Compressions MPEG-1 à MPEG-4

Abstract

Les technologies numeriques ont aborde le domaine des produits grand public par le biais de l’audio. Le disque CD a demontre les avantages essentiels du numerique : qualite parfaite, flexibilite du traitement de l’information, robustesse du contenu. Le mode de transmission ou de stockage numerique a necessite des recherches plus longues pour resoudre les problemes inherents au signal de television. En effet, la numerisation d’un signal de television produit un debit de donnees numeriques de 160 Mbit/s. Sa transmission n’est donc pas envisageable sur un canal classique (satellite, câble ou terrestre) sans compression prealable. Un probleme similaire de capacite se pose pour les equipements de stockage. Des recherches ont donc ete menees dans les laboratoires institutionnels et industriels pour developper des algorithmes performants de compression, specifiques au signal de television. Les resultats ont en fait depasse les esperances. Les taux de compression atteints sont tels que, en utilisant des techniques de modulation appropriees, il est possible de transmettre plusieurs signaux de television numerique dans un canal television analogique (entre 6 et 10 signaux selon la qualite requise). Les diffuseurs de television peuvent ainsi envisager une reduction drastique des couts de transmission, et donc une multiplication des chaines de television. Cet argument est essentiel pour le succes du numerique dans le domaine du multimedia. D’autres aspects ont aussi ete preponderants : possibilite d’ajouts de donnees additionnelles, flexibilite, cryptage avec controle flexible des abonnes (paiement a la seance). La normalisation est un element essentiel du succes des technologies numeriques. En effet, l’utilisation etendue de ce mode de transmission requiert une interoperabilite des equipements et donc une standardisation du signal comme dans le cas des signaux PAL, Secam et NTSC. Le comite de normalisation MPEG (Moving Picture Experts Group) a donc reuni les experts du monde entier provenant de laboratoires universitaires et industriels en vue d’etablir des normes adaptees aux applications audiovisuelles numeriques. Au cœur des travaux de MPEG se trouvent les developpements algorithmiques menes pour arriver aux meilleurs taux de compression, afin d’assurer une utilisation optimale de la capacite de stockage ou de la bande passante. Mais MPEG s’attache aussi a segmenter et caracteriser chaque type d’applications, pour definir des outils permettant de realiser les fonctionnalites qu’elles necessitent. Le processus qui permet d’arriver a un accord sur la norme suit les etapes suivantes : appel a propositions aupres des experts pour repondre aux besoins techniques de la norme, evaluation des differentes propositions, etablissement d’un premier modele de test reunissant les meilleurs elements des diverses propositions, optimisation d’un modele commun de reference et enfin accord final sur la norme. Une norme MPEG specifie deux points essentiels : la structure du flux et la methode de decodage pour restituer le signal audiovisuel. La selection des modes de codage mis en œuvre est laissee a l’utilisateur qui peut donc faire son propre compromis entre performance de l’equipement de compression et complexite (et donc cout) d’implementation. Le comite MPEG a donne naissance a plusieurs normes. La premiere, MPEG-1, s’attache a specifier le signal compresse pour des applications de stockage. La norme MPEG-2 est essentiellement issue de MPEG-1 avec quelques modifi-cations pour tenir compte de l’application phare qui est la television numerique. La norme MPEG-3 devait specifier le codage d’un signal haute definition. Mais, rapidement, ce prerequis a ete pris en compte dans la definition de la norme MPEG-2 sans changement significatif des methodes de codage. Le comite a donc continue le processus de normalisation par la norme MPEG-4 qui vise les applications multimedias. On exposera d’abord dans ce document les techniques essentielles mises en œuvre dans les normes MPEG. La compression des signaux video et audio sera abordee ainsi que les methodes de multiplexage qui permettent de transmettre ou stocker plusieurs signaux dans le meme media. Dans une deuxieme partie, les specificites de chaque standard seront soulignees, et en particulier l’evolution de leurs fonctionnalites en fonction des applications visees.