Comprendre la compression vidéo

La compression (vidéo) est le fait de dégrader les images de la vidéo dans le but de réduire leur poids, ce qui par conséquent réduit le poids de la vidéo dans son ensemble. Le but étant d'appliquer à la vidéo des traitements draconiens afin de perdre du poids et du débit (oui, le monde informatique est très cruel ). Ce processus s'appelle l'encodage.

Alors pourquoi compresser une vidéo ?

Une vidéo non-compressée est constituée d'images en BMP, c'est-à-dire que l'ordinateur retient pixel par pixel l'exacte composition de l'image. En gros, une image de notre dessin animé pèse 2 Mégaoctets (Mo). Mais attendez : ce n'est QU'UNE IMAGE !! Imaginez le poids pour une seconde de vidéo (soit 25 images par secondes pour la France, et 30 pour nos amis du Canada ): 2 x 25 = 50 Mo pour une seconde ! Donc vous vous imaginez qu'il faut impérativement compresser vos médias pour éviter de devenir collectionneurs de disques durs . En effet, notre Roi Lion pèserait plus de 180 Gigaoctets (on dira que c'est de la Super Haute Définition ).

Vous comprendrez qu'il est obligatoire de compresser les vidéos afin de s'adapter à la taille de nos unités de stockage et à nos débits.

Le débit des vidéos

Le débit d'une vidéo, c'est le nombre de bits qu'elle utilise en une seconde (certains disent le bitrate). Plus ce fameux bitrate est élevée, moins votre vidéo perdra en qualité, mais plus votre vidéo sera grosse. On utilisera beaucoup la notion de débit (bitrate) et de poids d'image tout au long de ce tuto. En effet, nous allons voir que le dessin animé sera compressé d'une manière assez intelligente pour éviter de perdre (trop) en qualité. Enfin, la notion de débit est bien sûr utilisée de manière assez générale pour la TNT et la diffusion de médias sur l'Internet : imaginez que TF1 diffuse son flux HD à 5 Mbits/s, vous pouvez ainsi facilement constater que ça peut monter très haut en termes de bande passante !

Le codec des vidéos

Les vidéos sont encodées grâce à un codec (le fils de Monsieur Codeur et Madame Décodeuse ). En gros, il permet d'analyser votre vidéo et de l'encoder à sa manière. Ainsi, différents codecs ont leurs spécifications. Certains codecs encodent très lentement, d'autres en temps réel pour un direct à la télévision, d'autres permettent de lire votre vidéo encodée sur une PSP, etc. Dans ce tuto, nous allons principalement étudier l'encodage d'une vidéo à la façon de la majorité des codecs, à savoir le DivX et XviD.

Pourquoi les dessins animés se compressent mieux que d'autres films traditionnels ?

Au niveau de l'image, l'ordinateur repère plus facilement les "zones de couleurs" sur les dessins que sur des films d'actions. De plus, comme nous allons le voir, la qualité de notre vidéo dépend du niveau d'action qu'il y a dans l'image. Ainsi, sur un dessin animé, le décor ne change pas du tout, donc la qualité sera concentrée uniquement sur les personnages ; sur les films d'action, cela concerne les acteurs et légèrement le décor, il faut donc légèrement augmenter le débit pour égaliser la qualité du dessin animé pour garder la même qualité sur les 2 zones. Par contre, à titre de culture générale, les films à caractère pornographique sont les plus gros consommateurs de débit. Pourquoi ? Tout simplement que les gros plans font que l'action occupe toute l'image, donc l'image-clé (on va en parler après, promis) est renouvelée beaucoup de fois ; enfin, la couleur de peau change de teinte assez légèrement, donc des "blocs" apparaissent entre la pénombre et la peau éclairée (disons que l'ordinateur fusionne les couleurs (d'où les blocs visibles à l'oeil humain). Donc, pour palier à ces désagréments, il faut un encodage avec un débit assez élevé.

EXACTEMENT ! L'image-clé est la seule image qui retient l'ensemble de l'image, donc les personnages et le décor. Par conséquent, cette image possède un poids très élevé comparé aux autres. Le changement d'image-clé intervient quand le plan change, ou quand les mouvements modifient l'ensemble de l'image. Ainsi, l'encodeur se sert de l'image-clé pour construire les images suivantes. Sur une vidéo, il y a un taux d'images-clés comparées aux images "normales" qui ne retiennent que les mouvements :

- les dessins animés comprennent un nombre très très faible d'images-clés : le décor change très peu. Les dessinés normaux comprennent moins de 10 % d'images-clés, tandis que dans les chefs-d'oeuvre de Walt Disney, plus complexes, ce taux peut atteindre les 15 % !

- Les films d'action sont très variables : par conséquent, je ne peux donner un taux exact, mais comptez au moins 10 % d'images-clés, pouvant aller jusqu'à 20 ou 25 % suivant les scènes.

- Les films pornographiques consomment beaucoup d'images-clés car les mouvements s'impactent sur l'ensemble de l'image. Cela varie entre 20 % à 50 %, mais sachez qu'il existe des courts métrages qui contiennent uniquement des images-clés (grosso modo, presqu'aucune compression), donc la compression "intelligente" perd tout son intérêt, mais cela permet d'assurer une qualité acceptable.

L'utilisateur peut régler l'importance des images-clés au sein de la vidéo, c'est ce qu'on appelle le "boost de l'i-frame". Théoriquement, cela permet de donner davantage de débit aux images-clés afin de favoriser la qualité de l'arrière-plan tout au long de la séquence, jusqu'à la prochaine nouvelle image-clé. Concrètement, cela permet de donner plus de splendeur aux paysages, aux décors sur les vidéos à base de dessins animés, ou films "calmes" où il y a peu d'action. Par exemple, ici dans Le Roi Lion 2, je n'ai pas hésité à monter ce réglage dans le but d'avoir des nuages beaucoup plus nets (sinon les teintes sont mélangées, donc ça nous donne un nuage purement blanc).
Sur les codecs XviD, c'est assez complet, car on peut beaucoup jouer sur ce genre de paramètres pour obtenir des images d'une qualité impressionnante, même avec un débit faible !

Même si le boost de nos images-clés est assez surprenante, tentant beaucoup de monde à élever ce réglage, il peut en résulter des conséquences assez gênantes dans certaines conditions, notamment lorsque l'on utilise sa platine DivX de salon ! L'exemple le plus concret qui s'observe sur quasiment toutes les platines bon marché, c'est l'horrible saccade lors d'un changement de plan, aussi bien visible qu'audible (le son lui aussi saccade ou poursuit sa lecture, donc la vidéo est désynchronisée au niveau du son). Chez d'autres, le fait de charger l'image-clé, l'image est très nette, certes, mais sur les images suivantes, on voit les traînées du mouvement sur l'écran (comme si le lecteur DivX ne se rappelait plus de l'image-clé, car trop lourde).

Tout dépend. Certains encodent uniquement pour regarder sur l'ordinateur : ils peuvent donc aisément ouvrir le robinet pour donner plus de débit aux images-clés. Personnellement, je pense à long terme. C'est-à-dire que dans dix ans, malgré l'évolution technologique et l'usure de mes DVD, je dois pouvoir les montrer à mes futurs enfants avec la meilleure qualité possible, et le bon compromis : gain d'espace disque / limite de la perte de qualité. Nous aurons des écrans toujours plus grands et toujours moins chers : donc, rien qu'à l'idée de voir Le Roi Lion avec mes enfants avec une image toute pixellisée ou avec des artefacts de compression d'ici quelques années, autant prendre les devants (attention, mon fichier final fait quand même dans les 1.8 Go ).

Bien sûr que non, car vous vous représentez le vecteur de façon inconsciente, sans le vouloir. Mais l'ordinateur, lui, a besoin de ces vecteurs pour construire les mouvements. L'ordinateur n'a pas de membres comme nous (paralysé depuis sa tendre enfance ) : il fait donc avec les moyens du bord, et puisqu'il est fort en maths, il va déjà nous montrer ce qu'il sait faire : il va analyser l'image précédente et l'image actuelle, voir les différences et les noter. Un simple lever de patte (cf. Le Roi Lion) se traduit par une dizaine de vecteurs localement sur la patte de Simba. Par contre, vu que Walt Disney utilise des décors géants et ne filme qu'une partie, cette partie du décor peut bouger vers le bas si le personnage tombe dans un précipice (exemple : Blanche Neige dans la forêt), ce qui provoque des centaines de vecteurs sur toute l'image pour accompagner le décor et ce, sans reconstituer de nouvelles images-clés. Je vous invite à regarder avec attention l'image entourée d'orange sur le schéma en bas de page (le décor est seulement "déplacé" : aucun changement de plan).

Si vous êtes un grand fana des versions originales (le plus souvent américaines), il vous arrive de vouloir enregistrer le sous-titrage avec. Eh bien incruster le sous-titrage dans la vidéo est vivement déconseillé. En effet, d'une part le sous-titrage ne peut plus être enlevé ou changé après l'encodage ; d'autre part, il réduit la qualité des images, car vous donnez au codec du travail supplémentaire. Ce dernier peut générer des images-clés trop importantes (si la police est grande), mais en général, il corrompt la qualité autour du contour (ceux qui ont de bons yeux peuvent remarquer ce détail). Donc laissez le fichier de sous-titres à côté de votre vidéo.

Avant l'encodage, le logiciel vous demandera certainement si vous souhaitez une passe ou 2 (il existe aussi la 3e passe, mais c'est plus compliqué à expliquer). Une passe, c'est tout simplement un passage. Deux passes correspondent donc à 2 passages (donc, temps d'encodage doublé). Pourquoi donc 2 passes ? Eh bien c'est simple : vous êtes en cours, et vous suivez le cours. Ce dernier sera toujours mieux appris si vous le revoyez une deuxième fois : c'est exactement pareil pour l'encodeur. Dans un premier temps, il regarde votre film pénard. Durant cette première passe, il analyse les images d'avant et d'après : il ne compresse rien encore, il enregistre juste les informations (il prend note, voyez), genre "générique de début, beaucoup d'actions, prévoir beaucoup de débit" et "générique de fin, actions nulles (uniquement des mouvements du bas vers le haut, pas beaucoup de débit".
Lors de la 2e passe, il va compresser vos images en tenant compte de son carnet de notes : "ah : à la fin, on n'a pas besoin de beaucoup de débit, donc je vais en utiliser pour combler le début". En gros, c'est ça. Donc, avant de vous coucher, laissez l'ordinateur faire 2 passes durant la nuit, la qualité s'en ressentira.

Compresser une image de la taille d'un timbre-poste est plus rapide que de compresser vos photos de vacances en montagne (ah oui : on est en juillet, bon, pas grave ). Bref, avoir une résolution très grande veut dire : beaucoup plus de pixels à traiter, donc plus lent. L'avantage réside dans le fait que le moindre détail sera conservé. Les DVD Vidéos dans le commerce possèdent une résolution de 720 x 576 pixels, les BR-Disc (ou HD-DVD), eux avec la Haute Définition, sont autour de 1280 x 720 pixels !
Avec une résolution quasiment égale à celle du DVD, vous conservez le moindre détail ; par contre, il faut prévoir pas mal de débit (environ 1500 Kbits minimum).
Si vous réduisez la résolution, vous diminuez le temps d'encodage certes, mais vous diminuez le nombre de détails. Cela nécessite moins de débit (environ 1000 Kbits) généralement dans le but de tenir sur un CD de 700 Mo. La grande conséquence, c'est l'apparition d'une couche de flou sur l'ensemble de l'image si vous avez des écrans 22 pouces ou supérieur. L'exemple que j'ai testé dernièrement, c'est celle d'un pianiste filmé pendant qu'il joue : en HD, je vois le moindre texte imprimé sur la coque du synthétiseur et même les notes de sa partition. En résolution assez basse (utilisée sur beaucoup de films en téléchargement P2P), le détail est catastrophique : je vois l'écriture sur la coque, ce ne sont plus des lettres, mais des espèces de tâches difficiles à identifier ; quant à la partition, les lignes sont confondues, donc encore une fois difficile de distinguer la note C de la note E !

Beaucoup mettent le paquet sur le poids de la vidéo et délaissent la partie son. Pourtant, conserver le son original (AC3) vous permet de garder la qualité du DVD ainsi, et surtout le 5.1 ! Eh oui, si vous encodez la bande son, le 5.1 se perd au profit du Stéréo. De plus, certains se permettent de descendre le débit de façon assez draconienne (128 Kbits et moins) : donc, pour les personnes ayant une installation HiFi avancée ou audiophiles (qui ont l'oreille musicale), c'est vraiment désagréable.
Citation : Moi-même (forum)
Bref, mettez le son sur un débit de 160 Kbits ou 192 Kbits, et mettez l'encodeur sur "Qualité folle" pour la vidéo, vous aurez ainsi un très bon compromis.

Certains coupent les génériques de fin (ce dont j'ai horreur). Le générique de fin est important dans un long métrage, car il permet de rendre compte de toutes les personnes qui ont contribué à la réalisation du film, et aussi des musiques utilisées. Donc au lieu de les couper, vous pouvez réduire grandement le débit à la fin, ce qui est faisable avec le XviD très facilement, qui permet de créer des plages d'encodage (de tel à tel morceau, tu encodes à fond, ensuite, mollo, etc.). Baissez la qualité de moitié ou d'un 1/3 de façon à ce que le texte soit tout juste lisible et surtout, n'oubliez pas d'encoder en 2 passes.