En quoi la technologie JPEG XS est-elle différente des autres codecs ? 

11.03.20 15:46 Par Julie

Parlons un peu avec notre expert en technologie de compression, Antonin Descampe !

Antonin Descampe est co-fondateur d'intoPIX et membre du comité JPEG depuis 15 ans.

Au cours d'une interview, M. Antonin nous a expliqué en quoi la technologie JPEG XS diffère des autres codecs et quels sont les avantages du JPEG XS par rapport aux autres codecs existants.

Antonin, pouvez-vous nous expliquer ce qu'est le JPEG XS et en quoi il diffère du JPEG 2000, du Motion JPEG et des différentes normes MPEG ?

        

Antonin : La principale différence entre JPEG XS et les codecs existants de JPEG, MPEG ou d'autres comités de normalisation est que l'efficacité de la compression n'est pas l'objectif principal. Alors que les autres codecs se concentrent principalement sur leur efficacité de compression, sans tenir compte de la latence

ou la complexité, JPEG XS répond à la question suivante : "Comment pouvons-nous finalement remplacer la vidéo non compressée ?". L'objectif du JPEG XS 

est donc de permettre l'augmentation des résolutions, des fréquences d'images et du nombre de flux, tout en préservant tous les avantages d'un flux non compressé, à savoir l'interopérabilité, la qualité visuelle sans perte, la robustesse multigénérationnelle, la faible consommation d'énergie, la faible latence dans l'encodage et le décodage, la facilité d'implémenter, la petite taille sur puce (pas de DDR supplémentaire) et la rapidité du logiciel fonctionnant sur les réseaux généraux CPU et GPU.


Aucun autre codec ne remplit simultanément cet ensemble d'exigences strictes. Il peut ainsi "rivaliser" avec le non compressé dans tous ses aspects et

réduire considérablement la bande passante / les données vidéo.

"Comment pouvons-nous finalement remplacer la vidéo non compressée ?"

Quel type de compression sera raisonnable avec le JPEG XS et quels sont les choix de compression pour une vidéo 4K avec JPEG XS ?

 

Antonin : En un mot, on peut dire que les points de fonctionnement typiques pour une qualité visuelle sans perte avec JPEG XS sont d'environ 10:1.

Cependant, il est important de tenir compte de la résolution et du type de contenu pour déterminer un taux de compression maximal. Par exemple, le contenu naturel atteint généralement des taux de compression plus élevés pour un niveau de qualité donné. 

En outre, "qualité sans perte visuelle" peut également signifier différents niveaux de qualité. Au cours de son développement, JPEG XS a été testé par rapport aux procédures d'évaluation de la qualité les plus strictes (ISO/IEC 29170-2, "Procédure d'évaluation pour le codage sans perte visuelle"), à la recherche du seuil garantissant un "scintillement indiscernable" entre l'image originale et l'image compressée - une mesure souvent appelée "transparence visuelle".

Sur la base de nos tests, incluant différents types de contenu (contenu d'écran, images générées par ordinateur (CGI) et images naturelles), nous avons défini le tableau suivant. Le débit binaire compressé le plus faible du tableau définit des cas d'utilisation jouant avec le contenu naturel, tandis que le débit binaire supérieur définit des cas de contenu ou d'utilisation plus complexes nécessitant une transparence visuelle totale.

 

FormatsBitrates compressésRéseau IP & Cartographie SDI 
 HD 720p60 / HD 1080i60 70 - 200 Mbps 1 à X flux sur 1GbE
 HD 1080p60 125 - 400 Mbps 1 à X flux sur 1GbE
 4K 2160p60 500 Mbps - 1,6 Gbps 1 flux sur 1GbE
1 à X flux sur 10GbE
Simple 3G-SDI / Simple HD-SDI
 8K 4320p60 2 - 6,4 Gbps 1 à 4 flux sur 10GbE
3G-SDI unique / 6G-SDI unique / 12G-SDI unique

Le JPEG XS est spécifiquement destiné aux applications vidéo haut de gamme, telles que la diffusion, la contribution à la diffusion, les applications de réalité virtuelle, etc. Pourquoi JPEG XS et non H.264 ou H.265 ?

Antonin : Les applications vidéo comme la diffusion, la contribution à la diffusion, les applications de réalité virtuelle, ... nécessitent des fonctionnalités que le MPEG-4 AVC / H.264 ou HEVC / H.265 n'offrent pas.

Le JPEG XS aune complexité beaucoup plus faibleque n'importe quel codec inter-trames comme ceux du MPEG. Cela conduit à une implémentation beaucoup moins chère, à une petite empreinte FPGA et il n'est pas nécessaire de stocker les trames dans un DDR supplémentaire.. Il présente également une complexité plus équilibrée entre l'encodeur et le décodeur, ce qui le rend plus adapté aux environnements où vous disposez du même nombre d'encodeurs et de décodeurs. Les encodeurs MPEG-4 AVC / H.264 sont beaucoup plus complexes que le décodeur.

Il y a également une énorme différence en termes de consommation d'énergie. Le MPEG-4 AVC / H.264 et le HEVC / H.265 nécessitent beaucoup de mémoire en raison de leur schéma inter-trames / GOP. Ils ne seraient donc jamais utilisés pour réduire la consommation d'énergie/interfaces dans un appareil électronique, car ils sont très complexes et consomment déjà beaucoup d'énergie par eux-mêmes. Le JPEG XS ne nécessite pas une telle mémoire puisqu'il s'agit d'une technologie de compression basée sur la ligne. 


In terms of latency, using MPEG-4 AVC / H.264 and HEVC / H.265 in a live production workflow with multiple encoding & decoding steps would lead to a compiled latency of many seconds. JPEG XS has a microsecond-latency and can thus be run throughout a whole live production workflow without even inducing the latency of a single MPEG-4 AVC / H.264 encoding-decoding step. Even though we need H.265 for the last mile to distribute it to the consumers, we try to avoid any additional latency in the production workflow before distribution. Aside broadcast, applications that JPEG XS targets need real-time transmission, such as autonomous driving systems, KVM extension, VR/AR gear, … A delay of > 100 milliseconds would make these applications unusable (or in case of an autonomous car even lead to a crash). JPEG XS stays well below this measure at < 1 millisecond for combined encoding and decoding. 

En fait, le JPEG XS ne vise pas seulement les applications vidéo haut de gamme, mais convient partout où la vidéo non compressée est actuellement utilisée et doit maintenir des niveaux de qualité élevés, tout en voulant gagner en efficacité - et qui ne voudrait pas cela ? Par conséquent, l'accent est également mis sur l'électronique grand public comme les appareils mobiles, les voitures, les téléviseurs et autres écrans, etc. 


Quel est le statut du processus de normalisation JPEG XS ?

Antonin : Concernant l'état d'avancement du processus de normalisation lui-même, la Partie 1 du JPEG XS (système de codage de base), la Partie 2 (profils et modèles de tampons) et la Partie 3 (formats de transport et de conteneurs) sont déjà publiées et disponibles en ligne en tant que normes internationales. La Partie 4 et la Partie 5 (respectivement les tests de conformité et le logiciel de référence) sont en phase finale et seront publiées au cours du deuxième trimestre de cette année.

Alors que la partie 1 concerne l'algorithme de compression proprement dit, la partie 2 définit plusieurs profils qui peuvent être considérés comme des points de fonctionnement adaptés à des applications ou à un type de contenu particuliers. Dans la partie 3 et dans d'autres activités de normalisation, divers formats de fichiers et de transport sont spécifiés, permettant de stocker ou de diffuser un ou plusieurs flux de code JPEG XS (voir le tableau ci-dessous).

Récemment, une nouvelle activité a été lancée au sein du Comité JPEG : un premier amendement aux parties 1 et 2 spécifiant des outils de codage supplémentaires dédiés à la compression des données CFA (Color Filter Array), principalement connues sous le nom de modèles Bayer. Ces nouveaux outils rendront le JPEG XS encore plus adapté aux cas d'utilisation impliquant la compression de données de capteurs d'images, comme ceux que l'on trouve dans l'industrie automobile ou dans les caméras professionnelles.

 

Outre ce processus, il existe plusieurs liaisons en cours entre les organismes de normalisation et les organisations industrielles telles que AIMS, VSF, SMPTE, TICO Alliance, IETF, etc. Lors du dernier IP Showcase au NAB, il y a eu une présentation sur le JPEG XS dans le ST2110-22. Plusieurs fournisseurs de services de diffusion travaillent déjà à la mise en œuvre dans leurs prochains produits.

 ARTICLESDESCRIPTIONS  SITUATION ACTUELLE LES DATES DE PUBLICATION PRÉVUES
 ISO/CEI 21122-1 Partie 1 : Système de codage de basePubliéPublié
 ISO/CEI 21122-2 Partie 2 : Profils et modèles de tamponsPubliéPublié
 ISO/CEI 21122-3 Partie 3 : Formats de transport et de conteneursPubliéPublié
 ISO/CEI 21122-4 Partie 4 : Tests de conformité Étape finale Q2 2020
 ISO/CEI 21122-5 Partie 5 : Logiciel de référence Étape finale Q2 2020
 ISO/CEI 21122-1:2019/AMD1 Amendement 1, partie 1 : capacités étendues pour le JPEG XS Projet en cours de révision Q1 2021
 ISO/IEC 21122-2:2019/AMD1 Amendement 1 , partie 2: Extension des profils Projet en cours de révision Q1 2021
 IETF RFC JPEG -XS RTPJPEG -XS RTP playload Projet formellement adopté par le groupe de travail de l'IETF TBD
 SMPTE 2110-22Essence compresséedans ST 2110PubliéPublié
 ISO/IEC 13818-1:2019/AMD1 Encapsuleur MPEG-2 Transport Stream (TS) pour JPEG XSPubliéPublié
 SMPTE ST 2124 Wrapper MXF pour JPEG XS Projet final en cours de révision Q3 2020


Merci Antonin pour toutes ces belles explications !


Nous espérons que cela vous aura permis de mieux comprendre la technologie JPEG XS et ses avantages par rapport aux autres codecs. N'hésitez pas à nous contacter si vous voulez plus d'informations sur la technologie JPEG XS, nous serions heureux d'en parler avec vous !

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