La compression des données multimédias Université Sidi Mohammed Ben Abdellah École Supérieure de Technologie de Fès Licence Professionnelle: Management International La compression des données multimédias Réalisé par : BENTHAMI NADA FISSRIRI SOUFIANE Encadré par: M. Adil HACHMOUD Année Universitaire : 2007/2008

Plan Introduction I. Généralités sur la compression des données 1. Définition de la compression de donnée 2. Les types de compression II. La compression des données multimédias 1. la compression d’image 2. La compression audio 3. la compression vidéo conclusion

Introduction La compression de données traite de la manière dont on peut réduire l'espace nécessaire à la représentation d'une certaine quantité d'information. Elle a donc sa place aussi bien lors de la transmission que lors du stockage des données. Elle fait partie des applications de la théorie de l'information.

I. Généralités sur la compression des données

I. Généralités sur la compression des données Définition de la compression de donnée La compression de données informatiques consiste à réduire la taille de l'information pour son stockage et son transport. Le coût et les limites technologiques nécessitent d’utiliser la compression de données pour le stockage d’importants volumes d’information.

Définition de la compression de donnée Les différents algorithmes de compression sont choisis en fonction de : Leur taux de compression. La qualité de compression. La vitesse de compression et de décompression.

2. Les types de compression La compression physique: elle agit directement sur les données; il s'agit ainsi de regarder les données redondantes d'un train de bits à un autre. La compression logique: elle est effectuée par un raisonnement logique en substituant une information par une information équivalente.

2. Les types de compression Compression symétrique: la même méthode est utilisée pour compresser et décompresser l'information, il faut donc la même quantité de travail pour chacune de ces opérations. C'est ce type de compression qui est généralement utilisée dans les transmissions de données.

2. Les types de compression Compression asymétrique: l'algorithme de décompression est différent de celui de compression, ce qui peut être exploité pour avoir un algorithme de compression performant et un algorithme de décompression rapide.

Compression sans pertes (non destructives) 2. Les types de compression Compression sans pertes (non destructives) La compression est dite sans perte ou non destructives lorsqu'il n'y a aucune perte de données sur l'information d'origine. Il y a autant d'information après la compression qu'avant, elle est seulement réécrite d'une manière plus concise. La compression sans perte est dite aussi compactage.

Les modes de la compression non destructive: Compression sans pertes (non destructives) Les modes de la compression non destructive: RLE (run-lenght encoding) Modes de compression sans pertes codage de HUFFMAN - LZW (Lempel-Ziv-Welch)

Les modes de la compression non destructive Codage RLE (run-length encoding): Le principe de base consiste à coder un premier élément donnant le nombre de répétitions d'une valeur puis le compléter par la valeur à répéter. Ainsi selon ce principe la chaîne Exemple: "AAAAAHHHHHHHHHHHHHH" compressée donne "5A14H". Le gain de compression est ainsi de (19-5)/19 soit environ 73,7%.

Les modes de la compression non destructive Codage de Huffman (ou arbre de Huffman): Construction de l’arbre : on relie deux à deux les caractères de fréquence les plus basses et on affecte à ce nœud la somme des fréquences des caractères. Puis on répète ceci jusqu'à ce que l’arbre relie toutes les lettres. L’arbre étant construit, on met un 1 sur la branche à droite du nœud et un 0 sur celle de gauche.

Exemple d’encodage de Huffman : Les modes de la compression non destructive Exemple d’encodage de Huffman : Le fichier compressé se compose d’une suite de codes sans séparateur, bien que les codes comportent un nombre variable de bits, car chaque code a la propriété d’unicité de son préfixe.

Les modes de la compression non destructive Lempel-Ziv-Welch: La compression Lempel-Ziv-Welch est dite de type dictionnaire. Elle est basée sur le fait que des motifs se retrouvent plus souvent que d'autres et qu'on peut donc les remplacer par un index dans un dictionnaire. Le dictionnaire est construit dynamiquement d'après les motifs rencontrés. Exemple: Dans l'image, on trouve une séquence du type: 1573157 2557255 1573157 0 070007 070007 2557255 08990899 1573157 08990899 1573157 est remplacé par code 1; 2557255 est remplacé par code2 070007 est remplacé par code3; 08990899 est remplacé par code4 Donc on aura: code1 - code2 - code1 - 0 - code3 - code3 - code2 - code4 -code1 - code4

Comparatifs des principaux algorithmes non destructifs Compression Taille du fichier Gain de place Aucune 1273 Ko 0% Winzip 8.0 1173 Ko 7,86% WinRar2.90 1151 Ko 9,58% Winace 2.0 845 Ko 33,63% WaveZip 2.01 867 Ko 31,89%

2. Les types de compression Avec pertes (destructives): La compression avec pertes ou destructive ne s'applique qu'aux données « perceptuelles », en général sonores ou visuelles, qui peuvent subir une modification, parfois importante, sans que cela ne soit perceptible par un humain. La perte d'information est irréversible, il est impossible de retrouver les données d'origine après une telle compression. La compression avec perte est pour cela parfois appelée compression irréversible ou non conservative.

II. La compression des données multimédias

1. La compression d’images II. La compression des données multimédias 1. La compression d’images La compression d’image a pour utilité de réduire la redondance des données d'une image afin de pouvoir l'emmagasiner sans occuper beaucoup d'espace ou la transmettre rapidement.

Les normes de compression d’images 1. La compression d’images La norme JPEG Les normes de compression d’images La norme JBIG La norme JPEG (joint photographic expert group) : Destinée à la compression des images fixes en couleurs elle donne la possibilité de sélectionner des taux de compression en fonction du niveau de restitution recherché. JBIG : La norme JBIG ( Joint Bi-level Image Group ) est destinée à la compression d’images photographiques représentées en deux tons ( noir & blanc ), images textes. H-261 : Ce standard est destiné au codage des images animées pour la visiophonie. utilisée pour la réduction de la redondance entre les images de la séquence. H-261 :

1. La compression d’images Codage des fichiers image Formats non compressés Bitmap Formats compressé s GIF Formats compressés Jpeg Ce format est très lourd dès qu’on a une image en million de couleurs d’une taille d’un million de point (compter 3 octets par point, soit 3Mo pour une image de 1000/1000 Graphics interchange format. Format graphique des images bitmap. Les fichiers au format GIF compressés occupent une place réduite et garantissent une qualité de restitution correcte en 256 couleurs. Le format GIF tend à être remplacé par le format Jpeg. Le Jpeg est devenu universel pour le transfert des images sur internet et le stockage des clichés. il donne la possibilité de sélectionner le taux de compression en fonction du niveau de restitution recherché avec un taux de perte raisonnable.

1. La compression d’images Image Bitmap (taille 271 ko) Image GIF (taille 88 ko) Image Jpeg (taille 13 ko)

Les méthodes les plus importantes de compression avec perte sont: 1. La compression d’images Les méthodes les plus importantes de compression avec perte sont: La réduction de l'espace des couleurs. Le codage par transformation. La compression fractale. 2- C'est généralement la méthode la plus utilisée. la transformation par ondelettes sont les transformations les plus populaires. 3-Cette méthode utilise en fait les redondances et similarités de l'image pour compresser.

la réduction des couleurs Image GIF 256 couleurs (taille 88 ko) Image GIF 10 couleurs (taille 20 ko) Image GIF 2 couleurs (taille 7 ko)

Le codage par transformation Image avec des briques de petite taille Image avec des briques de taille moyenne Image avec des briques de grande taille

II. La compression des données multimédias 2. La compression du son Généralement pour les fichiers audio pour leur enregistrement pour une bonne qualité on a imposé au CD audio un format de stockage du son ayant les données suivantes : Fréquence d'échantillonnage = 44,1 kHz Données codées sur 16 bits Son stéréo ((44100*2)*2*60) octets soit environ 10 Mo pour une minute Si on considère qu'un morceau de musique dure en moyenne 3 à 4 mn, il faudra compter 30 à 40 Mo par morceau si on veut le stocker au format CDA (CD Audio). Parmi les techniques de compression destructrices, on a essentiellement des méthodes qui exploitent les propriétés de l'oreille humaine. Cette dernière entend les fréquences situées dans la gamme 20 Hz 20 kHz. Si un morceau contient des fréquences hors de cette gamme, on peut donc purement et simplement les supprimer sans perte de qualité audio puisque l'oreille ne les entend pas. On peut utiliser aussi le principe des fréquences masquées. Si dans un groupe de fréquences, certaines ont un niveau sonore beaucoup plus élevé que d'autres, il n'est pas nécessaire de conserver les fréquences de niveau sonore faible : on ne les entendra pas. Pour utiliser une comparaison plus marquante ;

2. La compression audio

2. La compression audio

Les formats des fichiers audio 2. La compression audio Les formats des fichiers audio .aif (Audio Interchange File) C’est les clips sonores, qui peuvent être lus avec WMP. .mid (Midi) C’est un format destiné à la musique instrumentale. .mp3 (Mpeg Audio layer 3) C’est un format compressé qui diminue de manière significative la taille des fichiers audio. .ra ou .ram (Real Audio) Ce format offre un degré très élevé de compression avec une taille de fichier inférieure à celle du format MP3 .wav (Waveform Sound) C’est un format de Microsoft et offre une bonne qualité sonore

II. La compression des données multimédias 3. La compression vidéo Les séquences vidéo contiennent une très grande redondance statistique. Dans la plupart des séquences vidéos, la majorité des scènes sont fixes ou bien changent très peu, c'est ce qui s'appelle la redondance temporelle. Lorsque seules les lèvres de l'acteur bougent, presque seuls les pixels de la bouche vont être modifiés d'une image à l'autre, il suffit donc de ne décrire seulement le changement d'une image à l'autre.

Les normes de la Compression vidéo MPEG-21 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7 Les normes de la Compression vidéo 1- développé en 1988, est un standard pour la compression des données vidéos. Il permet le stockage de vidéos a une qualité proche des cassettes VHS sur un support CD appelé VCD (Vidéo CD). 2-un standard dédié originalement à la télévision numérique offrant une qualité élevé à un débit pouvant aller jusqu'à 40 Mbps. Le MPEG-2 permet de plus une identification et une protection contre le piratage. Il s'agit du format utilisé par les DVD vidéos. 3-destiné à permettre le codage de données multimédia sous formes d'objets numériques, afin d'obtenir une plus grande interactivité, ce qui rend son usage particulièrement adapté au Web et aux périphériques mobiles. 4-visant à fournir une représentation standard des données audio et visuelles afin de rendre possible la recherche d'information dans de tels flux de données. 5-en cours d'élaboration, dont le but est de fournir un cadre de travail pour l'ensemble des acteurs du numériques (producteurs, consommateurs, ...) afin de standardiser la gestion de ces contenus, les droits d'accès, les droits d'auteurs,

- Le format DivX 3. La compression vidéo Le format DivX est aussi un format de compression / décompression des vidéos. vidéo permettant d'obtenir des vidéos compressées très peu volumineuses avec une perte de qualité très raisonnable. Ainsi le format DivX permet de stocker un film complet sur un CD-ROM de 650 ou 700 Mo

Les codecs 3. La compression vidéo C’est un ensemble d’algorithmes permettant de réduire significativement les flux de données en compressant / décompressant les données vidéos. On appelle ces algorithmes CoDec. Ainsi, afin de pallier cette difficulté, il est possible de recourir (pour COmpression / DECompression)

Conclusion

Webographie http://www.tipecompression.htm http://www.01net.com/pratique/compression/image.htm http://kadchakib.ifrance.com/ http://fr.wikipedia.org/wiki/Compression_vidéo#Princip.C3.A9o http://www.commentcamarche.net/ http://fr.wikipedia.org/wiki/Compression_audio http://fr.wikipedia.org/wiki/Graphics_Interchange_Format http://fr.wikipedia.org/wiki/Image_matricielle http://fr.wikipedia.org/wiki/Run-length_encoding http://fr.wikipedia.org/wiki/Traitement_d'image http://01audiovideo.free.fr/compress.htm

Merci pour votre attention