la majorité des
formats audio, il est recommandé d'user du MP3 comme bande son, compte
tenu de sa compatibilité. Il est toutefois déconseillé d'encoder le son
à débit variable (VBR) : il est des risques de désynchronisation entre
l'audio et la vidéo. Jusqu'à
la version 5, le container de choix du DivX était l'AVI. Mais depuis la
version 6, il est possible d'encoder en .divx, container plus souple
que l'AVI en ce sens que les fichiers créés ne sont pas limités en
taille (l'AVI souffre d'une limite maximale de 4 Go) et peuvent
bénéficier des sous-titrages en plusieurs langues. La version 7 du
codec, sortie fin 2007, semble, elle, utiliser une variante du codec
H.264 dans ses algorithmes de compression. On parlera de ce codec
fabuleux dans les lignes qui suivent. Le DivX étant un format soumis à licence et payant à l'encodage depuis sa 6e
version (théoriquement), une communauté de développeurs ont décidé de
créer et de faire évoluer un format reprenant presque toutes les
caractéristiques du DivX, mais sans contrainte de droits
d'exploitation. Ledit format et codec a été baptisé XviD, anagramme de
DivX. Selon les bricoleurs du multimédia, il offre globalement de
meilleures performances que son cousin, même si l'encodage est un poil
plus lent. Encapsulé en AVI, le XviD peut s'associer en audio avec les
mêmes codecs que le DivX et être lu par toutes les platines qui lisent
celui-ci. Le WMV S'inspirant
largement du MPEG IV Part II, Microsoft mit au point Windows Media 7 en
2000. Très rapide à l'encodage, la qualité n'était que légèrement
améliorée par rapport au MPEG IV. Le sachant pertinemment, un an plus
tard, les labos à Billou eurent extrait de leurs alambics le WMV 8 qui
augmentait le rendu visuel de son processeur jusqu'à 50% ! C'est en
2003 que la firme de Redmond cassa la baraque lors de la sortie du WMV
version 9. Excellente qualité d'image, mais encodage lent, à l'instar
de son frère ennemi le DivX dont le rendu visuel est d'ailleurs
similaire au WMV. Autrement dit, la qualité DVD est atteinte à des
débits compris entre 1 et 2 Mbits/s à résolution 640 X 480 (et non à
500 kbps à cette résolution, comme Microsoft aime à le balancer), la
qualité proche du DVD à 750 kbps à résolution 720 X 576 et la qualité
VHS en VBR à environ 400 kbps à 320 X 240 (et non à 225 kbps, comme
aime à le crier Microsoft). Le WMV 9e
version est de nos jours très répandu sur Internet, notamment lors de
la production d'extraits vidéo ou encore dans le monde très controversé
de la vidéo à la demande (VoD). Controversé en ce sens que le WMV et
son copain audio le WMA sot protégeables contre la copie via des
verrous numériques difficiles à faire sauter, verrous dont la VoD se
sert à cœur joie. Ces protections malvenues règnent également dans les
disques Blu-Ray au sein desquels WMV9 jongle merveilleusement avec la
HD et change de nom à l'occasion pour devenir VC-1. Comme nous y
sommes, rares sont les platines de salon DVD qui savent décoder les
WMV. Certains baladeurs vidéo et quelques smartphones récents sont en
mesure de lire du WMV, mais seulement la version 9 et le plus souvent
en résolution maximale de 320 X 240. Question
container, le WMV est habituellement encapsulé en ASF, auquel cas
l'audio qui l'accompagne est du WMA. Lorsqu'il est encapsulé en AVI,
tout format audio peut faire l'affaire, mais l'Ogg Vorbis pose des
problèmes de synchronisation et l'AAC ne marche que très rarement,
voire pas du tout. Encapsulé dans un container particulier sur les
disques Blu-Ray, l'audio est du DTS, du PCM ou de l'AC3, rarement du
WMA Pro. Mais ici, le WMV9 change profondément de structure et risque
fort de ne pas être lu par du dispositif décodant pourtant correctement
du WMV « normal ». Le H.264 Fruit
d'une longue et mûre évolution, le MPEG IV Part 10, autrement appelé
MPEG IV/AVC, plus couramment connu sous le nom de H.264, est le codec
vidéo le plus abouti à l'heure actuelle. Il restitue la meilleure
qualité visuelle, surtout en HD, ce qui fait de lui un concurrent
sérieux du WMV et du DivX. Ses licences d'exploitation étant plus
souples que celles des deux codecs précités, le H.264 se retrouve dans
divers domaines. La norme 3GP des vidéos sur mobile, le container FLV
des vidéos sur YouTube, le container DivX 7, et surtout les caméscopes
HD (usant du format particulier AVCHD), utilisent de plus en plus au
sein de leurs codecs soit du H.264 pur, soit une variante de celui-ci.
Outre les containers ci-haut cités, l'AVI ou le Matroska (un container
sous licence libre très performant, pouvant tout gober sans problème,
d'extension .mkv) peuvent également accueillir du H.264. Suite à
d'obscures raisons, le seul format audio qui ne s'associe pas avec le
MPEG IV/AVC est le WMA. H.264
a beau être performant en matière de qualité de résultat final, il n'en
demeure pas moins qu'il s'avère assez lent à l'encodage. En effet, les
algorithmes retenus dans la norme MPEG IV Part 10 poussent très loin
les calculs de compression en vue de réduire la pixellisation. La
complexité est accrue lorsqu'un autre format lui-même gourmand en
ressources processeur, comme l'AAC, accompagne la vidéo. Le VP6 Codec
peu connu, le VP6 est pourtant l'un des plus utilisés en 2009. En
effet, au moins 80% des services de partage de vidéo comme YouTube
emploie ses algorithmes issus de la société On2, tout aussi méconnue.
L'on se sert fréquemment du VP6 en basse résolution, voire à moins de
25 images/seconde. La qualité n'est certes pas de la partie, mais elle
rivalise sérieusement avec les autres codecs concurrents à débit
équivalent, celui-ci tournant autour de 250 kbps. L'audio compagnon du
VP6 est le plus souvent le MP3, mais le WAV dans la plupart de ses
variantes (PCM, ADPCM), ainsi que récemment l'AAC, peuvent aussi faire
l'affaire. Le tout est encapsulé au format .flv, propriété de
Macromedia. Comme dit supra, ce container peut parfaitement supporter
un autre codec vidéo comme le H.264, notamment au sein des vidéos
estampillées HD dans YouTube. Depuis
2008, le codec VP6 s'est amélioré pour devenir le VP7. Néanmoins, la
grande majorité des vidéos en FLV restent encore encodées en VP6.
Certains modèles de lecteurs DVD ou Blu-Ray lisent sans souci le format
FLV, qu'il soit encodé en VP6 ou en VP7, mais sont susceptibles de ne
pas reconnaître du FLV contenant des vidéos enregistrées à l'aide du
H.264. Il est également à retenir que le FLV supporte sans problème le
sous-titrage, moyennant bricolages. Le 3GP Ce
format vidéo est le pur produit d'un consortium de géants du mobile
(Nokia et compagnie), format destiné à la visualisation des clips et
autres séquences filmées sur téléphone portable. Même sur écran de
mobile, la qualité des images est médiocre. Normal avec les débits
proposés, rarement supérieurs à 100 kbps pour la vidéo, ce qui est trop
bas. Par-dessus le marché, les images paraissent souvent saccadées,
leur nombre étant généralement en-dessous de 25 par seconde. Quant à
l'audio accompagnant ce codec, l'AMR-WB (le format des fichiers
enregistrés vocalement par les dictaphones des téléphones qui possèdent
cette fonction), pas fameux non plus en fait de qualité, sonorise la
majorité des vidéos 3GP. N'ayant pas testé le 3GP à des débits
supérieurs ou avec d'autres codecs audio, je ne tire aucune conclusion
pour ce qui est de la qualité globale du codec vidéo. Ce format,
lui-même container, est capable d'encapsuler l'AAC, mais cela risque de
poser de problèmes de compatibilité, attendu que les téléphones
supportant ce codec, même en 2009, ne foisonnent guère. Quoi qu'il en
soit, je ne connais pas de platine de salon qui lise le container 3GP.
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