Nous allons voir dans cette partie quelles sont les différences entre une compression DV et une compression MJPEG.


1. La plupart des logiciels de compression/décompression DV traitent sur des données dans l'espace des couleurs RGB. Toutefois, les algorithmes du format DV utilisent des données dans un domaine de couleurs YUV 4:1:1 ou YUV 4:2:0. Le processus de conversion entre RGB et YUV est un processus qui subit quelques pertes d'information.; la matrice de transcodage de RGB vers YUV présente de petites pertes dues à la nature finie des données en utilisant 8 bits de précision.

2. Le format DV utilise la DCT (Discrete Cosine Transform) pour compresser le pixel. Là encore c'est un processus avec une petite perte d'information à cause de la précision des données sur 8 bits. En outre, le format DV demande que la vidéo soit compressée par trame, alors que la plupart des compresseurs MJPEG compressent la vidéo par zone. En raison de la nature entrelacée d'une trame, les deux zones fusionnées peuvent contenir différentes informations si la scène est en mouvement. Ceci provoque un problème quand les données sont traitées par la DCT. Dans ce cas-ci, l'algorithme standard de la DCT utilisé avec MJPEG s'exécute mal en raison du mélange d'informations des différentes zones. La DCT produit beaucoup de coefficients AC "gonflés" (associés aux détails artificiels causés par la différence des zones entrelacées) qui sont très difficiles de comprimer efficacement. Pour surmonter ce problème, le format DV est capable d'utiliser un autre "mode" de DCT, qui s'adapte bien aux différentes situations et qui ne produit pas de coefficients AC "gonflés" (les algorithmes qui choisissent les "modes" de DCT à utiliser pendant la compression sont définis par les compagnies qui les développent). Au lieu de traiter les données sur des matrices 8 bits * 8 bits, le nouveau "mode" utilisé par la DCT croise les données en deux matrices 4 * 8 indépendantes et calcule deux transformées sur les matrices 4 *8, produisant ainsi un total de 64 coefficients DC et AC. C'est ce que l'on appelle le mode 2-4-8-DCT, version de la DCT standard 8-8-DCT. Le format DV indique au décompresseur quel mode de DCT a été utilisé. La plupart des algorithmes emploient une technique d'évaluation de mouvement pour déterminer quel mode de DCT est à utiliser. Il est également possible d'utiliser une technique brutale : calculer en utilisant deux modes de DCT et utiliser celle qui donne les coefficients les plus faibles. Ce calcul se paye par un temps de compression plus long.

3. Une fois que la DCT est calculé, les coefficients DC et AC sont dosés à l'aide d'un rapport mathématique complexe bien défini. C'est en fait un processus de "pré-quantification" qui est obligatoire pour le format DV. Notez que ce processus "de dosage des coefficients" n'existe pas dans MJPEG.

4. À partir de ce moment, les données doivent être encore comprimées en utilisant le même processus que MJPEG : la quantification des coefficients AC et le codage d'entropie. Cependant, la quantification est davantage sophistiquée pour le format DV que pour le format MJPEG. Pour MJPEG le facteur de quantification choisi est le même pour toutes les trames (la plupart des algorithmes de MJPEG calculent cette valeur par rapport aux données de la trame précédente, ainsi cette valeur de quantification n'est pas optimale pour la trame actuelle).
En conséquence, pour le format DV, la totalité des données issue de la DCT sont subdivisées en 270 segments visuels. Chaque segment visuel est ensuite subdivisé en 5 zones appelées les "macro-blocs". La spécification du format DV permet d'avoir pour chaque macro-bloc sa propre valeur de quantification. Ceci signifie qu'une trame de format DV peut définir jusqu'à 1350 valeurs de quantification, contre 1 seule valeur de quantification d'une trame de MJPEG. C'est pourquoi le format DV est meilleur que le format MJPEG pour un débit identique.

Pour avoir un taux fixe de compression à 25Mbits/seconde, le segment vidéo, une fois quantifié et encodé avec l'algorithme d'entropie d'Huffman, doit être contenu dans un espace de données de 2560 bits, et c'est là qu'un codec est différent des autres.
Comment choisir le facteur de quantification pour écrire cette donnée dans cet espace? Cela dépend de la complexité de l'image. Si on choisi un facteur trop petit, le codec débordera de l'espace disponible et quelques coefficients AC ne seront pas stockés. Si, par contre, on prend un facteur de quantification plus grand, le codec n'utilisera pas tout l'espace disponible, en laissant tomber les coefficients AC qui aurai pu être codé et stocké dans l'espace alloué. Choisir un facteur de quantification adapté, permet au codec de stocker autant de coefficients AC que d'espace pour minimiser ce surplus d'informations.

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    C'est en 1996 que Sony a présenté son format de compression DV version professionnel -- DVCAM. Ce format possèdent les mêmes caractéristiques que le format DV si ce n'est l'écartement des pistes qui changent : pour le DV les pistes sont écartées de 10µm alors que pour le DVCAM elles le sont de 15µm. Malgré la perte de temps d'enregistrement, le DVCAM améliore la robustesse et la fiabilité des insertions d'images.

    La qualité d'image est identique pour le DV et le DVCAM. De plus, le matériel de professionnel peut utiliser le système d'interconnexion IEEE 1394. Sony appelle la connexion professionnelle DV I/O, parce qu'elle est basée sur un composant IEEE 1394 de deuxième génération qui a plus de fonctionnalité et peut travailler sur de plus longues distances.

    Les bandes DVCAM de Sony sont disponibles sous formes de mini cassettes de 12, 22, 32, et 40 minutes et de cassettes standard qui fournissent des durées d'enregistrement de 64, 94, 124 et 184 minutes.

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    Le format DVCPRO de Panasonic est une variation du format DV. Ces caractéristiques sont identiques au format DV si ce n'est l'écartement de pistes de 18µm. La qualité d'image est identique pour le DV et le DVCPRO puisque celui-ci utilise le même type d'échantillonnage. La fréquence d'échantillonnage est de 5.75MHz pour la composante Y, et de 1.5MHz pour les couleurs. Le DVCPRO utilise une bande avec des particules de métal pour améliorer la durabilité de celle-ci.

    Le format DVCPRO est disponible sous forme de deux cassettes de taille différente. Une cassette de la taille du DV standard (125mm * 78mm * 14.6mm d'épaisseur) qui propose des durées d'enregistrement de 64, 94 et 123 minutes. L'autre cassette (97.5mm * 64.5mm * 14.6mm d'épaisseur) fournit une durée d'enregistrement de 6, 12, 23, 33 et 63 minutes.
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    DIGITAL-S a été conçu pour être intégré au marché existant. JVC espère ainsi que ces produits numériques coexisteront avec leur produits analogiques pendant plusieurs années.

    En second lieu, JVC croit en un format numérique d'usage universel. JVC entend par là qu'un seul format numérique pourra manipuler aussi bien l'édition d'images avec des effets numériques, l'enregistrement et la lecture de graphiques informatisés et le transfert de données en utilisant des connections analogiques et numériques. Ces buts ont dicté deux caractéristiques de DIGITAL-S : l'échantillonnage YUV 4:2:2 et la compression 3:3:1. Ces caractéristiques permettent d'avoir un débit de 50Mbits/seconde.

    Troisièmement, c'est l'utilisation d'une cassette d'une même taille qu'une cassette VHS. Ce qui permettra de satisfaire les utilisateurs qui utilisent déjà les produits de JVC, puisqu'ils pourront lire leurs cassettes S-VHS dans un appareil DIGITAL-S.

La compression vidéo

    Les compresseurs (et décompresseurs) DIGITAL-S utilisent une fréquence d'échantillonnage de 13.5MHz pour la luminance vidéo (Y) et une fréquence de 6.75MHz pour les composantes UV. Les données YUV sont compressées par un algorithme DCT et le principe de compression est l'intra-trame. JVC utilise également un système de correction d'erreurs.

    JVC prétend qu'un échantillonnage 4:2:2 est nécessaire pour avoir une meilleure qualité d'images, particulièrement pour les images générées par ordinateur. Car cet échantillonnage offre une résolution spatiale deux fois plus élevée qu'un échantillonnage 4:1:1.
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    L'apparition de nouvelles applications multimédias numériques a apporté avec elle la nécessité de déplacer de grandes quantités de données rapidement entre différents périphériques : relier un ordinateur à une caméra numérique par exemple. Ceci est désormais possible grâce à un nouveau bus série à haut débit : IEEE 1394 ou FIREWIRE

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    L'IEEE 1394 définit un protocole de transmission de données série et un système d'interconnexion qui fournit les mêmes services qu'un bus parallèle mais à un coût beaucoup moins cher. Les capacités du bus 1394 sont suffisantes pour supporter une multitude d'applications vidéo/audio numériques, comme le transfert de signal audio et vidéo à partir d'appareils grand public, la gestion de réseau chez le particulier.

    C'est en 1986 que le comité de normalisation de micro-ordinateur de l'IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers) a décidé d'unifier différentes applications des bus séries VME, MULTIBUS II et des futurs formats de bus. Cet effort a eu comme conséquence le développement initial de la 1394ième norme de l'IEEE, la norme IEEE 1394. "FireWire" est une marque déposée d'Apple. Dans les années 80, Apple était le créateur de la technologie qui est venue pour être définie comme IEEE 1394. Les compagnies qui voudraient inclure le nom "FireWire" dans un produit qui se sert de la technologie IEEE 1394 doivent signer un accord de licence avec Apple.
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    La norme IEEE 1394 définit deux catégories de bus: le câble et la carte.

    Le câble IEEE 1394 contient deux conducteurs d'alimentation et deux paires torsadées pour le transfert de données. Chaque paire torsadée et le câble lui-même sont blindés. Les deux paires torsadées sont croisées dans chaque câble de façon à créer une connexion transmission - réception. L'alimentation supporte une tension allant de 8V à 40V DC pour une intensité maximale de 1.5A. L'alimentation est utilisée pour maintenir la tension de la couche physique d'un appareil lorsque celui-ci subit une chute de tension, et pour apporter l'alimentation aux différents appareils connectés au bus IEEE 1394.

    Les connecteurs du câble IEEE 1394 sont construit de façon à ce que les broches, permettant les contacts électriques, soient moulées à l'intérieur de la structure. Ceci permet donc d'éviter les chocs de l'utilisateur. Ces connecteurs dérivent directement de la GameBoy de Nintendo ce qui assure de la durabilité de ceux-ci lorsqu'ils sont testés par les enfants.

    En plus des spécifications du câble, la carte IEEE 1394 étend le bus série à l'intérieur de la machine. Le bus 1394 interne peut être utilisé seul ou être joint à un autre bus. Par exemple, deux bornes sont réservées pour la connexion de n'importe quel autre bus série. L'exécution des spécifications d'une carte retarde l'évolution de l'environnement câblé, mais à chacun d'imaginer qu'un disque dur sur un bus interne 1394 peut être directement accessible par un autre ordinateur à l'aide d'une connexion 1394.

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    Les appareils utilisant la norme IEEE 1394 sont conçus pour avoir de multiples connecteurs. Considérons l'exemple qui suit où deux espaces de travail sont connectés à l'aide d'un pont 1394.

    L'espace de travail n°1 possède une caméra vidéo numérique, un ordinateur et un magnétoscope interconnectés avec une liaison 1394. Cet ordinateur est également connecté à une imprimante distante via un répéteur 1394; le répéteur prolonge la distance entre appareil en redirigeant le signal. On peut faire jusqu'à 16 sauts entre deux périphériques utilisant le bus 1394. Un "splitter" 1394 est utilisé entre le répéteur et l'imprimante pour donner un autre port de connexion à un pont 1394 par exemple. Un "splitter" permet une meilleure flexibilité d'utilisation pour l'utilisateur.

L'espace de travail n°2 possède seulement un ordinateur et une imprimante reliés par un bus 1394, plus une connexion au pont. Le pont isole le trafic des données à l'intérieur de chaque espace de travail. L'ordinateur n°1 utilise plus de 100Mbit/seconde que peut lui fournir le câble quand il travail avec des images vidéo. L'ordinateur n°2, lui, pourra utiliser complètement la bande passante de son bus sans se soucier si l'ordinateur n°1 traite ou non des images vidéos.

    Le pont 1394 permet le transfert de certaines données d'une partie du bus à l'autre. Ainsi, l'ordinateur n°2 peut demander une image du magnétoscope de l'espace de travail n°1. Puisque le câble possède sa propre alimentation, l'interface physique est toujours alimentée, et la donnée est alors transportée même si l'ordinateur n°1 est hors tension.

    On peut brancher jusqu'à 63 périphériques sur un même bus utilisant la norme IEEE 1394. Généralement chaque périphérique peut être éloigné de 4.5m; les longues distances sont possibles avec des répéteurs. Des améliorations sur le câblage sont actuellement effectuées de façon à augmenter les longueur de câbles. Plus de 1000 bus peuvent être connectés par pont, ainsi cela permet un large potentiel d'accroissement.

    Un périphérique 1394 peut être débranché ou connecté sur le bus même s'il est utilisé pour transférer des données. Le changement de topologie est automatiquement reconnu. Cette caractéristique "plug and play à chaud" (c'est-à-dire qu'il n'est pas nécéssaire de mettre le système hors tension) élimine la nécessité de changer les adresses ou toutes autres interventions de l'utilisateur pour reconfigurer le bus.

    Il existe deux types de transfert de données : asynchrone ou isochrone. Le transfert asynchrone est le méthode traditionnelle de transmission de données entre un ordinateur et ses périphériques. Les données sont envoyées dans une direction suivie d'un accusé de réception du receveur.

    Le transport de données isochrones fournit un rythme transmissible de données maximal nécessaire pour un tel transfert de données à haut débit sur plusieurs canaux.

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    Le protocole IEEE 1394 concerne les trois couches basses du protocole ISO : la couche physique (Physical layer), la couche de lien (Link layer), et la couche de transaction (Transaction layer), plus un procédé de gestion du bus série (Serial Bus Management) qui relient les trois couches. La couche physique est connectée au connecteur 1394 et les autres sont reliées à l'application.

    La couche physique fournie une connexion électrique et mécanique entre le périphérique 1394 et le câble. Excepté la transmission et la réception de données, la couche physique s'assure que chaques périphériques accèdent proprement au bus.

    La liaison permet de transmettre les données suivant deux modes : asynchrone ou isochrone.

La couche de transaction supporte l'écriture, la lecture et les commandes de verrouillage du protocole asynchrone. Une écriture envoie les données du producteur vers le récepteur et la lecture retourne les données vers le producteur. Le verrouillage combine les commandes de lecture et écriture en produisant un routage des données entre le producteur et le récepteur.

    La gestion du bus série fournit avant tout un contrôle sur la configuration du bus série sous forme d'optimisation du temps d'arbitrage, de garantie d'alimentation pour tous les périphériques sur le bus, d'assignation du périphérique maître, d'assignation de l'adresse ID de la voie isochrone.

    Pour transmettre une donnée, le périphérique demande tout d'abord la main auprès de la couche physique. Lorsque le mode asynchrone est requit, les adresses du producteur et du récepteur sont toutes les deux transmissent suivi du paquet de données. Une fois que le récepteur accepte le paquet, un accusé de réception est retourné au producteur. Si l'accusé retourné n'est pas bon, le producteur essaie à nouveau de transmettre les données.
Lorsque le mode de transport est le mode isochrone, le producteur demande une voie isochrone avec un taux de transfert de données bien spécifique. L'adresse de la voie isochrone est transmise suivie du paquet de données. Le récepteur contrôle les données qui arrivent de la voie et accepte les données qui ont l'adresse spécifiée.

    Ces sont les applications de l'utilisateur qui déterminent combien de voies isochrones sont nécessaire et qui leurs indiquent le rythme à utiliser pour transmettre les données. Bien que 64 voies isochrones peuvent être définies, le diagramme ci-dessous montre seulement deux voies :

    Le bus est configuré pour envoyer un indicateur permettant la synchronisation en début de trame. Ceci est suivie d'un "time slots" pour les voies isochrones #1 et #2.
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    IEEE 1394 est une norme, une plate-forme indépendante. Ces caractéristiques représentent une extraordinaire évolution par rapport aux interfaces E/S actuelles et donne plusieurs solutions de connectivité sur le marché.

    IEEE 1394 peut se connecter avec les couches supérieures d'un nouveau bus parallèle : l'IEEE 1284. Bien que le taux de transfert de l'IEEE 1284 soit de 4 à 38Mbits/seconde (plus faible que le 1394), on peut utiliser la norme 1284 pour connecter une imprimante.

    Les périphériques utilisant l'IEEE 1394 et qui ont un taux de transfert différent, peuvent être interconnectés à d'autres périphériques qui ont un débit beaucoup plus faible. Cette caractéristique permet, par exemple, qu'un périphérique à 100Mbits/seconde acheté aujourd'hui pourra fonctionner correctement sur une configuration de bus où les périphériques marcheront à 200 ou 400Mbits/seconde.
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    Beaucoup de gens confondent 1394 et le bus UBS (Universal Serial Bus). Ce sont, pour les deux, des technologies naissantes qui offrent une nouvelle méthode de relier multiples périphériques à un ordinateur. Tous les deux permettent l'ajout et le retrait de périphériques sur un ordinateur sans la nécessité de le "rebooter". Tous les deux utilisent les câbles minces et flexibles dont les connecteurs sont simples et durables.

    Mais là, la fin de la ressemblance. Bien que les câbles l'IEEE 1394 et USB puissent presque regarder la même chose, la quantité de données les traversant est tout à fait différente. Comme le montre le tableau au-dessous, le débit est largement différent entre bus 1394 et le bus USB. C'est la distinction principale entre ces deux technologies :

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IEEE 1394

USB

Nombre Maximum De Périphériques

63

127

Branchement A Chaud (Brancher Ou Débrancher Les Périphériques Sans Rebooter L'Ordinateur)

Oui

Oui

Longueur Maximale De Câble Entre Périphériques

5m

Taux De Transfert De Données

200mbps (25Mo/sec)

12mbps (1.5Mo/sec)

Rythme De Flot De Données Sur Un Canal

400mbps (50Mo/sec)
800mbps (100Mo/sec)
1Gbps+ (125Mo/sec+)

Non

Implémentation Sur Macintosh

Oui

Non

Connexion Sur Périphériques Internes

Oui

Non

Périphériques

- Caméscope DV
- Appareil Photo Numérique Haute-Résolution
- Disques Durs
- DVD-ROM
- Imprimantes
- Scanners

- Claviers
- Souris
- Ecrans
- Joysticks
- Appareil Photo Numérique Basse-Résolution
- Modems

    Aujourd'hui, l'IEEE 1394 offre un débit qui est 16 fois plus rapidement que l'USB et cette différence de vitesse s'élargira encore plus dans les mois et années à venir. Ceci, parce que l'USB a été conçu sans possibilité de futures améliorations de ses capacités de transmission de données. En revanche, l'IEEE 1394 possède un réseau sur lequel le rythme de transmission de données est bien définie; avec une vitesse qui grimpe jusqu'à 400Mbps (50Mo/sec) et probablement jusqu'à 800Mbps (100Mo/sec) voir même 1Gbps (125Mo/sec) dans les prochaines années.

    La topologie du bus 1394, qui est une topologie en forme d'arbre, est montrée sur la figure 1. Chaque périphérique peut être connecté à n'importe quel autre périphérique, et ce, aussi longtemps qu'il n'y a pas de boucles. Le réseau 1394 peut supporter jusqu'à 63 périphériques et chacun peut être connecté ou déconnecté sous tension. Lorsque cela arrive, le bus remet à zéro, reconfigure et continu ces opérations. Si le bus est cassé, les deux morceaux sont remis à zéro, reconfigurés et continus leurs opérations comme deux bus indépendants. Les périphériques peuvent également être connecter l'un à l'autre sans l'intermédiaire d'un ordinateur.

Figure 1

    Le bus USB est connu pour avoir une topologie en étoile étagée comme le montre la figure ci-dessous. L'ordinateur joue le serveur et chaque périphérique est connecté à un concentrateur (hub), qui fournit les canaux de communication et l'alimentation et agit comme un répétiteur. Chaque hub peut être mis en cascade. La topologie du bus USB permet de connecter 127 périphériques.

Figure 2

    Est-ce que cela veut dire que l'IEEE 1394 "gagnera la guerre" contre le bus USB. Non, car il n'y a pas besoin de gagnants. La plupart des analystes industriels s'attendent à ce que 1394 et USB coexistent paisiblement dans les futurs ordinateurs. Les petits connecteurs 1394 et USB substitueront la quantité de câbles au dos des PC d'aujourd'hui. Le bus USB sera réservé pour des périphériques dont le débit sera plus faible (souris, claviers, modems), alors que le bus 1394 sera employé pour relier une nouvelle génération de produits grand public.

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    Le bus IEEE 1394 apparaît pour la première fois en standard sur des ordinateurs de bureau, des portables et des périphériques informatiques. Outre les quelques caméras vidéos qui possèdent une sortie numérique 1394, Apple vient de lancer le G3 Power PC avec deux ports IEEE 1394 intégrés sur la carte mère. Le montage vidéo de qualité professionnelle devient en effet accessible pour la première fois sur des ordinateurs pour un coût à voisinant les $1600 US.

    De plus, plusieurs groupes commencent la commercialisation de différents périphériques. C'est le cas d'Epson, qui peut de temps après la commercialisation d'une imprimante équipée d'un bus USB (juillet dernier), récidive avec l'annonce des premières imprimantes capables de supporter l'IEEE 1394 grâce à l'ajout d'une carte d'extension. Selon Epson, les vitesses d'impression, à jet d'encre, se trouvent multipliées par quatre.

    Le groupe LaCie a annoncé la commercialisation, au printemps prochain, d'une gamme de périphériques de stockage (disques durs, disques magnéto-optiques, graveur de CD-RW et DVD-RAM) qui seront équipées de l'IEEE 1394.

    De plus, Intel a prévu d'intégrer cette année les fonctions de contrôle de ce bus dans ses jeux de circuits. Et les annonces récentes d'un IEEE 1394 domotique, celles attendues dans le grand public concernant les téléviseurs et les décodeurs dotés de ces interfaces, devraient contribuer à faire développer rapidement et baisser le prix de ce nouveau bus.