JPEG 2000 - Une qualité vidéo fiable de la production à l'archivage

Quelques années seulement après son adoption officielle par l'industrie du cinéma numérique, le JPEG 2000 est maintenant recommandé dans la diffusion par le biais de diverses initiatives et normes de l'industrie. Et : Le JPEG comité est sur le point d'annoncer la publication de son profil dédié à la diffusion. Sous l'impulsion du Video Service Forum, le transport JPEG 2000 sur MPEG-2-TS est en cours de normalisation. Récemment, plusieurs fabricants de produits ont formé ensemble l'Alliance JPEG 2000 pour promouvoir les avantages de ce format. Enfin, une vague d'initiatives d'archivage privilégie aujourd'hui le JPEG 2000 par rapport à d'autres formats - y compris le TIFF non compressé - pour sauvegarder leur patrimoine audiovisuel pour les générations futures. 

Il y a une bonne raison à cette dynamique ; le rôle des formats de compression vidéo a fondamentalement changé ces dernières années. Avec une capacité de transmission et de stockage toujours plus importante, associée à une qualité et une quantité de contenu croissantes, le problème n'est plus la capacité de comprimer le contenu de manière robuste. Aujourd'hui, le défi consiste à gérer la qualité du contenu et l'accès à celui-ci sur l'ensemble des workflows. 

Les formats offrant des taux de compression supérieurs à JPEG 2000, tels que le MPEG-4 AVC/H.264, doivent encore faire face au contexte de consommation difficile où la mobilité, les réseaux partagés et le sans fil resteront des aspects essentiels. Les diffuseurs professionnels d'aujourd'hui préfèrent éviter la dégradation intrinsèque de l'image afin de garantir et de maintenir une qualité d'image/de vidéo fiable, de l'acquisition et de la production à la distribution et à la préservation : c'est exactement ce que propose le format JPEG 2000. 

Premièrement, JPEG 2000 est un format de compression intra-image, c'est-à-dire que chaque image vidéo est comprimée indépendamment comme une image fixe. Cela offre une garantie de qualité, mais crée un obstacle à de forts facteurs de compression. Encore une fois, tout dépend des attentes du format. Par exemple, si le but de la compression est la distribution de l'essence et qu'aucun autre montage n'est attendu, le MPEG long GOP devrait généralement être préféré. Cependant, si le but est la production, les formats de compression I-only sont idéaux. 

Après une phase de pré-traitement, traitant principalement de la décorrélation des couleurs, les images vidéo sont passées à travers des filtres d'ondelettes passe bas (L) et haut (H) récursifs (voir Figure 1)). Ce processus est connu sous le nom de Discrete Wavelet Transform (DWT). Il correspond à une dé-corrélation intra-composant qui restructure l'image en concentrant les informations de l'image dans une zone petite et très localisée. Le DWT récursif conduit également à une représentation d'image multi-résolution. Ensuite, les données sont quantifiées et encodées dans l'unité de codage d'entropie. La quantification et le codage réalisent ensemble la compression avant d'organiser le flux de code selon une optimisation de la distorsion nominale. 

Il convient de souligner que l'image entière est compressée dans son ensemble, sans décomposition préalable en blocs de pixels. Certains considèrent que les artefacts à bas débit sont donc visuellement beaucoup plus acceptables que les effets de blocage bien connus des schémas de codage basés sur la DCT, qui peuvent sembler subjectifs. 

Enfin, le flux de code JPEG 2000 en sortie présente une structure intrinsèquement évolutive selon plusieurs dimensions: composantes couleur, résolutions (via le DWT), qualité (via l'optimisation de la distorsion de débit) et régions spatiales grâce à une mise en paquets appropriée des données.

L'une des principales exigences du secteur aujourd'hui est de disposer de masters de haute qualité compatibles avec un large éventail de formats de diffusion qui permettent de rendre le contenu disponible sur toutes les plateformes existantes pertinentes. Cela inclut l'ingestion, le transcodage, le sous-titrage, le contrôle de la qualité et la gestion des pistes audio en tant que processus liés. JPEG 2000 présente toutes les caractéristiques nécessaires d'un tel format maître de service intermédiaire de haute qualité : 

- La qualité : La haute qualité est préservée tout au long du processus de production. 

- Profondeur de bits: JPEG 2000 est un format de 10 bits ou plus. 

- Pas d'artefacts de blocage.

- Évolutivité: cela tient la promesse de «créer une seule fois à des fins multiples». 

- Montage facile : Même aux débits binaires les plus élevés, sa flexibilité intrinsèque le rend très utilisable sur les systèmes de montage actuels des ordinateurs portables et des stations de travail, avec un nombre limité de pistes vidéo en temps réel à plein débit. À mesure que le matériel informatique s'améliore, le nombre de couches en temps réel ne peut qu'augmenter. 

- Codage intra-image : Contrairement aux méthodes de compression basées sur la compensation de mouvement se référant aux images précédentes (P) ou futures (B) pour la prédiction inter-trame, l'intra-trame JPEG 2000 permet de couper le signal vidéo à n'importe quel endroit. 

- Transcodage facile : Pour les applications haut de gamme, le transcodage vers une version intermédiaire peut améliorer le workflow. Les artefacts de compression irréprochables de JPEG 2000 garantissent qu’il s’agit d’une opération propre et rapide lorsque le débit binaire est élevé. La plupart des téléspectateurs ont constaté que les fichiers JPEG 2000 de 1920 x 1080 correctement trans-codés à 100 Mbit / s étaient subjectivement impossibles à distinguer de leurs originaux 2K 2048x1556. De plus, la compression JPEG 2000 basée sur des ondelettes n'interfère pas avec le format de diffusion final, généralement basé sur DCT.

Que la contribution se fasse par satellite ou par fibre, étant donné le passage à la TVHD et à la TVHD 3D, la compression est toujours nécessaire. Là encore, le besoin de compression va de pair avec une exigence de haute qualité, ce qui a conduit la plupart des fournisseurs de systèmes de contribution à intégrer le JPEG 2000. En 2009, la standardisation d'un transport flexible de flux JPEG 2000 sur MPEG-2-TS a été lancée. Elle définira tous les identificateurs et descripteurs de champ nécessaires dans les futures modifications de la norme MPEG-2-TS. Ce travail suit le nouveau profil de diffusion standard JPEG 2000 qui sera publié prochainement. Les autres caractéristiques clés en faveur de l'utilisation de JPEG 2000 pour la transmission vidéo sont: 

- Très faible latence : La réduction de la latence est cruciale pour la contribution à la télévision en direct. Dans le cas de la compensation de mouvement, les images sont encodées en faisant référence aux images passées et futures avec une latence conséquente par rapport à la taille du groupe complet d'images (GOP). La nature intra-image de la compression JPEG 2000 réduit la latence. En moyenne, JPEG 2000 produit une latence inférieure à 1,5 image pour l'encodage ou le décodage. Certaines implémentations offrent même moins d'une image pour le cycle complet d'encodage et de décodage. 

- Qualité constante au travers de générations d'encodage/décodage :JPEG 2000 maintient la qualité après plusieurs étapes de compression (voir figure 2) et est robuste aux décalages de pixels. Figure 2 : JPEG 2000 maintient le même niveau de qualité après plusieurs générations d'encodage et de décodage. 

Trois avantages techniques de l'utilisation de JPEG 2000 pour l'archivage audiovisuel sont généralement soulignés : 

- Une compression vraiment sans perte : Elle permet de réduire les besoins de stockage de 50 % en moyenne tout en permettant de récupérer les informations exactes de l'image originale. 

- Évolutivité: permet l'extraction de proxy, la navigation, la récupération, le transcodage et le streaming efficaces. 

- Norme ouverte : La norme JPEG 2000 prend en charge toutes les résolutions, la profondeur des couleurs, le nombre de composants et les fréquences d'images. De plus, une fonctionnalité non technique rend le JPEG 2000 encore plus attractif pour les projets à long terme: il est libre de licence et de redevance… 

JPEG 2000 offre un certain nombre de caractéristiques avantageuses qui le rendent idéal pour la production broadcast workflow en tant que format maître, format de contribution ou format d'archivage. Ses principaux atouts sont la haute qualité vidéo, la compression sans perte, la faible latence, la résistance aux erreurs de transmission, l'évolutivité et la qualité constante à travers les générations d'encodage et de décodage. Les méthodes basées sur la compensation de mouvement (par exemple la famille MPEG) sont et resteront des solutions pratiques pour la diffusion finale du contenu au consommateur final. En complément, JPEG 2000 devient rapidement la norme obligatoire pour la gestion professionnelle de la production workflow. Comme JPEG 2000 prend en charge toutes les résolutions, profondeurs de couleurs, nombres de composants et fréquences d'images, il est également prêt à répondre aux applications futures.