Compression

Algorithmes de compression pour les applications de surveillance IP, avantages et inconvénients de chacun d'eux

Aujourd'hui, de plus en plus de systèmes de surveillance fonctionnent en réseau : c'est la raison pour laquelle il devient urgent d'adopter des systèmes de surveillance IP, afin de maîtriser la transmission d'images numériques à partir de ces systèmes.

Fort heureusement, la solution existe sous la forme d'un algorithme de compression approprié. Cet article a pour objectif de faciliter ce choix en analysant certains algorithmes de compression spécifiques et leurs avantages respectifs. Cinq algorithmes principaux de compression d'image sont utilisés dans l'industrie de la surveillance aujourd'hui. On rencontre certains plus fréquemment que d'autres. Il s'agit des formats MPEG, H.261 & H.263 pour les images animées/vidéos, et des formats JPEG, JPEG 2000 et Wavelet pour les images fixes.

Algorithmes clé de compression

JPEG signifie Joint Photographic Experts Group (le comité responsable du développement de cette norme et de son successeur, la norme JPEG 2000). Le format de compression JPEG est le plus répandu aujourd'hui. Comme son nom l'indique, il a été conçu pour traiter la compression d'images fixes simples. De ce fait, il traite les sorties vidéo comme des images fixes. Il offre un taux très élevé de compression, mais une qualité d'image médiocre, ou des taux de compression légèrement moindres avec une bonne qualité d'image. Si des " flous ", parfois sous la forme de " blocs ", apparaissent sur vos images, c'est que votre taux de compression est trop élevé, comme le montre l'exemple ci-dessous à droite (Figure 2) :

Figure 1 : Image originale	Figure 2 : Image JPEG trop compressée

Des taux de compression élevés signifient également que les fichiers image sont réduits en supprimant une quantité de pixels stockés, de sorte que la qualité de l'image affichée en pâtit. D'autre part, le format JPEG réalise une compression grâce à de nombreuses techniques, parfois complexes, dont la " quantification " ou la suppression d'informations redondantes incluses dans toute image numérique, mais qui n'ajoute rien à la qualité de l'image.

Le format JPEG 2000 met à jour cette norme en incorporant des ondelettes qui éliminent essentiellement les effets de blocs à des niveaux de compression supérieurs et le remplacent par un flou général qui perturbe moins l'œil (voir la figure 3 ci-dessous).

Comme son nom l'indique, il a été conçu pour traiter la compression d'images fixes simples. De ce fait, il traite les sorties vidéo comme des images fixes. Il offre un taux très élevé de compression, mais une qualité d'image médiocre, ou des taux de compression légèrement moindres avec une bonne qualité d'image. Si des " flous ", parfois sous la forme de " blocs ", apparaissent sur vos images, c'est que votre taux de compression est trop élevé, comme le montre l'exemple ci-dessous à droite (Figure 2) :

Motion JPEG ou M-JPEG fournit un taux élevé de compression et convient particulièrement aux images animées ou à la vidéo. Pour l'essentiel, le format M-JPEG considère la sortie vidéo comme une série d'images JPEG. Les avantages de cette norme sont les mêmes que celle du format JPEG puisque les techniques de compression sont les mêmes. Les deux normes sont relativement similaires en terme de technologie utilisée pour compresser des données et peuvent, par conséquent, servir à fabriquer des appareils de codage et de décodage rentables. Ces normes se prêtent à leur tour à la production à moindre frais de caméras réseau, de magnétoscopes numériques et de serveurs vidéo.

Note : La plupart des caméra Axis utilise les formats de compression JPEG et M-JPEG. Les applications de vidéosurveillance utilisent systématiquement ces formats pour leur portabilité universelle, leur souplesse de manipulation image par image et la qualité des images fixes.

MPEG signifie Motion Picture Experts Group. Ce comité a été fondé à la fin des années 1980 dans le but de créer une norme de codage pour les images animées incluant le son. Il a depuis donné naissance aux formats MPEG-1, MPEG-2 et MPEG-4. La nouvelle génération de normes comprendra les format MPEG-7 et MPEG-21.

• MPEG-1 a été lancé en 1993 et représentait la première norme publique. Le format MPEG-1 a repris les techniques de compression vidéo développées pour la norme JPEG, auxquelles on a ajouté d'autres techniques pour coder efficacement les séquences vidéo. Avec le format de compression vidéo MPEG, seules les nouvelles parties d'une séquence vidéo sont incluses, tandis que les pixels de l'image qui ne changent pas sont simplement réutilisées, ce qui limite la quantité de données à compresser. La norme MPEG-1 est utilisée pour stocker des vidéos numériques sur des CD par exemple. Elle se concentre sur le taux de compression plutôt que sur la qualité de l'image. Beaucoup l'utilisent pour créer une sortie vidéo de qualité magnétoscope bien qu'étant numérique.
  
• MPEG-2 a cherché avant tout à accroître la technique de compression de la norme MPEG-1 afin de couvrir des images plus grandes et de meilleure qualité, aux dépens d'un taux de compression plus faible et donc d'une utilisation plus élevée de la bande passante. Il fournit également davantage de techniques avancées pour améliorer la vidéo à un même débit de 1,5 Mbps. Le coût élevé de la norme MPEG-2 la rend difficile à utiliser dans les applications de surveillance en temps réel, mieux adapter pour compresser la sortie vidéo numérique destinée au stockage sur des DVD.

Note : La norme MPEG-2 a été retenue en France pour la diffusion en clair des chaînes de Télévision Numérique Terrestre (TNT) qui verra le jour au printemps 2005. Le serveur vidéo AXIS 250S est capable de diffuser sur un réseau IP des images provenant d'une source MPEG-2.

• MPEG-4 prend en charge les applications où la bande passante disponible est faible, telles que les téléphones portables et les PDA (assistants numériques personnels), mais sert également pour les images de haute qualité et les applications sans limite de bande passante. Les films sont maintenant compressés à l'aide de la norme MPEG-4 et les téléphones portables vidéo utilisent également cette norme. Les formats MPEG-2 et MPEG-4 couvrent une gamme de tailles d'image, de taux d'image et d'usages de bande passante.

Figure 4 : Tableau de comparaison MPEG illustrant la
différence de taille et de taux d'image ainsi que l'utilisation
de la bande passante selon les version du format MPEG

Note : Les caméras Axis de nouvelle génération comme l'AXIS 210 et l'AXIS 211 utilisent simultanément les formats JPEG, M-JPEG et MPEG-4 pour satisfaire les exigences dans tous les domaines.

H.26x, le terme communément employé pour désigner les algorithmes de compression H.261 et H.263, a été conçu spécialement pour la vidéoconférence et, de ce fait, il sert à transmettre des données audio et vidéo par des lignes de bande passante extrêmement limitées dont les lignes téléphoniques analogiques du réseau téléphonique public communauté.

Cependant, puisque la capacité du réseau et la disponibilité de la bande passante deviennent de moins en moins problématiques, elles sont susceptibles d'être moins favorisées par le monde de la surveillance IP avec le temps.