La magie de H.264 (2016)

H.264 est magique

Qu’est-ce que H.264 ?

• H.264 est une norme de codec de compression vidéo.
• Il est utilisé presque partout : vidéo sur Internet, Blu-ray, téléphones mobiles, caméras de sécurité, drones, etc.
• Fruit de plus de 30 ans de recherche, son objectif est de réduire la bande passante nécessaire à la transmission de vidéos en mouvement intégral.

Pourquoi la compression est-elle nécessaire ?

• Les fichiers vidéo non compressés contiennent une quantité énorme de données.
• Par exemple, une vidéo 1080p @ 60Hz génère environ 370MB de données par seconde.
• Un disque Blu-ray de 50GB ne peut stocker qu’environ 2 minutes de vidéo.
• La compression est donc indispensable.

Pourquoi la compression H.264 ?

• H.264 est très efficace.
• Par exemple, une capture d’écran PNG de la page d’accueil d’Apple pèse 1015KB, tandis qu’une vidéo H.264 de 5 secondes du même écran ne pèse que 175KB.
• Une vidéo H.264 est 1500 fois plus efficace qu’un PNG.

Principales techniques de H.264

Réduire le poids (Lossy Compression)

• H.264 utilise une compression avec perte qui élimine les bits peu importants et ne conserve que les bits importants.
• Le PNG utilise une compression sans perte, qui conserve tous les bits.

Entropie de l’information

• L’entropie de l’information désigne le nombre minimal de bits nécessaires pour représenter des données.
• C’est une manière de compresser les données afin de réduire la redondance.

Domaine fréquentiel (Frequency Domain)

• Les données sont transformées dans le domaine fréquentiel afin de supprimer les composantes haute fréquence (les détails).
• Cela réduit le niveau de détail de l’image, mais permet d’économiser de l’espace.

Sous-échantillonnage de la chrominance (Chroma Subsampling)

• L’œil humain perçoit mieux les variations de luminosité que les variations de couleur.
• Le modèle colorimétrique YCbCr permet de réduire les informations de couleur tout en conservant les informations de luminosité.
• Cela permet de réduire la bande passante de moitié.

Compensation de mouvement (Motion Compensation)

• La majeure partie d’une vidéo est statique, et seule une partie bouge.
• H.264 stocke l’image statique et enregistre séparément uniquement les parties en mouvement.
• Cela permet d’économiser de l’espace.

Codeur entropique (Entropy Coder)

• Il supprime les informations redondantes restantes après la compression avec perte.
• Un encodeur sans perte classique permet ensuite de restaurer toutes les données restantes.

L’avis de GN⁺

• L’efficacité de H.264 : H.264 est extrêmement efficace pour la compression vidéo et permet d’économiser considérablement de la bande passante et de l’espace de stockage.
• La complexité de la technologie : les différents éléments techniques de H.264 peuvent être difficiles à comprendre, mais saisir les principes de base aide énormément.
• Comparaison avec d’autres codecs : des codecs plus récents comme H.265 offrent une efficacité de compression supérieure à H.264. Toutefois, H.264 reste encore très largement utilisé.
• Applications concrètes : l’utilisation de H.264 est très courante pour le streaming vidéo, le stockage et la transmission, ce qui peut générer des économies importantes.
• Perspectives d’avenir : les technologies de compression vidéo continuent d’évoluer, et il est probable que des codecs encore plus efficaces apparaissent. Comprendre les principes de H.264 aide à apprendre ces nouvelles technologies.

[GN⁺]

Avis sur Hacker News

• Avantages d’AV1 : AV1 offre des performances quasi magiques, avec en plus de meilleures conditions de licence.
• Cas d’usage chez Meta : Meta déploie progressivement des flux VP9 et AV1 pour le streaming vidéo.
• Microsoft Teams : Microsoft a commencé à utiliser AV1 dans Teams, qui fournit des outils de codage vidéo particulièrement utiles pour le partage d’écran.
• Vidéos YouTube : La plupart des vidéos regardées sur YouTube aujourd’hui sont encodées en VP9 ou en AV1. Il arrive encore de voir parfois des vidéos en H.264.
• L’avenir de H.264 : H.264 devrait encore rester utilisé longtemps, mais AV1 a de fortes chances de devenir le nouveau standard de la vidéo sur Internet.
• Expiration des brevets H.264 : Beaucoup de brevets liés à H.264 devraient bientôt expirer. La première version a été publiée en 2003, et les brevets sont généralement valables 20 ans.
• Question sur H.265 : H.265 offre une efficacité supérieure, mais continue d’être comparé à H.264.
• Premières expériences avec H.264 : À l’époque où H.264 est apparu, quelqu’un avait essayé de lire un fichier avec mplayer, mais les premières versions ne le prenaient pas en charge. Les performances se sont ensuite nettement améliorées.
• Exemple de compression de données : Le concept de compression de données est expliqué à travers l’exemple d’un lancer de pièce.
• Le cœur des codecs : Le cœur de la compression avec perte réside dans la combinaison de la transformée en cosinus discrète, de la quantification, du parcours en zigzag et du codage entropique.
• Efficacité de VVC : VVC est 20 à 30 % plus efficace qu’AV1 et est déjà utilisé par MXPlayer en Inde.
• Récit sur la compression vidéo : Une expérience d’entretien en 1999 avec une entreprise développant un nouvel algorithme de compression vidéo est partagée. L’entreprise a fini par échouer, mais son approche était intéressante.
• Terminologie de l’entropie de l’information : L’emploi du terme « entropie de l’information » semble un peu maladroit.