Diapositive 1

Support de cours: Fondement du MultimdiaInstitut suprieur des Etudes Technologiques de MahdiaPrpar par : Hechkel AminaAssistant Technologue ISET Mahdia

Anne Universitaire : 2010/20111Mlle HECHKEL AminaElments de ContenuChane multimdia : acquisition, traitement, analyse, synthse, stockage, intgration, communication, etc.Transforme de Fourier : TFC, TFD, FFT.Numrisation : Echantillonnage (Th. De Shannon, CAN, CNA), Rsolution, Quantification.Perception visuelle et SVH (RGB et systmes virtuels).Objets multimdias : textes, sons, images animes, vido (normes, codage, formats).Outils logiciels.2Mlle Hechkel Amina2Mlle HECHKEL AminaPlanIntroductionLe sonLimageLa vidoBibliographieMultimdia 3Mlle Hechkel Amina3Mlle HECHKEL AminaPlanIntroductionLe sonLimageLa vidoBibliographieMultimdia 4Mlle Hechkel Amina4Mlle HECHKEL AminaIntroduction : Dfinition Multimdia = multi + mdia Multi : plusieurs Mdia : (medium) milieu de diffusion de linformation Coexistence sur un mme support de plusieurs mdias (texte, son, image, vido)Intgration sur un mme support de donnes de diffrents types en vue de leur manipulation (ventuellement interactive) laide de loutil informatique.

5Mlle Hechkel Amina5Mlle HECHKEL AminaIntroduction : Dfinition Outil informatique : Choix du matriel et du logiciel (Norme MPC) Traitement numrique Lordinateur est la fois loutil de : Acquisition Traitement Stockage Restitution (communication)Interactivit : Lutilisateur choisit: Les lments auxquels il veut accder Le moment auquel il accde ces lments6Mlle Hechkel Amina6Mlle HECHKEL AminaIntroduction : Dfinition Les moyens de linteraction Les priphriques (clavier, souris, cran, microphone, ) Une interface (graphique) Hypermdia (structure arborescente)7Mlle Hechkel Amina7Mlle HECHKEL AminaIntroduction : HistoriqueN dans les annes 80 Microinformatique Interfaces graphiques Hypercard (Apple)Rencontre de plusieurs domaines Audiovisuel Informatique Tlcommunications Arts graphiques

8Mlle Hechkel Amina8Mlle HECHKEL AminaIntroduction : HistoriqueBnficie des avances technologiques Technologies de stockage Mthodes de compression/Dcompression Puissance de calcul Transmission de linformationNTIC : Nouvelles Technologies de lInformation et de la Communication (IT) Fusion du Multimdia, Internet, Tlphonie mobile et Tlvision numrique

9Mlle Hechkel Amina9Mlle HECHKEL AminaIntroduction : ObjectifsAcqurir, Stocker, Manipuler, Grer, Diffuser Des chiffres, du texte, des images, de la vido Besoins Grandes quantits dinformation Numriser Compromis Stockage Qualit Cot Transmission10Mlle Hechkel Amina10Mlle HECHKEL AminaIntroduction : ObjectifsCaractristiques du multimdia (daprs des tudes psychologiques) La mmoire humaine est capable de mmoriser 10% de ce quon lit 20% de ce quon entend 30% de ce quon voit 50% de ce quon entend et voit 60% de ce quon dit 70% de ce quon pratique 80% de ce quon pratique et on expose Proverbe chinois : jentend et joublie, je vois et je me rappelle, jexprimente et japprends Volumineuse, complexes (dimension spatiotemporelles)11Mlle Hechkel Amina11Mlle HECHKEL AminaINTRODUCTION : ApplicationsPotentiel norme dutilisation Se divertir Sinformer Se former Communiquer Vendre... Applications grand public Journaux en ligne Visites virtuelles (de muses)Encyclopdies VOD (Vido On Demand) Jeux12Mlle Hechkel Amina12Mlle HECHKEL AminaINTRODUCTION : ApplicationsApplications professionnelles Prsentation dentreprise Commerce lectronique Mdecine (aide au diagnostic) Architecture et btiments (simulation)13Mlle Hechkel Amina13Mlle HECHKEL AminaINTRODUCTION : Projet multimdiaRecherche et analyse Public cible : niveau dexpertise et besoins Recherche de contenu Contexte dutilisation (contraintes)Conception Synopsis du projetScnarisation (storyboarding) Description dtaille des diffrents lments multimdiaPrototypageDveloppementTest et validation14Mlle Hechkel Amina14Mlle HECHKEL AminaINTRODUCTION : Les mtiersDe la production diteurs, producteurs, juristes, prospecteursDe la cration Auteurs, directeurs artistiques, scnaristes, ergonomes, illustrateursDe la ralisation Ralisateurs, directeurs techniques, dveloppeurs (programmeurs, infographistes, etc.) ingnieurs du son, dialoguistes, testeurs, traducteursDe lexploitation Fournisseurs daccs, spcialistes rseau, packagingDe la distribution Commerciaux pour la vente sur support, pour la vente en ligneDe lutilisation Bibliothcaires, formateurs15Mlle Hechkel Amina15Mlle HECHKEL AminaINTRODUCTION : Les mtiersDe la production diteurs, producteurs, juristes, prospecteursDe la cration Auteurs, directeurs artistiques, scnaristes, ergonomes, illustrateursDe la ralisation Ralisateurs, directeurs techniques, dveloppeurs (programmeurs, infographistes, etc.) ingnieurs du son, dialoguistes, testeurs, traducteursDe lexploitation Fournisseurs daccs, spcialistes rseau, packagingDe la distribution Commerciaux pour la vente sur support, pour la vente en ligneDe lutilisation Bibliothcaires, formateurs16Mlle Hechkel Amina16Mlle HECHKEL AminaPlanIntroductionLe sonLimageLa vidoBibliographieMultimdia 17Mlle Hechkel Amina17Mlle HECHKEL AminaDfinition : Le sonDfinition 1: Cest un phnomne ondulatoire d un phnomne physique, c'est donc un phnomne continu (analogique) qui peut-tre produit par vibration.Dfinition 2: Le son est une onde sinusodale produite par la vibration mcanique d'un support fluide ou solide et propage grce l'lasticit du milieu environnant sous forme d'ondes longitudinales.Par extension, le son dsigne la sensation auditive lie cette vibrationL'onde sonore est reprsente le plus souvent par une courbe sinusodale.18Mlle Hechkel Amina18Mlle HECHKEL AminaDfinition : son et projet multimdia

Deux types dutilisation: Contenu Sonore Narration Description de contenu (voice-overs) Musique (chanson) Ambiance sonore Fond sonore (musique daccompagnement) Effets sonores (clic sonore)19Mlle Hechkel Amina19Mlle HECHKEL AminaProprits du sonLe son sous forme donde (spectre de modulation d'amplitude)Frquence :Linverse de la priode (1/p)Cest la hauteur (grave, aigu)Nombre de pics (crte) par secondeUnit: Hz (1 Hz= 1pics par seconde)Plage audible: 20 Hz - 20KHz

20Mlle Hechkel Amina20Mlle HECHKEL AminaProprits du sonLes sons dont les frquences sont plus faibles que la plus petite frquence audible (donc, du ct des graves) sont appels les infrasons (20 Hz chez l'homme).Les sons dont les frquences sont plus leves que la plus haute frquence audible (donc, du ct des aigus) sont appels les ultrasons (20 000 Hz chez l'homme).

Les frquences les plus utilises par l'Homme sont comprises entre 1 et 3 KHz. Mais, la plage audible est de 20Hz environ 20 KHz (non audibles : infrasons et ultrasons)Largeur de bande : diffrence entre plus haute et plus basse frquence Intensit (volume)21Mlle Hechkel Amina21Mlle HECHKEL AminaProprits du sonIntensit (diffrence de pressions)L'intensit correspond lamplitude (diffrence de pression).Exprime en dcibels (dB) qui sont des units logarithmiques.Exemples: Voix humaine : 35 70 dB, Aspirateur : 70 dB, Trafic automobile intense : 85 dB,Dtonation d'une cartouche 9 mm : 120 dB, Avion raction au dcollage : 135 dB,Amplificateur de grande puissance : 140 dB.

22Mlle Hechkel Amina22Mlle HECHKEL AminaProprits du sonTimbre: Cest la diffrence entre deux sons ayant la mme hauteur et le mme volume (mme frquence, mme intensit): cest la qualit de sensation.Le timbre dpend de l'intensit des harmoniques qui accompagne le son fondamental.Exemple:Des instruments de musique jouant un do ont des intensits d'harmoniques diffrentes. Cela n'empche pas de reconnatre ce do qu'il soit mis par une soprane, un piano ou un cor de chasse.23Mlle Hechkel Amina23Mlle HECHKEL AminaProprits du sonFondamentale et harmoniquesUne onde priodique complexe peut-tre dcompose en un ensemble dondes priodiques simples. Ainsi, un son est, en gnral, un mlange de frquences dites "harmoniques" qui sont des multiples entiers de la frquence de base. Calcul des harmoniques : Transforme de Fourier Signal analogiqueSignal analogique:

Signal discret:

24Mlle Hechkel Amina24Mlle HECHKEL AminaProprits du sonVitesse de sonLa vlocit du son varie suivant le milieu dans lequel il se propage. Le principal facteur de la variation est la densit de ce milieu : dans un gaz, sa vitesse est plus faible que dans un liquide. Par exemple, le son se propage approximativement 343 m.s-1 dans l'air et 1500 m.s-1 dans l'eau.

25Mlle Hechkel Amina25Mlle HECHKEL AminaNumrisation Pour pouvoir reprsenter un son sur un ordinateur, il faut arriver le convertir en valeurs numriques: la numrisation. Cest la conversion de lanalogique au numrique. On dit aussi discrtisation dun signal continu vers un signal discret.Deux tapes dans la numrisation sont lchantillonnage et la quantification. Les contraintessont: Ne pas dtriorer le signal analogique.Limiter lespace de stockage. 26Mlle Hechkel Amina26Mlle HECHKEL AminaNumrisationLa conversion est obtenue grce un circuit lectronique intgr appelConvertisseur Analogique-Numrique(CAN).Etapes rsumes dans la figure 1 et 2 suivantes.

Exemple de numrisation dun signal analogique27Mlle Hechkel Amina27Mlle HECHKEL AminaNumrisation: chantillonnageModle de lchantillonnageLopration mathmatique associe cette discrtisation revient multiplier le signal e(t) par un peigne de Dirac Te (t):Xs (t) = X(t).p (t) = Xs(t). k (t kTe)

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Mlle Hechkel Amina28Mlle HECHKEL AminaNumrisation: chantillonnagePrincipeOn prend ainsi des valeurs de e(t) des intervalles de temps rgulier (tous les Te, priode dchantillonnage) une frquence Fe dite frquence dchantillonnage. Plus la frquence est leve, plus la numrisation est de qualit.Si le spectre du signal dorigine une frquence suprieur Fe/2: effet de repliement.Dans ce cas, il nest plus possible de retrouver le signal dorigine. Puisque lopration dchantillonnage modifie les caractristiques dentre. On devra donc respecter la condition de Shannon:

29Mlle Hechkel Amina29Mlle HECHKEL AminaNumrisation: chantillonnagePrincipeAvant dchantillonner le signal, on applique un filtre pour limiter cet effet de repliement: Filtre passe bas (filtre anti-repliement) pour enlever les frquences suprieures Fe.

Utilisation du filtre en amont de lchantillonneur30Mlle Hechkel Amina30Mlle HECHKEL AminaNumrisation: chantillonnageExemple Pour la musique, la frquence maximale audible est de 20 kHz, en comptant trs large. La frquence d'chantillonnage des CD-audio, de 44,1 kHz, respecte bien ce thorme.Application la voix en tlphonie : frquence maximale : 3700 Hz. Quelle frquence d'chantillonnage minimale choisir ?Choix dune frquence dchantillonnageLes frquences usuelles sont de 44,1 kHz et 48 kHz!!!Le choix est galement fonction des performances de loreilleComme il faut au moins 2 chantillons pour recrer un signal, le choix sera :fe 2 frquence max (thorme de Shannon ou de Nyquist)

31Mlle Hechkel Amina31Mlle HECHKEL AminaNumrisation: chantillonnageLchantillonnage blocageUne fois le signal filtr et chantillonn, il reste le quantifier. On doit maintenir constant la valeur quantifier afin de permettre au CAN de traiter l'chantillon et de le numriser. On appelle cette opration, le blocage. Ce blocage doit tre dune dure suprieure au temps de conversion.

Chaine de Conversion Analogique numrique32Mlle Hechkel Amina32Mlle HECHKEL AminaNumrisation: QuantificationThorie de la quantificationLe signal chantillonn - bloqu peut ce stade tre converti sous forme binaire (numrique) pour tre stock. Ce codage s'appelle la quantification. De l vient le nom de la technique : PCM ("Pulse Code Modulation") ou MIC ("Modulation Impulsion Code").Le rle de la quantification est de donner une image binaire dun signal analogique :Passage: Analogique Numrique Signal Continu Signal discret Tension chiffre33Mlle Hechkel Amina33Mlle HECHKEL AminaNumrisation: QuantificationEffectu par un circuit intgr (CAN, ADC).A Chaque valeur mesure est associe une valeur binaire code sur n bits (nombre de bits de quantification).N bits permettent de distinguer 2n niveaux de tension entre Vm et +Vm.On a ainsi le pas de quantification:

Application:Un signal de +/- 5 V cod su8 bits, donner le pas de quantification q. Rponse: 39 mV.

34Mlle Hechkel Amina34Mlle HECHKEL AminaNumrisation: QuantificationFonction escalier dun CANLa caractristique dentre sortie dun CAN est une caractristique en marche descalier. Chaque palier a une largeur dun pas de quantification q. Le passage dun palier un autre correspond une variation de 1 du code.Le pas de quantification est appele quantum, il correspond la rsolution du convertisseur. Le quantum est la plus petite variation de tension que le convertisseur peut coder.

Fonction escalier dun CAN35Mlle Hechkel Amina35Mlle HECHKEL AminaNumrisation: QuantificationBruit de quantificationLors de la quantification, une erreur de codage entre le signal chantillonn et la valeur du code correspond un niveau de tension (ce niveau de tension tant la moyenne des tensions correspondant ce code): Gamme de tension Code uniqueLors du codage, tous les niveaux compris dans la gamme reoivent le mme code.La quantification fournie une valeur approximative du signal donc introduit un bruit:Rapport Signal Bruit (Signal Noise Ration):

36Mlle Hechkel Amina36Mlle HECHKEL AminaNumrisation: QuantificationBruit de quantificationLe rapport Signal/Bruit pour un signal utilisant la pleine chelle vaut environ: SNR dB =6.N + 2 Amplitude du signal et rapport S/B:Le rapport Signal/Bruit S/B=6N+2 est obtenu pour la pleine chelle et diminue si lamplitude du signal numris est plus faible. Exemple: un CAN 8 bits travaille sur une plage dentre de -5V +5V :un signal damplitude Smax= 5V sera digitalis sur 256 niveaux, do un rapport S/B = 6.N + 2 = 50 dBun signal damplitude 1,25V sera digitalis sur 64 niveaux soit 6 bits, do un rapport S/B = 38 dB pour S/Smax= 0,25 = -12 dB

37Mlle Hechkel Amina37Mlle HECHKEL AminaQuantification uniforme (linaire)La fonction de quantification uniforme attribue le mme niveau tous les signaux situs dans une plage de tension donne: le quantum q est donc constant.

Le bruit de quantification (ou bruit de numrisation) apparut, diminue si la prcision, cest--dire le nombre de bits N, de la conversion augmente

38Mlle Hechkel Amina38Mlle HECHKEL AminaQuantification uniforme (linaire)Le nombre de niveaux de quantification est bien-sr li au nombre de bits N du CAN :Un convertisseur 8 bits quantifie le signal analogique sur 256 niveaux, q = 19,5 mV si E = 5VUn convertisseur 12 bits quantifie le signal analogique sur 1024 niveaux, q = 4,9 mV si E = 5VUn convertisseur 16 bits quantifie le signal analogique sur 65536 niveaux, q = 0,076 mV si E = 5VApplication:Calculer en Volts le quantum lorsque le signal analogique a une amplitude 10 et la conversion est sur 8 bits. (Rponse: q=20/256=0,078).Le rapport signal/bruit est particulirement dfavorable pour les signaux de petites amplitudes. Une quantification non-linaire est donc requise.39Mlle Hechkel Amina39Mlle HECHKEL AminaQuantification non linairePour obtenir un rapport signal/bruit de quantification constant (ie indpendant de l'amplitude), il faut videmment faire varier le pas de quantification selon l'amplitude.le pas est petit pour les chantillons de faible amplitudele pas est grand pour des chantillons de forte amplitudeEn tlphonie, la quantification est pas variable et utilise une courbe non linaire appele loi A en Europe et loi mu aux Etats-Unis

Quantification non linaire40Mlle Hechkel Amina40Mlle HECHKEL AminaFormats et standardsOn peut calculer la taille dun fichier son comme suit:Taille(en bits) = Fe * N * D * VAvec:Fe: Frquence dchantillonnage (8 KHz, 44,1 KHz, etc)N: nombre de bits de quantification (8 bits, 16 bits)D: Dure(en s)V: Nombre de voies (mono: 1 voie, stro: 2 voies, quadri, etc)On peut aussi calculer le dbit:Dbit (en bps)= Fe * N * V

41Mlle Hechkel Amina41Mlle HECHKEL AminaCodageEn principe, le codage dsigne le type de correspondance que l'on souhaite tablir entre chaque valeur du signal analogique et le nombre binaire qui reprsentera cette valeur.Le type de codage : PCM - Diffrentiel (delta) - Prdictif - Adaptatif - etc.

Codage PCM (Pulse Coded Modulation)En franais, MIC: Modulation par Impulsions Codes. Utilis au dpart pour la tlphonie.Il sagit de coder chaque chantillon sa valeur relle (contrairement ce qui se fait dans le codage diffrentiel). 42Mlle Hechkel Amina42Mlle HECHKEL AminaCodage (suite)Codage diffrentiel ou codage "delta"Ce codage consiste valuer (coder) la diffrence entre le niveau du signal l'instant de l'chantillonnage et le niveau qu'il avait lors de l'chantillonnage prcdent. Standard DPCM (Differential PCM)

Codage diffrentiel43Mlle Hechkel Amina43Mlle HECHKEL AminaCodage (suite)Codage prdictifFonction de prdictionCoder la diffrence entre la valeur relle et la valeur prditeStandard : LPC (Linear Predictive Coding/ Codage linaire prdictif pour la parole), WarpedLPC. Codage adaptatifAdapte le nombre de bits au type de variation sonore qu'il dtecte.Trs utile pour adapter la qualit d'un son l'encombrement du rseau qui le transmet.Standard: ADPCM(Adaptative PCM). Codage par transformationTransformer le signal avant codageStandards : DCT (Discrete Cosine Transform), DFT (Fourier), DWT (Wavelet)44Mlle Hechkel Amina44Mlle HECHKEL AminaCompression de sonUn son numris est une squence d'octets en mmoire.La compression consiste trouver une squence d'octets plus courte dont l'effet sonore soit semblable celui de la squence initiale.Buts de la compression:Gain de place dans le cas d'un enregistrement, conomie de bande passante dans le cas d'une transmission,Gain de temps dans le cas d'un transfert de fichier (Internet)On calcule ainsi le taux de compression:Taux de compression(%) = Taille compress/ Taille originaleExemple: C= 25/100= 0,25 soit 25 %45Mlle Hechkel Amina45Mlle HECHKEL AminaAlgorithme de CompressionOn cite ci-dessous quelques algorithmes de compression/dcompression (Codec):Algorithme de compression sans perteLa suite de bits obtenue aprs les oprations de compression et de dcompression est strictement identique loriginale, cet algorithme est utilis pour nombreux types de donnes (documents, fichiers excutables, fichiers textes). RLE(Run Length Encoding): Toute suite de bits ou de caractres identiques est remplac par un couple:(nombre doccurrence, bit ou caractre rpt)Exemple: AAAAAAAAZZZEEEE devient 7A3Z4E.LZW: Codage par dictionnaire (une table de donnes contenant des chanes de caractres), peu efficace pour les images et donne de bons rsultats pour les textes et les donnes informatiques en gnral (plus de 50 %). 46Mlle Hechkel Amina46Mlle HECHKEL AminaAlgorithme de CompressionAlgorithme de compression avec perteLa suite de bits obtenue aprs les oprations de compression et de dcompression est diffrente de loriginale mais linformation reste sensiblement la mme, utilis pour les types de donnes: images, sons et vidos. MPEGADPCM

47Mlle Hechkel Amina47Mlle HECHKEL AminaFormats de fichiers audioIls sont plus que 50 formats: WAV, MP3, WMA, AAC, OGG, RA, MIDI,etcWAV: Waveform audio formatDvelopper par IBM et Microsoft (plateforme Windows),Conteneur capable de recevoir des formats varisIl peut tre mono ou stro.Extension: .wav

48Mlle Hechkel Amina48Mlle HECHKEL AminaFormats de fichiers audio (suite)MP3: abrviation de MPEG-1/2 Audio Layer 3Moving Picture Expert Group (Layer 3: couche 3)La partie audio du MPEG-1 est dcompose en MPEG-1 Audio Layer I, II et III. Ce dernier format est plus connu sous le nom de MP3 et permet une compression sur 2 voies audio.Concurrent de WMA,Trs rapide lencodage,Dbit jusqu 320 kbps.WMA (Windows Media Audio)Alternative au MP3 par MicrosoftCompatible seulement avec les logiciels MicrosoftSuffixe: .wma49Mlle Hechkel Amina49Mlle HECHKEL AminaFormats de fichiers audio (suite)AAC (Advanced Audio Coding)Extension du MPEG-2Concurrent de WMA par Apple (iPod, iTunes)Compression avec bonne qualitDe 8 96KHz et jusqu 48 canauxExtensions .mp4, .aac, .m4aOGGFormat Open source (libre et gratuit)Amlioration du MP3 (Compression et qualit)Compression selon Vorbis (algorithme diffrent de MP3, WMA et AAC)RA (RealAudio)Format de RealNetworksApplication en streamingGrand taux de compressionCompatible avec Realplayer uniquement. 50Mlle Hechkel Amina50Mlle HECHKEL AminaSon multi-canalDsigne lutilisation de plusieurs pistes audio en vue de la restitution sur un systme comportant plusieurs enceintes (baffles) horizontalement (restitution 3D).Exemple:Il existe une terminologie associ: deux chiffres spars par un point (2.1, 5.1).1er chiffre: Nombre de canaux principaux destins tre restituer sur une enceinte.2me chiffre: dsigne la prsence deffets basse frquence destins tre restitu sur une enceinte (caisson de basse).1.0: monocanal / 2.0: source sonore stro.

51Mlle Hechkel Amina51Mlle HECHKEL AminaApplicationConsidrons une chanson de 5 min numrise avec une carte son en qualit CD.1) Calculer le volume occup par cette chanson en Mga octet.Pour cette chanson la carte va gnrer 44100 chantillons par seconde. Chaque chantillon va occuper 16 bits= 2 octets.2) Dduire le dbit en bps et la capacit dun CD 700 MOctet en minutes.52Mlle Hechkel Amina52Mlle HECHKEL AminaPlanIntroductionLimageLa vidoBibliographieMultimdia Le son53Mlle Hechkel Amina53Mlle HECHKEL AminaDfinitionsLumire: aspect particulaire / aspect ondulatoireOnde monochromatique : caractrise par une longueur donde (en A: Angstrom ou en nm : nanomtre).nergie lectromagntiqueLa couleur est une perception humaine de lapparence des objets soumis un rayonnement visible ; elle dpend de lobjet comme de la lumire.Couleurs mtamres: composition diffrente mais mme couleur rsultante. 2 objets mtamres peuvent ne pas le rester sous un autre clairage.54Mlle Hechkel Amina54Mlle HECHKEL AminaSpectre lectromagntique de la lumire

55Mlle Hechkel Amina55Mlle HECHKEL AminaPerception visuelle

Le systme visuel humainLes rayons lumineux rflchis se focalisent sur une zone particulire de la rtine. La rtine contient environ 150 millions de cellules dont une centaine de millions de cellules photo-rceptrices: les cnes et btonnets.56Mlle Hechkel Amina56Mlle HECHKEL AminaPerception visuelle (suite)On distingue ainsi 3 types de cnes : Les cnes S sensibles des longueurs donde courtes (short), les cnes M sensibles des longueurs donde moyennes (medium) et les cnes L sensibles des longueurs donde longues (long).Cest l lorigine de laspect trichromatique de la vision des couleurs.Les cnes L sont sensibles au jaune-vert rouge, les cnes M au vert et les cnes S au bleu.Les cnes S sont les moins nombreux : 64 % L, 32 % M et seulement 2% S, bleus.Sensibilit plus grande lintensit (luminance) quaux variations de couleur (chrominance)57Mlle Hechkel Amina57Mlle HECHKEL AminaLIMAGE Espaces colorimtriquesLa couleur est une notion subjectiveExpriences dgalisation : comparer 2 sensations lumineuses. Thorie trichromatique (Young-Helmotz 1801)La couleur est de nature tridimensionnelle: Trois primaires sont donc ncessaires et suffisants pour produire toute couleurMtamrisme: possibilit de produire une couleur partir de primaires diffrentsChoix des 3 couleurs primaires:MonochromatiqueAucune des 3 couleurs ne peut tre obtenue par le mlange des 2 autresMlange additif : Rouge (R), le Vert (G) et le Bleu (B),Mlange soustractif : Jaune (Y), le Magenta (M) et le Cyan (C).58Mlle Hechkel Amina58Mlle HECHKEL AminaSynthse de la couleurSynthse additiveAddition de lumires colores (rouge + vert=jaune)Juxtaposition spatiale ou temporelleR +G= JR + B = MB +G=CR + B + G = W (blanc)2 couleurs complmentaires produisent du blanc:jaune et bleu, magenta et vert, cyan et rouge.Exemple : J + B = R + B + G = W

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Mlle Hechkel Amina59Mlle HECHKEL AminaSynthse de la couleurSynthse SoustractivePrincipe dabsorption slective (filtre)La synthse soustractive est trs souvent associe aux primaires CMJ (Cyan, Magenta, Jaune). De lencre jaune dpose sur une feuille blanche soustrait la composante bleue une lumire blanche.

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Mlle Hechkel Amina60Mlle HECHKEL AminaEspaces de reprsentationEspaces RGB :En utilisant les travaux de Wright et Guild, la CIE (Commission Internationale de lclairage) a propos ces 3 fonctions et a adopt trois primaires notes [Rc], [Gc] et [Bc], de longueurs donde respectives 700,0 nm, 546,1 nm et 435,8 nm. (Lindice c rappelle CIE).

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Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina61Espaces de reprsentationEspaces virtuels :En 1931, les travaux de Judd ont permis la CIE dtablir le systme de rfrence colorimtrique dont les primaires sont virtuelles ou imaginaires et permettent de pallier les inconvnients du systme RGB. Le systme XYZ correspond un changement de primaires et sobtient ainsi laide dune simple matrice de passage partir du systme RGB:62

X(l) = 2.7690 RC(l) + 1.7518 GC(l) + 1.1300 BC(l)Y(l) = 1.000 RC(l) + 4.5907 GC(l) + 0.0601 BC(l)Z(l) = 0 RC(l) + 0.0565 GC(l) + 5.5943 BC(l)Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina62Espaces de reprsentationEspaces uniformes : CIE Lab (CIE L*a*b*) Not souvent Lab est conu pour quune distance dans cet espace reprsente le mme cart visuel quelque soit la rgion o lon considre cette distance.Les composantes L*, a* et b*:a* correspond un axe Rouge-Vertet b* un axe Jaune-BleuL* correspond la luminance63

Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina63Espaces de reprsentationSystmes perceptuelsIl existe de nombreux systmes de ce type prsents sous diffrentes dnominations telles que ISH, HSL, HSV, TLS, LCH, LSH, LST, ITSCes systmes se diffrencient entre eux par lorigine choisie de langle de teinte et par le calcul de la teinte et de la saturation.T: TeinteS: SaturationL: Luminance64 Le slecteur de couleur de Photoshop et modes colorimtriques supports

Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina64Espaces de reprsentationSystmes de luminance-chrominance pour la vido Permettre le fonctionnement la fois des tlviseurs NB et couleur. Il est en effet ncessaire quun tlviseur Noir et Blanc puisse recevoir des missions couleur. De mme, les tlviseurs couleurs doivent pouvoir recevoir les missions diffuses en noir et blanc. il faut pour cela que linformation de luminance quil peut dcoder soit spare des signaux de chrominance. Utilis par les standards NTSC (USA et Japon), PAL et SECAM Sparation Luminance et Chrominance Luminance : Y du systme XYZ Chrominance :C1 = a1(R-Y) + b1(B-Y)C2 = a2(R-Y) + b2(B-Y)avec a1, b1, a2, b2 spcifiques aux standards NTSC, PAL ou SECAM.65Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina65Espaces de reprsentationNTSC : (illuminant C, primaires FCC : RF GF BF ) Y = 0,299RF + 0,587GF + 0,114BF I = 0,74(RF - Y) - 0,27(BF Y) Q = 0,48(RF - Y) + 0,41(BF - Y)YIQ peuvent tre aussi calculs partir des RGB de la CIE ou de XYZ.PAL : (illuminant D65, primaires EBU : RE GE BE) Y = 0,299RE + 0,587GE + 0,114BE U = 0,493(BE - Y) V = 0,877(RE - Y)Le standard SECAM dfinit le systme (Y,Cr,Cb) avec : Cr = -1.9(RE - Y) Cb = 1,5(BE - Y)66Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina66Conversion entre modlesConversion de RVB vers CMJN

Conversion de RVB vers CMJN

Exemple: Convertir la couleur RGB(0.2,0.5,0) en CMY puis en CMYK.RGB vers CMY C=1-R= 1-0.2= 0.8 M=1-G= 1-0.5= 0.5 Y=1-B= 1-0= 167

CMY vers CMYK K=min(C,M,Y) = 0.5 C=C-K= 0.8-0.5= 0.3 M=M-K= 0.5-0.5= 0 Y=Y-K= 1-0.5= 0.5Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina67Conversion entre modlesRGB HSV(TSL) :h[0,360],s,v,r,g,b[0,1] MAX=max(r, g, b)MIN=min(r,g,b)

Exemple: Convertir la couleur RGB(0.3,0.1,0.25) vers HSV MAX = 0.3 MIN=0.1 H=60x((0.1-0.25)/(0.3-0.1))+360= 315 S=1-(0.1/0.3)= 0.66 V= 0.368

Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina68Conversion entre modlesRGB HSV(TSL) h[0,360] s,v,r,g,b[0,1]

Exemple: Convertir la couleur RGB(0.3,0.1,0.25) vers HSV MAX = 0.3 MIN=0.1 H=60x((0.1-0.25)/(0.3-0.1))+360= 315 S=1-(0.1/0.3)= 0.66 V= 0.369

Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina69Conversion entre modles: ExerciceComplter le tableau suivant sachant que:R,G,B,C,M,Y et K est dans [0,255]H dans [0,360]S et V dans [0,240]

70RGBCMYCMYKHSV51.102.240250,25,5110,155,0,100180,120,30Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina70LIMAGE Dfinition et typesImage numrique: ensemble de points lmentaires reprsentant chacun une portion de limage : le pixel (picture element)Une image est dfinie par: Nombre de pixels en largeur et hauteurLtendu des nuances de gris ou de couleur de chaque pixel (dynamique de limage)Deux types :Images Matricielles Images Vectorielles71Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina71LIMAGE Dfinition et typesImages vectorielles:Reprsenter les donnes de limage par des formes gomtriques dcrites dun point de vue mathmatiqueFichier de taille rduiteRedimensionnement sans perte de qualitFacilit de retouche (lments indpendants)Inutilisable pour les photographiesFormats non standardiss DXF, PIC, WMF, SVG, SWF, PDF Utilise XML72

Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina72LIMAGE Dfinition et typesImages MatriciellesMatrice de pixels (pixelmap ou bitmap)Taille du fichier (poids de limage) dpend de la rsolution et du codage de la couleurRsolution : dfinit le degr de dtail reprsent par une image en dpi (dots per inch) ou ppp (points par pouce=2.54 cm)Pixellisation avec lagrandissementFormats standardiss : BMP, JPEG, GIF, PNG, 3typesImages binairesImages en niveaux de grisImages en couleurs73

Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina73LIMAGE Dfinition et typesRsolution et taille dimage Taille en pixels = taille en pouces * rsolution Une image de 5*5 cm scanne a 100 dpi aura une taille de 197 pixels sur 197 pixels (5/2.54)*100= 196.85 pixels Pixellisation:74

Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina74LIMAGE Dfinition et typesImages binaires (bitmap)Chaque pixel est soit noir soit blanc1 pixel = 1 bit en mmoire (0: noir , 1: blanc)Convient pour les documents texteImages en niveaux de grisPour n bits 2n niveaux de grisGnralement 1 pixel = 1 octet 256 niveaux de gris

75

Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina75LIMAGE Dfinition et typesImage en couleursIl existe plusieurs modes de codage de la couleur. Le plus utilis est le codage Rouge, Vert, Bleu (RVB) 24 bits.Chaque pixel sur 3 octets soit 24 bits : le rouge de 0 255 , le vert de 0 255, le Bleu de 0 255.On obtient ainsi 256 x 256 x 256 = 16777216 (plus de 16 millions de couleurs diffrentesDonc : 1 pixel = 3 octets = 24 bits76

Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina76Acquisition/NumrisationDiffrents chemins possibles des images : Acquisition/numrisation Scne analogique -> image numrique Mmorisation Image volatile -> image permanente Traitement Produit une autre image de sortie, ventuellement dautres grandeurs de plus haut niveau (analyse dimages) Visualisation ou restitution Sous forme analogique le plus souvent77Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina77Acquisition/NumrisationDeux moyensOutils de dessin : Photoshop, Autocad, .Numrisation dimageNumrisation dimagechantillonnage + quantification78

Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina78Acquisition/Numrisationchantillonnagele dcoupage de l'espace tudier en pavs rguliers de la surface I(x,y) tudier.Superposition dune grille au plan de limageDtermine le nombre de pixels en ligne et en colonneUn nombre faible de pixels aliasing (escaliers sur les contours) 79

Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina79Acquisition/NumrisationQuantificationTransformation dune amplitude (niveau de gris, couleur) valeur continue (intervalle [0,1] dans IR) vers une valeur discrte dans IN.Pour une image en 256 niveaux de gris chaque amplitude est code sur 1 octet.Une quantification faible faux contours80

Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina80Matriel de numrisation81Capteurs photosensibleLnergie incidente est convertie en signal lectriqueLa sortie est proportionnelle lumire/couleurCCD (Charge Coupled Device) ou CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)

Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina81Matriel de numrisation82Exemples :Scanner mainScanner manuellementOrientation et vitesse variablesLecteurs de codes barresScanner platScan de documents texte ou imagesVitesse et orientation automatiquesScanner diapositives : petite fentre (36mm) grande rsolution (4000dpi)APN (Apparei Photo Numrique) : taille de limage en Mpixels

Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina82LIMAGE Matriel de numrisationExercice:Quelle est la taille en Mo de limage obtenue par numrisation dune page A4 (21x29.7 cm) par un scanner ayant une rsolution de 1200 dpi une profondeur de 36 bits ?Soit un APN de 5 MP et 64 MO de mmoire interne. Quel est le taux de compression utiliser pour y stocker au moins 64 photos ?83Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina83MmorisationDualit Qualit/Taille en mmoireAlgorithmes de compression des images Sans perte (RLE, LZW, Codage de Huffman) Avec perte Par transformation : DCT, DWT, FT Par prdiction : DPCM, ADPCMFormats de fichiers image Propritaires Ouverts et multiplateforme84Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina84LIMAGE Mmorisation - CompressionRLE ou RLC(Run Length Encoding/Coding)Bas sur la redondance des valeurs conscutives

Une suite de valeurs identiques est code par 2 valeurs : le nombre de rptitions et la valeur rpte Exemple :AAAAAAAAAABBBBBBCCCCCCC => en RLE 10 A 6 B 7 CAlgorithme efficace sil y a beaucoup de surfaces uniformesESTIMATION => 1E1S1T1I1M1A1T1I1O1N85

Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina85LIMAGE Mmorisation - CompressionEn noir et blanc :0000000000111110000001111111111 Donne 10 0 5 1 6 0 10 1

Format BMP4 pixels de couleur 0E : 0E 0E 0E 0EDonnes compresses : 04 0E2 pixels de couleur ABCD : AB CD AB CDDonnes compresses : 00 02 AB CD

Si loctet 1 diffrent de 0 alors octet 1 est le nombre de pixel rpter, loctet 2 indique la couleur du pixel. Si loctet 1 = 0 alors si loctet 2 >= 3, loctet 2 indique le nombredoctet utiliser (de 3 a 255). Si loctet 1 et 2 = 00 00 -> fin de ligne. Si loctet 1 et 2 = 00 01 -> fin de limage.86Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina86LIMAGE Mmorisation - CompressionExercice1. Donner le codage RLE de la chane BELLE BALLE BLEUE. Calculer le taux et le gain de compression.2. Donner le codage RLC de limage ci-dessous avec les hypothses suivante: Chaque ligne est reprsente par des entiers reprsentantles longueurs des pages La dernire plage est remplace par la marque de fin deligne Codage des lignes conscutives87

Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina87LIMAGE Mmorisation - CompressionCodage de Huffman (David Huffman1952)But : rduire le nombres de bits utiliss pour le codage des caractres frquents dans un texte et daugmenter ce nombre pour des caractres plus rares.Algorithme de compression :on cherche la frquence des caractreson trie les caractres par ordre dcroissant de frquenceon construit un arbre pour donner le code binaire de chaque caractre

88Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina88LIMAGE Mmorisation - Compression89

Construction de larbre : on relie deux deux les caractres de frquence les plus basses et on affecte ce nud la somme des frquences des caractres. Puis on rpte ceci jusqu' ce que larbre relie toutes les lettres. Larbre tant construit, on met un 1 sur la branche droite du nud et un 0 sur celle de gauche. Exemple dencodage de Huffman Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina89LIMAGE Mmorisation - Compression90 LZW (Lempel Ziv Welch) : Compression

Aprs la compression: nous obtenons une squence de codes de 9 bits sur la sortie : TOBEORNOTElle ncessite 16 * 9 = 144 bits d'espace de stockage.Sans compression: La longueur de cette chane est de 24 caractres. Elle ncessite avec le codage ASCII : 24 * 8 = 192 bits d'espace de stockage.

w = Nul;tant que (lecture d'un caractre c) fairesi (wc existe dans le dictionnaire) alorsw = wc;sinonajouter wc au dictionnaire;crire le code de w;w = c;fin sifin tant quecrire le code de w;Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina90LIMAGE Mmorisation - Compression91 LZW (Lempel Ziv Welch) : Dcompression

lecture d'un caractre c;crire c; // ajout suite un oubliw = c;tant que (lecture d'un caractre c) fairesi (c > 255 && l'index c existe dans le dictionnaire) alorsentre = l'entre du dictionnaire de c;sinon si (c > 255 && l'index c n'existe pas dans le dictionnaire) alorsentre = w + w[0];sinonentre = c;fin sicrire entre;ajouter w+entre[0] au dictionnaire;w = entre;fin tant queMlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina91LIMAGE Mmorisation - FormatsBMP : Bitmap Pas de compression /RLE Windows et OS/2 Peut utiliser une palette de couleurs Codage des couleurs de 2 24 bits Poids lev du fichierRAW : Format natif des appareils photo Ncessite un prtraitement Non standardis (selon constructeur) Jusqu 14 bits par couleurs Qualit et facilit de retouche Poids trs lev92Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina92LIMAGE Mmorisation - FormatsGIF : Graphics Interchange Format de Compuserve Palette de 2 256 couleurs (8 bits pour les couleurs) Compression LZW Adapt aux pages web et inappropri aux photos Gif anim et entrelacPNG : Portable Network Graphics Jusqu 48 bits/pixel Compression sans perte (deflate) : meilleur rapportqualit/poids Gre la transparence (canal alpha) Animation APNG Entrelac93Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina93LIMAGE Mmorisation - FormatsTIFF : Tagged Image File Format Format extrmement flexible Compression : LZW, JPEG, .. Espaces de couleurs : RGB, CMYK, Lab, Format utilis avec les scanners et les imprimantes MtadonnesJPEG : Joint Photographic Experts Group Compression destructive : taux paramtrable Jusqu 24 bits/couleur Standard rpandu Jusqu un facteur de 20:194Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina94LIMAGE Traitement95 Addition

+ =

Soustraction

-- =

Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina95LIMAGE TraitementAutres traitements Dtection de contours Correction couleurs, contraste Reconnaissance de caractres Reconnaissance de formes96Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina96LIMAGE RestitutionReconversion de limage en analogique Visualisation sur cran Impression sur papierCaractristiques des crans : Taille de diagonale en pouces (rapport H/V = 4/3) Rsolution en dpi (souvent 72dpi, 96dpi) varie selon le mode daffichage: VGA (640x480), SVGA(800x600), XGA(1024x768), SXGA(1280x1024) Pitch ou pas de masque : distance entre 2 pixels (~0.28mm) Frquence de rafrachissement (60Hz) Nombre de couleurs (Synthse additive RGB)97Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina97Webographie - Bibliographie[1]: http://perso.wanadoo.fr/arsene.perez-mas[2]: ACQUISITION et TRAITEMENT D'IMAGE NUMERIQUE - Universit Paul Sabatier IUT - Dpartement de Mesures Physiques, J.P. Gastellu-Etchegorry - Avril 2008 [3]: Vido et imagerie numrique - Compression RLE issu de l'encyclopdie informatique Comment a Marche98Mlle Hechkel AminaMlle HECHKEL Amina98