Le codec offre des fonctionnalités utiles aux diffuseurs.
Par Jean-Baptiste Lorent et François Macé - Avril 2010
Les diffuseurs d’aujourd’hui recherchent la meilleure qualité d’image, des formats de diffusion flexibles, une interopérabilité et des profils normalisés pour le transport vidéo interactif et les worklows. Ils ont également tout intérêt à disposer d'un format haut de gamme commun pour archiver, préserver et monétiser l'avalanche de séquences vidéo produites dans le monde entier. C'est ce qui explique l'adoption rapide de la compression JPEG 2000 dans la chaîne de contribution. Des profils de diffusion normalisés ont été adoptés en 2010 pour répondre aux besoins actuels de l'industrie (JPEG 2000 Part 1 Amendment 3 - Profils pour les applications de diffusion - ISO/IEC 15444-1:2004/Amd3), garantissant la position de référence de ce codec à base d'ondelettes dans la contribution.
En parallèle, ces profils de diffusion ont également répondu au besoin de normes de compression à l'échelle de l'industrie pour archiver et créer des formats mezzanine, permettant le transcodage vers une variété de canaux de distribution multimédia. Le processus de normalisation en cours du format maître interopérable (IMF) par SMPTE basé sur les profils JPEG 2000 amène l'adoption du cercle complet.
La U.S. Library of Congress, l'Institut National de l'Audiovisuel (INA) français et plusieurs studios hollywoodiens ont sélectionné le codec pour la préservation à long terme d'un siècle de contenus audiovisuels.
Le JPEG 2000 est différent des autres codecs vidéo. Les codecs MPEG et autres codecs basés sur la DCT ont été conçus pour optimiser l'efficacité de la compression afin de fournir la vidéo aux spectateurs via un canal à bande passante limitée. Le JPEG 2000, avec son algorithme de transformation en ondelettes, apporte des fonctionnalités non seulement pour l'efficacité de la compression des images, mais aussi pour donner à l'utilisateur un meilleur contrôle et une plus grande flexibilité tout au long de la chaîne de traitement des images. Le codec offre des caractéristiques uniques qui ne sont disponibles dans aucune autre méthode de compression.
Le JPEG 2000 sous les feux de la rampe
Le JPEG 2000 est basée sur la transformée en ondelettes discrètes (DWT) et utilise la quantification scalaire, la modélisation du contexte, le codage arithmétique et l'allocation du taux de post-compression. Le JPEG 2000 fournit un accès aléatoire (c'est-à-dire impliquant un décodage minimal) au niveau bloc dans chaque sous-bande, permettant ainsi de décoder une région, une faible résolution ou une version d'image de faible qualité de l'image sans avoir à la décoder comme un entier.
Le JPEG 2000 est une véritable amélioration des fonctionnalités, offrant une compression avec et sans perte, des flux de code progressifs et parséables, une résistance aux erreurs, une région d'intérêt (ROI), un accès aléatoire et d'autres caractéristiques dans un algorithme intégré. (Voir la figure 1).
Dans les applications vidéo, le JPEG 2000 est utilisé comme un codec intra-image, il correspond donc étroitement au flux de production dans lequel chaque image d'une vidéo est traitée comme une seule unité. À Hollywood, sa capacité à comprimer image par image a rendu cette technologie populaire pour le codage numérique intermédiaire. Si le but de la compression est la distribution de l'essence et qu'aucun autre montage n'est prévu, le MPEG à long GOP est généralement préféré.
Processus de diffusion
Le JPEG 2000 apporte des fonctionnalités précieuses au processus de diffusion, notamment l'ingestion, le transcodage, le sous-titrage, le contrôle de la qualité ou la gestion des pistes audio. Ses propriétés inhérentes qualifient pleinement un codec pour la création de masters intermédiaires de haute qualité.
Les flux de postproduction se composent de plusieurs cycles d'encodage/décodage. Le JPEG 2000 préserve la plus haute qualité tout au long de ce processus, et aucun artefact de blocage n'est créé. De plus, la technologie prend en charge toutes les profondeurs de bits courantes, qu'elles soient de 8, 10, 12 bits ou plus.
JPEG 2000 permet de compresser les images en modes avec perte et sans perte visuelle ou mathématique pour diverses applications. (Voir figure 2.)compressées en mode avec perte, et visuellement ou mathématiquement sans perte pour diverses applications. En outre, son évolutivité permet une approche "créer une fois, utiliser plusieurs fois" pour desservir un large éventail de plateformes d'utilisateurs.
Cette technologie permet également d'améliorer le montage : même aux débits binaires les plus élevés, sa flexibilité intrinsèque le rend très convivial sur les systèmes d'édition d'ordinateurs portables et de postes de travail, avec un nombre limité de pistes vidéo en temps réel à plein débit. L'amélioration du matériel informatique augmentera certainement le nombre de couches en temps réel.
Comme le JPEG 2000 est un codec intra-image, cela empêche la propagation d'erreurs sur plusieurs images et permet de couper le signal vidéo à n'importe quel endroit pour le montage ou à d'autres fins.
Le transcodage facile fait appel à des applications haut de gamme où les workflows bénéficient largement du transcodage vers une version intermédiaire. Le JPEG 2000 assure un fonctionnement propre et rapide lorsque le débit binaire est élevé. Les professionnels ont déclaré que les fichiers 1080p JPEG 2000 correctement transcodés et compressés à 100 Mb/s étaient "visuellement identiques" aux séquences 2K originales. De plus, la compression JPEG 2000 par ondelettes n'interfère pas avec les formats de diffusion finaux, généralement basés sur la technologie DCT.
Enfin, plusieurs normes précisent en détail comment le flux vidéo JPEG 2000 doit être encapsulé dans un certain nombre de conteneurs largement adoptés tels que le MXF ou le MPEG-2 TS.
Transmission vidéo professionnelle sans fil
La transmission sans fil est souvent mise au défi d'améliorer sa robustesse en diffusion. La transmission sans fil HD non compressée est souvent considérée comme complexe, car même si une transmission 1080p60 (3Gb/s) était possible sans fil, il serait assez difficile d'ajouter le FEC et le cryptage nécessaires au flux de données. Parmi tous les algorithmes de compression disponibles sur le marché, le JPEG2000 est considéré comme l'un des principaux prétendants pour les raisons suivantes. Le JPEG 2000 est intrinsèquement plus résistant aux erreurs que les codecs MPEG. Le flux de code peut être configuré de manière à ce que les données les plus importantes (les données de fréquence la plus basse contiennent les informations les plus significatives visuellement) soient situées à l'avant, tandis que les données de fréquence successivement plus élevée, moins importantes, peuvent être placées à l'arrière. En utilisant des techniques FEC appropriées, les données de fréquence inférieure peuvent être protégées tandis qu'une protection moindre peut être appliquée aux données de fréquence plus élevée, car les erreurs dans les bandes de fréquence plus élevées ont beaucoup moins d'effet sur la qualité de l'image affichée. De plus, comme pour la contribution, la faible latence du JPEG 2000 est quelque chose qui serait pratiquement impossible pour les systèmes sans fil utilisant un système MPEG basé sur un codage GOP long.
Préservation à long terme
Les diffuseurs et les archivistes vidéo recherchent une préservation numérique à long terme sur disque. Dans la plupart des cas, le matériel source n'est pas numérique, mais un film qui doit être scanné ou une bande vidéo analogique de haute qualité. Il faut alors choisir un format numérique de destination.
Les principales exigences consistent souvent à réduire les coûts de stockage des vidéos non compressées tout en maintenant une protection indéfinie contre les pertes ou les dommages. De plus, le format doit de préférence permettre d'exploiter le contenu numérisé, ce qui signifie apporter la flexibilité - encore une fois les workflows - et la sécurité. Pour ces raisons, plusieurs études et rapports d'utilisateurs affirment que le JPEG 2000 est le codec pour l'archivage audiovisuel.
Plusieurs raisons font du JPEG 2000 un codec de choix pour l'archivage audiovisuel :
- La norme JPEG 2000 peut être utilisée avec deux filtres d'ondelettes différents : le filtre d'ondelettes 9/7 qui est irréversible et le filtre d'ondelettes 5/3 qui est entièrement réversible. Le filtre d'ondelettes 5/3 offre une compression mathématique pure sans perte qui permet de réduire les besoins de stockage de 50 % en moyenne tout en permettant de récupérer les informations exactes de l'image originale. Le filtre d'ondelettes 9/7 peut encoder en mode avec ou sans perte visuelle.
• L'évolutivité permettant l'extraction de proxy, plusieurs couches de qualité, est d'un grand intérêt pour faciliter la navigation et la récupération du client ou le transcodage et le streaming.
• Le JPEG 2000 est une norme ouverte qui prend en charge toutes les résolutions, la profondeur des couleurs, le nombre de composantes et la fréquence d'images.
• Le JPEG 2000 est exempt de licence et de droits d'auteur.
L'avenir
Plusieurs initiatives poussent l'industrie au-delà de la HD actuelle : NHK Super Hi-Vision, également connue sous le nom de 8K et UHDTV, l'initiative "Higher Frame Rates in Cinema" de James Cameron et Peter Jackson (jusqu'à 120fps), la profondeur de couleur 16 bits et les nombreux fabricants qui proposent désormais la technologie 4K.
La nécessité de disposer de codecs efficaces a suscité un vif intérêt dans le secteur. L'avenir du JPEG 2000 est prometteur car il s'agit d'une norme ouverte qui nécessite moins de puissance, consomme moins d'espace dans les implémentations hardware et offre généralement une plus grande évolutivité, flexibilité et qualité visuelle que les autres codecs. Un nombre croissant de fabricants, de diffuseurs et de producteurs utilisent les implémentations du JPEG 2000 pour adapter l'industrie d'aujourd'hui à ces nouveaux défis.
Contenus associés
Découvrez la nouvelle génération : JPEG XS. Normalisé à JPEG et co-créé par intoPIX, JPEG XS offre tous les avantages de JPEG 2000, avec une latence plus faible, une complexité moindre et une vitesse plus rapide. Il permet une production de qualité supérieure live IP sur le LAN, le WAN et vers le cloud.
Les encodeurs et décodeurs intoPIX JPEG 2000 FPGA IP -cores ont été intégrés avec succès dans Embrionix SFP (qui fait maintenant partie de Riedel).
