Article mis à jour en juillet 2021
Parlons un peu avec notre expert en technologie de compression, Antonin Descampe !
Antonin Descampe est cofondateur de intoPIX et membre du comité de JPEG depuis 2005. Il va expliquera en quoi la technologie de JPEG XS diffère des autres codecs et quels sont les avantages de JPEG XS par rapport aux autres codecs existants.
Qu'est-ce que le JPEG XS et en quoi diffère-t-il du JPEG 2000, Motion JPEG et des différentes normes MPEG ?
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 le principal objectif. Alors que d'autres codecs se concentrent principalement sur leur efficacité de compression, sans tenir compte de la latence ou de la complexité. ou la complexité, JPEG XS répond à la question suivante : "Comment pouvons-nous remplacer à terme la vidéo non compressée ?".
L'objectif de 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 multi-générationnelle, la faible consommation d'énergie, la faible latence du codage et du décodage, la facilité de mise en œuvre, la petite taille de la puce (pas de puce mémoire DDR supplémentaire) et la rapidité du logiciel fonctionnant sur les sites 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 remplacer à terme la vidéo non compressée ?
Quel type de compression sera raisonnable avec JPEG XS et quels sont les choix de compression pour une vidéo HD, 4K ou 8K avec JPEG XS ?
En bref, nous pouvons dire que les points de fonctionnement typiques pour une qualité visuellement sans perte avec le JPEG XS sont autour de 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.
| Formats | Débits XS (jusqu'à 1bpp) | Réseau IP & Cartographie SDI |
| HD 720p60 HD 1080i60/p30 | 70 - 195 Mbps | 5 à 14 flux sur 1GbE 50 à 140 flux sur 10 GbE |
| HD 1080p60 | 150 - 390 Mbps | 2 à 6 flux sur 1GbE 25 à 66 flux sur 10 GbE |
| 4K 2160p30 | 250 Mbps - 750 Mbps | 1 à 4 flux supérieurs à 1 GbE 3 à 10 flux supérieurs à 2,5 GbE 13 à 40 flux supérieurs à 10 GbE |
| 4K 2160p60 | 500 Mbps - 1,4 Gbps | 1 à 2 flux sur 1 GbE 1 à 5 flux sur 2,5 GbE 7 à 20 flux sur 10 GbE Simple 3G-SDI / simple HD-SDI |
| 8K 4320p60 | 2 Gbps - 5,6 Gbps | 1 flux sur 2,5 GbE 1 à 5 flux sur 10 GbE Simple 3G-SDI / simple 6G-SDI / simple 12G-SDI |
| 8K 4320p120 | 4 Gbps - 12,8 Gbps | 1 à 2 flux sur 10 GbE single 6G-SDI / single 12G-SDI |
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 ?
Les applications vidéo telles que la diffusion, la contribution à la diffusion, les applications de réalité virtuelle, ... nécessitent des fonctionnalités que les formats MPEG-4 AVC / H.264 ou HEVC / H.265 n'offrent pas.
JPEG XS est beaucoup plus moindre complexité que n'importe quel codec intertrame comme ceux du MPEG. Il en résulte une mise en œuvre beaucoup moins coûteuse, une empreinte minuscule sur FPGA et il n'est pas nécessaire de stocker les trames dans une puce mémoire DDR supplémentaire. Il présente également une complexité plus équilibrée entre l'encodeur et le décodeur, ce qui le rend plus adapté aux environnements où l'on dispose du même nombre d'encodeurs et de décodeurs. Les encodeurs MPEG-4 AVC / H.264 sont beaucoup plus complexes que le décodeur.
En termes de latence, l'utilisation de MPEG-4 AVC / H.264 et HEVC / H.265 dans une production live workflow avec plusieurs étapes d'encodage et de décodage conduirait à une latence compilée de plusieurs secondes. JPEG XS a une latence de l'ordre de la microseconde et peut donc être utilisé tout au long d'une production live workflow sans même induire la latence d'une seule étape d'encodage-décodage MPEG-4 AVC / H.264. Même si nous avons besoin de H.265 pour le dernier kilomètre de distribution aux consommateurs, nous essayons d'éviter toute latence supplémentaire dans la production workflow avant la distribution. Outre broadcast, les applications visées par JPEG XS ont besoin d'une transmission en temps réel, comme les systèmes de conduite autonome, les extensions KVM, les équipements VR/AR, ... Un délai de plus de 100 millisecondes rendrait ces applications inutilisables (ou, dans le cas d'une voiture autonome, conduirait même à un accident). JPEG XS reste bien en deçà de cette mesure, avec moins d'une milliseconde pour l'encodage et le décodage combinés.
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 du JPEG XS ?*
Concernant le statut du processus de normalisation lui-même, JPEG XS se compose de 5 parties qui ont toutes publié des premières éditions.
Alors que la partie 1 (système de codage de base) concerne l'algorithme de compression proprement dit, la partie 2 (profils et modèles de tampon) 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 (Formats de transport et de conteneur) et dans d'autres activités de normalisation, différents formats de fichiers et formats de transport sont spécifiés, permettant de stocker ou de diffuser un ou plusieurs flux de code JPEG XS (voir tableau ci-dessous). La partie 4 (test de conformité) et la partie 5 (logiciel de référence) gèrent tout ce qui concerne les tests de conformité et le logiciel de référence pour soutenir et guider les implémenteurs dans le développement de produits JPEG XS conformes.
Depuis la publication des premières éditions des normes JPEG XS, le comité JPEG s'est concentré sur l'amélioration du XS pour prendre en charge de nouvelles fonctionnalités et de nouveaux cas d'utilisation. Il s'agit notamment du développement de nouveaux outils de codage dédiés à la compression des données CFA (Colour Filter Array), principalement connues sous le nom de modèles Bayer. Ces nouveaux outils rendront JPEG XS encore plus adapté aux cas d'utilisation impliquant la compression des données des capteurs d'image, comme ceux que l'on trouve dans l'industrie automobile ou dans les appareils photo professionnels. De plus, de nouveaux profils sont fournis pour prendre en charge l'échantillonnage de chrominance 4:2:0 et la compression mathématiquement sans perte. Initialement, ces nouveaux développements étaient prévus en tant qu'amendements aux parties 1 et 2, mais cette décision a été modifiée en faveur d'une deuxième édition complète de JPEG XS (les cinq parties).
Outre ce processus, il existe plusieurs liaisons permanentes 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 la norme ST2110-22. Plusieurs fournisseurs de services de diffusion ont publié leurs implémentations ou travaillent à leur mise en œuvre dans leurs prochains produits.
| ARTICLES | DESCRIPTION | SITUATION ACTUELLE | Notes |
|---|---|---|---|
| ISO/CEI 21122-1 | Partie 1 : Système de codage de base | Publié (2019) | 2eédition édition au Q4 2021 avec des capacités étendues |
| ISO/CEI 21122-2 | Partie 2 : Profils et modèles de tampons | Publié (2019) | 2e édition avec des profils étendus au Q1 2022 |
| ISO/CEI 21122-3 | Partie 3 : Formats de transport et de conteneurs | 2e édition publiée (2020) | La 2e édition ajoute des capacités étendues |
| ISO/CEI 21122-4 | Partie 4 : Tests de conformité | Publié (2019) | 2e édition au Q1 2022 avec des capacités étendues |
| ISO/CEI 21122-5 | Partie 5 : Logiciel de référence | Publiée (2020) | 2e édition au Q1 2022 avec des capacités étendues |
| IETF RFC 9134 | JPEG XS RTP Payload | Approuvé par le groupe de travail IETF payload. | Publié |
| SMPTE ST 2110-22 | Essence compressée en ST 2110 | Publié | Publié |
| ISO/IEC 13818-1:2019/AMD1 | Encapsuleur MPEG-2 Transport Stream (TS) pour JPEG XS | Publié | Publié |
| SMPTE ST 2124 | Wrapper MXF pour JPEG XS | Publié | Publié |
| VSF TR-07 | Recommandation technique à propos du JPEG XS sur MPEG-2 TS (SMPTE 2022-2) par le Video Services Form | Publié | Publié |
| VSF TR-08 | Recommandation technique à propos du JPEG XS sur SMPTE 2110 par le Video Services Form | Publié | Publié |
| AMWA BCP-006-01 | AMWA NMOS avec JPEG XS | Publié (2023) |
* Dates et calendrier mis à jour en juillet 2021
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 souhaitez plus d'informations sur la technologie JPEG XS, nous serons heureux d'en parler avec vous !
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