Comme tous les acteurs du domaine du divertissement électronique le savent, les téléspectateurs d'aujourd'hui sont avertis. Ils exigent des images à haute résolution, des couleurs vives et des mouvements naturels et continus. Ils veulent aussi avoir accès à du contenu en tout temps et en tout lieu au moyen de la télévision à haute définition (TVHD) d'une salle de récréation, d'un ordinateur de bureau, d'un téléphone intelligent ou d'un appareil de jeux portatif. « Les gens veulent plus de contenu et plus de choix », affirme André Vincent, gestionnaire des Systèmes vidéo de pointe du Centre de recherches sur les communications (CRC). « Mais ils exigent également une transmission plus rapide et une image de meilleure qualité. » Ces nouvelles technologies mobiles, explique-t-il, et la demande croissante de produits vidéo tridimensionnels et à haute définition qui les accompagne exercent une énorme pression sur les fournisseurs de contenu. La vidéo brute requiert une quantité considérable de données. Plus la résolution est élevée, plus le débit binaire nécessaire à l'affichage des images et des mouvements parfaits demandés par le téléspectateur est important. Plus le débit binaire est important, plus il faut de bande passante, et cette bande passante est limitée et coûteuse. « Beaucoup d'émissions sont diffusées par satellite avant d'être acheminées par câble ou transmises à votre appareil sans fil. Si l'on réduite le débit binaire, on réduit aussi le coût de transmission. » Pour résoudre ce problème, on a mis au point des codecs, c'est-à-dire des systèmes qui compriment la vidéo pour la transmettre et qui la décompressent une fois que le spectateur l'a reçue. Le système le plus courant s'appuie sur la norme MPEG qui a été introduite en 1993 et que l'on a améliorée continuellement jusqu'à l'obtention de la dernière version, MPEG-AVC/H.264-4. Comme toutes les technologies de compression, la norme MPEG utilise un ensemble de règles mathématiques pour analyser les données vidéo brutes et les transformer en code plus concentré. Dans le cas de la norme MPEG, on convertit les données à l'aide d'une transformation en cosinus discrète (TCD). Les données comprimées qui sont transmises ultérieurement forment un ensemble de coefficients fondés sur ces transformations mathématiques. L'information est ensuite décodée à l'autre bout pour recréer les données d'image. « Toutefois, insiste André Vincent, rien n'arrive comme par magie. La compression a un prix, et ce prix est la réduction de la qualité. » La TCD sur laquelle s'appuie la norme MPEG s'est avérée très utile jusqu'à présent, ajoute-t-il, mais elle pourrait se révéler insuffisante pour permettre la réduction de 50 % du débit binaire d'une nouvelle génération de compression vidéo standard.

(a) L’image originale (b) comprimée à 0,2 bit par pixel avec la technologie CRC-WVC et (c) comprimée à 0,2 bit par pixel avec la norme MPEG-4/AVC. La qualité de l’image comprimée avec la technologie du CRC est supérieure de 1,3 dB à celle de l’image comprimée avec la norme MPEG-4/AVC.

« Les normes actuelles, comme MPEG-2 et MPEG-4, s'appuient sur une architecture conçue il y a vingtaine d'années. On l'a perfectionné, on lui a ajouté des outils et on l'a rendue plus complexe tout en augmentant constamment son rendement, mais il faut maintenant se tourner vers l'avenir. On peut continuer de bricoler la technologie MPEG et de l'améliorer légèrement ou on peut adopter une toute nouvelle approche. »

Le laboratoire d'André Vincent a choisi la deuxième solution et il a fondé son nouveau prototype de codec, appelé « CRC-WVC », sur les ondelettes directionnelles.

La transformation mathématique utilisée pour analyser et coder les données, explique Demin Wang, scientifique principal et développeur du codec CRC-WVC, joue parfois le rôle de filtre. Chaque transformation possède ses propres propriétés : elle retient certaines caractéristiques de l'image tout en laissant passer d'autres informations. Dans le but de choisir la transformation la plus efficace pour la compression vidéo, il faut trouver celle qui retient les codes des renseignements essentiels à l'expérience du téléspectateur tout en laissant passer les bits inutiles.

La transformation axée sur les ondelettes directionnelles fait exactement cela, explique Demin Wang. La TCD traditionnelle qu'utilise la norme MPEG effectue une transformation bidimensionnelle de petits blocs d'image. Elle code extrêmement bien les changements sur les axes horizontal et vertical, mais son rendement diminue pour les informations qui ne se trouvent pas sur ces deux axes. En revanche, une transformation à l'aide d'ondelettes directionnelles est très sensible à l'imprévisibilité, c'est-à-dire aux attributs comme les bords qui se déplacent à des angles inhabituels ou les lignes courbes ou ondulées. Il s'agit précisément de l'information dont ont besoin les téléspectateurs lorsqu'ils regardent James Bond sauter par-dessus un échafaud ou qu'ils tentent d'éviter les griffes d'un monstre dans Final Fantasy 11.

« On n'a pas à consacrer beaucoup de bits ou de données aux endroits uniformes », explique Demin Wang. « On doit seulement se concentrer sur les caractéristiques importantes. Voilà l'avantage de l'utilisation des ondelettes directionnelles. Les images qui contiennent beaucoup de lignes ou de contours sont codées avec une très grande précision. »

Le nouveau CRC-WVC en est encore aux premières étapes de son développement, mais les essais réalisés démontrent qu'il obtient un rendement égal, et même supérieur, à la norme MPEG-4, surtout pour certains types d'émissions. De plus, la compression du CRC-WVC est particulièrement efficace pour les séquences vidéo à haute définition, ajoute André Vincent. Outre la compression vidéo, le laboratoire étudie d'autres applications de cette technologie pour l'imagerie médicale, l'analyse des empreintes digitales et la super TVHD. On peut l'utiliser, souligne André Vincent, avec n'importe quelle application exigeant une information précise.

Pour de plus amples renseignements, veuillez communiquer avec André Vincent, gestionnaire des Systèmes vidéo de pointe, à andre.vincent@crc.gc.ca ou au 613-998-2299.