JPEG et la technologie des ondelettes
La plupart des gens considèrent JPEG comme un codec de compression à faible latence — et c'est effectivement le cas. Mais son architecture par ondelettes intègre une fonctionnalité qui va bien au-delà de la simple compression : la possibilité pour n'importe quel récepteur de décoder de manière indépendante une image 4K complète, une couche HD intégrée ou une zone de recadrage spécifique, le tout à partir d'un seul et même flux compressé. C'est ce qu'on appelle l'évolutivité par ondelettes, et cela révolutionne la façon dont on envisage la distribution vidéo sur IP.
Pourquoi les ondelettes sont différentes
Les codecs vidéo traditionnels — H.264, H.265, voire JPEG dans de nombreuses configurations — compressent une image en prédisant les différences entre les images ou les blocs. Pour décoder une partie quelconque de l'image, le destinataire a généralement besoin de l'intégralité du flux binaire compressé correspondant à cette image.
JPEG est un codec basé sur les ondelettes. Une transformation en ondelettes décompose une image en une hiérarchie de sous-bandes de fréquences : les composantes à basse fréquence, qui véhiculent la structure générale de l'image, et les composantes à fréquence progressivement plus élevée, qui apportent les détails fins. Cette hiérarchie est préservée dans le flux binaire compressé.
Concrètement, cela signifie
Dans un flux JPEG , la décomposition en ondelettes signifie qu'un seul flux binaire compressé contient simultanément :
- L' image en pleine résolution — 4K, 1080p ou quelle que soit la résolution de la source
- Une couche intégrée à demi-résolution — en HD à partir d'un flux 4K, par exemple
- Une couche intégrée à résolution réduite de 25 % — et ainsi de suite tout au long de la hiérarchie
- La possibilité de recadrer une région— décoder uniquement une sous-région spatiale de l'image sans décoder l'image entière
Il est important de noter que ces sous-images ne constituent pas des flux distincts. Elles sont intégrées dans un seul flux binaire compressé. Un récepteur qui n'a besoin que de la HD à partir d'une source 4K peut l'obtenir en décodant partiellement le flux existant — sans réencodage chez l'émetteur, sans chemin réseau distinct et sans bande passante supplémentaire.
Le flux PROXY — un exemple concret
L'application la plus concrète de l'évolutivité des ondelettes dans un produit réel est le flux PROXY. Voici comment cela fonctionne dans le cadre du kit de développement intoPIX Titanium FPGA EDK :
Une caméra ou un encodeur transmet un flux PRINCIPAL — JPEG 4K60, généralement entre 500 et 700 Mbps — via une seule GbE 1 GbE . Simultanément, le même émetteur peut générer un flux PROXY — un flux secondaire, adressable indépendamment, en résolution qHD (960×540), d'environ 40 à 50 Mbps — dérivé directement des coefficients d'ondelettes lors de l'encodage, sans nécessiter de passe d'encodage distincte.
Les deux flux transitent par la même GbE 1 GbE . Les destinataires s'abonnent à l'un ou l'autre flux de manière indépendante à l'aide de SDP ouNMOS IS-04/IS-05. Un contrôleur PTZ ou un multiviewer s'abonne uniquement au flux PROXY — il ne reçoit jamais les données 4K dont il n'a pas besoin. Un mélangeur de production s'abonne au flux MAIN. Aucun des deux n'affecte l'autre.
Décodage au sein du flux MAIN — 4K, HD, qHD ou recadrage
Le flux PROXY est un flux distinct, mais le flux MAIN lui-même intègre également une capacité d'évolutivité. Un récepteur décodant le flux MAIN peut choisir de décoder à une résolution réduite en traitant simplement moins de sous-bandes d'ondelettes :
- 4K intégral— décodage de toutes les sous-bandes, détails complets, coût de traitement total
- HD (ou qHD) à partir de la 4K: décoder uniquement les sous-bandes de basse fréquence pour obtenir une image valide en 1920×1080 avec environ un quart de la complexité de décodage, ou une image en 960×540 avec environ un seizième de la complexité de décodage.
- Recadrage spatial — décodage des sous-bandes correspondant uniquement à une zone d'intérêt spécifique de l'image, sans décoder l'image dans son intégralité — utile pour le zoom numérique PTZ, l'analyse criminalistique ou workflows axés sur des zones d'intérêt
Cela s'applique tout particulièrement aux récepteurs disposant d'une capacité de traitement limitée— qu'il s'agisse de systèmes embarqués, de circuits intégrés (SoC) ou d'applications devant traiter un flux 4K sans avoir à supporter le coût d'un pipeline de décodage 4K complet.
| Capacité | JPEG (ondelettes) | H.264 / H.265 |
|---|---|---|
| Latence de sous-trame | ✓ (ligne par ligne) | Latence élevée |
| Évolutivité de la résolution | ✓ inhérent | Limité / profils |
| Décodage spatial des cultures | ✓ | — |
| PROXY à partir de l'encodage MAIN | ✓ pas de réencodage | Nécessite un réencodage |
| Sans perte visuelle | ✓ | Avec perte |
| Réalisable sur FPGA | ✓ faible gate | Grande complexité |
Remarque : JPEG utilise également des ondelettes et prend en charge l'évolutivité, mais la complexité de son encodage matériel et logiciel, ainsi que sa latence, le rendent inadapté aux objectifs de temps de transmission « de verre à verre » inférieurs à 5 ms que JPEG permet d'atteindre. JPEG a été spécialement conçu pour être implémenté dans du matériel avec gate minimal gate — c'est pourquoi il s'intègre par exemple dans un FPGA nécessiter une grande surface de circuit logique programmable.
Cas d'utilisation concrets
Caméra → mélangeur de production + multiviseur
Caméra chirurgicale → Écran de bloc opératoire + télésurveillance
Terminal 4K + contrôleur PTZ
Capteur haute résolution + boucle de commande à faible latence
Ce intoPIX
L'évolutivité des ondelettes n'est pas une simple possibilité théorique : elle est déjà mise en œuvre et disponible sur l'ensemble de la gamme intoPIX , des IP de codec autonomes aux kits de développement embarqués complets et aux solutions clés en main.
IP de codecs et SDKs
- TicoXS — Encodeur et décodeur JPEG High Profile, disponible sous forme deIP FPGA et de SDK logiciel SDK les plateformes x86-64 et ARM. Prend en charge l'évolutivité en pleine résolution et la génération de flux PROXY à partir de l'ondelette lors de l'encodage.
- TicoXS FIP — Encodeur et décodeur JPEG High + TDC (Flawless Imaging ). Conçu pour workflows d'acquisition et de mastering workflows une fidélité maximale en 4:4:4, avec la même évolutivité par ondelettes que le TicoXS.
- TicoRAW — un codec basé sur les ondelettes pour les données RAW , qui applique les mêmes principes d'évolutivité auxworkflows RAW des appareils photo. Permet d'ajuster la résolution et la zone d'intérêt directement à partir de RAW compressés, sans avoir à effectuer au préalable un dématriçage en pleine résolution.
IP - Kits de développement embarqués / Kits de développement logiciel
- Kit de développement EDKFPGA Titanium — kit de développement complet ST 2110 / IPMX pour AMD Zynq Ultrascale+. Les modules TicoXS et TicoXS FIP fonctionnent commeIP FPGA dans la logique programmable, avec génération de flux PROXY et abonnement aux flux sélectionnables indépendamment via NMOS inclus. Modules TX et RX disponibles. Fonctionne via le port GigE 1G intégré — aucun PHY ni carte réseau externe n'est nécessaire.
- Kit de développement Titanium EDK — ST 2110 / IPMX pour les SoC ARM64, notamment Nvidia Jetson, Qualcomm, Rockchip, etc. TicoXS fonctionne comme un codec logiciel accéléré sur le CPU GPU ARM. Évolutivité complète des ondelettes disponible, y compris la génération de flux PROXY et le décodage à résolution variable.
- Titanium SDK — ST 2110 / SDK IPMX SDK postes de travail et serveurs x86-64 sous Windows et Linux. Encodage et décodage TicoXS GPU CPU GPU avec une évolutivité complète des ondelettes, prise en charge des flux PROXY et décodage à résolution sélectionnable pour workflows de surveillance.
En savoir plus
En savoir plus
Vous souhaitez intégrer la scalabilité par ondelettes JPEG à votre conception ?
N'hésitez pas à contacter nos ingénieurs pour en savoir plus sur nos codecs et nos kits de développement Titanium et SDKs disponibles dès aujourd'hui.
Contenus associés
Produit : TicoXS et TicoXS FIP FPGA
JPEG Compression XS IP cores pour HD & 4K à la vitesse de la lumière !
En savoir plus sur JPEG
En savoir plus sur la norme JPEG par rapport aux autres technologies de compression
