Compression

Compression de données, comment ça marche ?

Pourquoi compresser ?

Imaginons que nous avons un film full HD sur un DVD. Deux heures de vidéos, c'est en fait 7 200 secondes. En général, pour que les images soient fluides à l'œil, il faut 24 images par seconde. Pour une vidéo de 2 heures (7 200 secondes), il faut donc compter 170 000 images. Si on est en full HD, chacune des images fait 1 920 pixels en largeur et 1 080 en hauteur. Cela représente 2 millions de pixels par image. Enfin, chaque pixel sera en général de 24 bits pour la couleur, et de 8 bits pour chacune des composantes de couleur. Au total, on aura 8 000 milliards de bits utilisés pour stocker l'intégralité des informations de la vidéo, ce qui correspond à 1 téraoctet. C'est beaucoup : sur une ligne ADSL, qui va à une dizaine ou une vingtaine de mégabits par seconde, il faudra des centaines d'heures pour le télécharger.

Comment fait-on concrètement pour stocker toute cette information pour le faire tenir sur un DVD, qui ne prend que quelques gigaoctets ? Comment télécharger en vidéo à la demande ? 

Compresser les images

Les images sont relativement uniformes, avec des zones répétitives. Pour éviter de stocker ces différentes informations de multiples fois, on va stocker une fois l'information et la répéter, ce qui permettra de réduire significativement la taille de l'image. C'est ce qui se passe avec les formats d'images très classiques comme GIF ou PNG,  très utilisés sur le Web. Cette technique de compression s'applique très bien pour du texte ou du son (en stockant les mots qui se répète, les refrains...).

Compresser les photos 

À l'inverse des images, les photos ne présentent pas de zones répétitives, avec des couleurs ou des teintes très nuancées. Est-ce que ces détails sont importants ? L'œil l'humain ne voit pas forcément tous les détails. On peut donc utiliser un algorithme de compression qui va identifier dans la photo des blocs de pixels à peu près identiques. C'est une technique très utilisée, par exemple quand on fait des formats d'images de type JPEG. Il s'agit de compression avec perte de données : l'image restituée sera différente de l'image originale, mais elle sera en revanche beaucoup plus petite en taille. En pratique, le résultat sera plus ou moins bon selon le taux de compression. Il faut donc trouver un compromis : réduire la taille de l'image, sans trop supprimer de détails.

Compresser les vidéos

Dans une vidéo, on a des répétitions entre les images successives. Par exemple, quand un personnage se déplace sur un fond inchangé, ce sont seulement certaines parties ciblées qui bougent. On stockera alors certaines images et, pour les autres, on regardera les similitudes entre les images et on indiquera que telle l'image est la même que la précédente avec telles modifications. C'est une technique utilisée avec des formats très courants comme MPEG : on stocke des images complètes de temps en temps, notamment au début de chaque plan, et ensuite, on stocke uniquement les différences avec les images successives. Cela permet de gagner énormément d'espace de stockage puisqu'il y a énormément d'informations qui ne sont plus dupliquées.

Compresser le son

L'oreille humaine ne capte que les plages de fréquences se situant entre 20 hertz et 20 kilohertz. Un son, mesuré avec un instrument, va forcément comprendre des fréquences inférieures ou supérieures à cette plage de fréquences. Cela signifie qu'on peut les supprimer pour compresser le son. On peut éventuellement aussi considérer que des fréquences similaires sont identiques. C'est ce qui se passe avec des formats de compression répandus comme le MP3. Le signal va être codé de cette façon et on pourra lui appliquer des effets comme par exemple de la réverbération ou d'autres choses en gardant ce codage sous forme de fréquences.