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Avant de mettre en œuvre une animation avec des images clés, il est préférable d'en comprendre la technique.

Images clés dans le codage

Plus un fichier contient de données, plus il est volumineux. La suppression de certaines données lors de la compression permet de réduire la taille du fichier. Cette compression dite avec perte de données, utilise des images clés.

*compression spatiale (intra-image) :  

La compression vidéo s'effectue image par image sur la base de l'ensemble des données. L'image est divisée en zones (blocks), qui sont en général de 8 pixels sur 8 pixels. Pour cette raison, le fichier vidéo sera volumineux. Formats utilisant la compression intra-image : DV-AVI, Mjpeg, AVC-intra, DVCPROHD.

*compression temporelle (inter-image) :

La compression "Long GOP" s'effectue par GOP (Group of Pictures) lesquels sont composés d'1 image clé (I), d'images prédictives (P) et d'images bidirectionnelles (B). L'ensemble des données de l'image I est compressé (compression spatiale) et sert de référence aux images suivantes du groupe. Pour les images B et P, seuls les blocks qui changent par rapport à l'image I de référence sont codés (compression temporelle). La longueur d'un GOP varie selon la technologie utilisée : MPEG2 (en général 12 images pour du 25 i/s), MPEG4 (peut dépasser 40 images). Exemple d'un GOP : IBBPBBPBBPBB.

Images clés dans un montage

Le rôle de l'image clé dans un montage est comparable à celui du codage. Il s'agit d'un processus qui consiste à remplir des données inconnues entre deux valeurs connues. L'image clé spécifie les valeurs d'une propriété à certains moments clés. L'interpolation génère les valeurs des propriétés entre les images clés. Ce processus peut être utilisé pour animer un mouvement, des effets, des modifications de couleur, de lumière, des ajustements d'image, des niveaux sonores, etc.

Prenons l'exemple d'une animation simple : modification de la taille d'une image vidéo 1920*1080 en image 475*270 sur une durée 1s. Sans images clés, la création du mouvement nécessiterait un montage image par image (pour une animation de 1s à une cadence de 25i/s, nous aurions 25 images à traiter, pour une durée de 4s, 100 images). Cette méthode est lourde et fastidieuse.
Pour créer cette animation, il suffit de créer une image clé au début de l'animation et une autre à la fin :
  - L'image clé de départ contient la valeur des propriétés de l'objet au départ de l'animation
  - La seconde image clé contient la valeur des propriétés de l'objet à la fin de l'animation
Le logiciel crée des images intermédiaires (interpolation) en fonction de la durée de l'animation, en calculant les valeurs inconnues entre les deux valeurs connues.
Dans une animation comprenant plusieurs étapes, on placera des images clés à chaque modification de l'animation. Par exemple : modification taille de l'image suivi d'un déplacement de l'image :
- image clé 1 : taille initiale de l'image
- image clé 2 : taille finale de l'image et début du déplacement
- image clé 3 : fin du déplacement (ligne droite).
Pour tout changement de direction (zigzag, courbe ...) il faut créer de nouvelles images clés.

La précision de l'interpolation dépend du logiciel utilisé et des modes et méthodes d'interpolation quand le choix est possible (After Effects propose les modes : interpolation temporelle (interpolation dans le temps) et interpolation spatiale (interpolation dans l'espace) et les méthodes d'interpolation Linéaire, Bézier, Maintien).

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     -  3D
     -  Codecs
      -  Effets d'incrustation
           1 -Chroma key
           3 - Incrustation d'un cache piste
     -  Les formats
     -  HD - 4K (UHD)
      -  HDV - AVCHD
      -  Image clé
      -  Montage mode proxy
      - Slow motion

Les développeurs de logiciels de montage vidéo rivalisent pour valoriser une fonctionnalité aujourd'hui essentielle : l'accélération matérielle.

Fonctionnement

À l'origine tous les calculs étaient effectués par le processeur (CPU). Les calculs devenant de plus en plus complexes, le processeur s'avérait insuffisant. Il fut alors créé des circuits intégrés chargés d'une fonction spécifique et plus efficace. Ces circuits peuvent être ajoutés directement sur le processeur ou sur la carte graphique (GPU).

     1. QUICK SYNC VIDEO

Intel a intégré dans certains de ces processeurs la technologie Quick Sync Video qui permet d'accélérer sensiblement le temps d'encodage. Cette technologie s'applique uniquement sur le CPU, elle s'avère utile en l'absence d'une carte graphique performante. La priorité est accordée à la vitesse, pas à la qualité (conclusion d'analyses élaborées par des organismes spécialisés). De nombreuses applications sont compatibles notamment : CYBERLINK PowerDirector, MAGIX Vidéo deluxe et Vidéo Pro, PINNACLE Studio

L'accélération matérielle CUDA ne fonctionnant qu'avec certaines cartes graphiques avec Magix Vidéo deluxe 2016, vous avez ci-dessous un tutoriel que m'a gentiment adressé Michel NOEL (un utilisateur de gypsevideo.fr) : QUICK SYNC VIDEO...COMMENT RENDRE "ACTIVE" CETTE FONCTION

telecharger

     2. OPEN CL

OPEN CL est un standard ouvert pour la programmation parallèle de systèmes hétérogènes (CPU, GPU, APU) qui améliore considérablement la vitesse et la réactivité d'un large éventail d'applications (en particulier celles des jeux). Des implémentations ont été adoptéees par AMD, Intel, Nvidia.

     3. CUDA

NVIDIA a conçu l’architecture de traitement parallèle CUDA dans les GPU GeForce, ION Quadro, et Tesla. Ce traitement parallèle est exploité dans les logiciels de montage vidéo.

Le nombre restreint de cœurs d'un CPU limite l'optimisation d'un traitement en série. Le GPU, intègrant des milliers de cœurs, permet d'effectuer simultanément de nombreuses tâches.

Les portions de codes nécessitant d'importantes ressources de calcul sont accélérées par le GPU, le reste des applications est affecté au CPU.
La technologie multi-GPU (NVIDIA Quadro, Telsa, Maximus) a des capacités de calcul haute performance.

Le rôle du GPU est fondamental, lors du montage, pour travailler simultanément plusieurs fichiers vidéo avec des formats numériques en haute résolution, pour intégrer des effets en temps réel sans ralentir le système, etc, et lors de l'exportation pour réduire le temps d'encodage.

En vidéo, l'accélération matérielle avec CUDA obtient les meilleurs résultats.

Les performances de l'accélération matérielle seront liées au matériel utilisé, notamment au GPU.

Ci-dessous un Tableau élaboré par NVIDIA pour un test effectué avec Adobe Première Pro CC

testNvidia

ADOBE communique les cartes compatibles pour les différentes versions de Première Pro : voir ADOBE

En résumé, l'accélération matérielle d'un logiciel de montage vidéo dépendra :

- de la compatibilité avec la carte graphique
- des performances de la carte graphique
- de la mise à jour du pilote
- du contenu de la vidéo
- du processeur
- de l'encodeur

Exportation vidéo avec accélération matérielle.

L'accélération matérielle intervient dans les applications majeures du traitement vidéo et lors de l'exportation.

Pour illustrer le propos, comparons une exportation avec et sans accélération matérielle au travers d'un exemple :
élément vidéo Mpeg4/AVC 1280*720 50p d'une durée de 1 mn, exportation en Mpeg4/AVC 1280*720 50p
1. sans montage
- exportation sans accélération matérielle : encodage uniquement avec CPU
- exportation avec accélération matérielle : encodage partagé entre CPU et GPU
2. avec montage
Incrustons des éléments vidéo (PIP) et  ajoutons quelques effets (la durée totale est toujours 1mn)
- exportation sans accélération matérielle : encodage uniquement avec CPU
- exportation avec accélération matérielle : encodage partagé entre CPU et GPU
Le choix du logiciel pour les tests est MAGIX Vidéo deluxe 2016 Premium qui possède 2 encodeurs : Intel et MainConcept. Tests effectués sous Windows 10 avec carte Nvidia GTX 670M. À noter : certaines cartes graphiques ne sont pas compatibles.
Avec l'encodeur Intel :
1. rush brut sans accélération matérielle : 2'17'' (temps x 2,28)
2. rush brut avec accélération matérielle : 2'17'' (temps x 2,28 annonce « pas d'accélération matérielle* »)
3. montage sans accélération matérielle : 2'53'' (temps x 2,88)
4. montage avec accélération matérielle : 2'53'' (temps x 2,88 annonce « pas d'accélération matérielle* »)
Intel
Avec l'encodeur MainConcept :
1. rush brut sans accélération matérielle : 1'24'' (temps x 1,40)
2. rush brut avec accélération matérielle : 45'    (temps x 0,75 utilisation CUDA)   
3. montage sans accélération matérielle : 1'57'' (temps x 1,95)
4. montage avec accélération matérielle : 1'07  (temps x 1,11 utilisation CUDA)  

Cuda

→ Ces tets révèlent, d'une part, de meilleures performances pour l'encodeur MainConcept que celles de l'encodeur Intel, et d'autre part, l'utilisation de l'accélération matérielle du GPU (Cuda) uniquement avec MainConcept.
* "pas d'accélération matérielle" : serait-ce un problème de compatibilité avec la carte graphique utilisée pour ce test ou une non prise en charge de CUDA par Intel ? Réponse de MAGIX : Vidéo deluxe 2016 prend en charge l'accélération matérielle dans la mesure où l'on dispose d'un système Intel doté d'une unité graphique Ivy Bridge/Haswell/Skylake et que la fonction d'accélération matérielle a été activée dans les paramètres du programme sous "Importation/Exportation". H.265 devrait pouvoir être décodé et encodé également sur les systèmes Skylake en accélération matérielle dès lors que le moniteur est branché à la sortie pour l'unité graphique Intel et qu'aucun autre moniteur n'est raccordé aux cartes graphiques externes.
→ Ces résultats sont à titre indicatif, les rapports de vitesse seront plus ou moins élevés en fonction de la configuration et des performances du GPU.

Qu'en est-il en 4K (UHD) ?

Nous savons que le temps d'encodage en 4K est plus long que celui de la HD, et que le format HEVC/H265 exige des ressources importantes (voir article).
Voyons concrètement ce qu'il en est avec le format Mpeg4/H264
Prenons un rush de 1mn, 4036*2160 50p
Exportation avec Intel :
1. sans accélération matérielle : 5'24''  (temps x 5,4)
2. avec accélération matérielle : 5'24''  (temps x 5,4 annonce « pas d'accélération matérielle »)
Exportation avec MainConcept :
1. sans accélération matérielle : 2'55''  (temps x 2,91)
2. avec accélération matérielle : 1'07''  (temps x 1,11 utilisation Cuda)
Là encore, avec MAGIX Video deluxe 2016 Premium, les performances de MainConcept sont supérieures à celles de  Intel.

Test non effectué avec le format HEVC/H265 (codec en option)

Pour exploiter convenablement le 4K, il est fortement conseillé d'avoir une configuration musclée avec notamment une carte graphique multi-GPU (avant de changer le matériel, vérifiez sa compatibilité avec votre logiciel préféré).
Ne pas oublier : pour un bon fonctionnement, tous les éléments constituant l'équipement vidéo doivent être compatibles entre eux (logiciel, carte graphique, ...).
On peut regretter l'insuffisance d'information de MAGIX pour préciser en détails (comme le fait ADOBE) la liste des cartes compatibles.

Accélération matérielle des logiciels grand public

À cause du coût du plug-in du nouveau codec (SDK) de MainConcept qui  gére le système CUDA avec les cartes graphiques récentes, les logiciels de la gamme grand public, pour les versions 2017, n'utilisent plus l'encodeur MainConcept et réalisent l'accélération matérielle avec le CPU (processeur Intel  avec unité graphique Ivy, Bridge, Haswell, Skylake). Cette option séduit ceux qui dont la seule priorité est la rapidité, pas la qualité.

Des enquêtes élaborées par des organismes du traitement de l'image ont révélé que la perte de qualité lors d'un ré-encodage dépendait de plusieurs critères :

      - le codec
     - l'encodeur
     - le système de l'accélération matérielle

ATTENTION aux annonces : « encodage en un temps record ». Bien souvent cela se traduit par une perte de qualité de l'image.

 
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La traduction littérale de slow motion est : ralenti.

Selon la technique employée pour obtenir un ralenti, nous obtiendrons des images plus ou moins fluides.

Les techniques :
     1. ralenti
Exemple d'un enregistrement à une cadence de 25i/s, 1s = 25 images :
Lors  d'un ralenti 1/5 (20%), la lecture d'une image dure 1/5 de seconde, en fait chaque image est reproduite 5 fois soit : 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5
Lors d'un ralenti 1/25 (4%), la lecture d'une image dure 1s  (chaque image est reproduite 25 fois : 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1)
Avec cette technique plus le ralenti est important, plus la lecture est saccadée : les décalages entre chaque série d'images sont perceptibles.
 
     2. ralenti avec interpolation
Certains logiciels proposent un ralenti avec interpolation d'images intermédiaires. L’interpolation est le processus de remplissage des données inconnues entre deux valeurs connues. 
Prenons un exemple :  une séquence tournée à 25 i/s à laquelle on applique un ralenti  de 1/25 (4%) :
     1 - avant ralenti : chaque image  est considérée comme une image clé (valeurs connues)
     2 - après ralenti les 25 images se composent : 1(image clé) + 24 images intermédiaires calculées sur les valeurs des images clés 1 et 2, ainsi de suite. La création d'images intermédiaires permet une lecture fluide.
        
Bien que ce procédé augmente la fluidité des images, il peut se produire des bavures dans les détails des mouvements (n'oublions pas qu'un GOP est lui-même constitué d'images intermédiaires (voir codec : compression temporelle). Quelques logiciels (exemple Twixtor) permettent d'atténuer ce défaut.

D'autre part, la perception du mouvement est influencée selon la vitesse d'obturation adoptée (voir vitesse d'obturation).

Ci-dessous comparaison de ralentis (1/5 et 1/25) avec et sans interpolation.

     3. slow motion
Le slow motion est en réalité un procédé de tournage. Les images sont filmées à grande vitesse (> 1000 i/s) et lues à une vitesse normale (25/30 i/s). Il se produit alors un effet de ralenti en restituant les délails imperceptibles par l'œil humain.
Prenons l'exemple d'un papillon qui a 80 battements d'ailes par seconde. Pour obtenir une lecture à 25 i/s, détaillée et fluide de chaque battement d'ailes, correspondante à un ralenti 1/25, il faut à l'enregistrement, au minimum, une cadence de 2000 i/s (25x80)
 
En résumé, pour bien différencer les techniques,  "slow motion" se dit lorsque la vidéo est enregistrée à grande vitesse, et "ralenti" lorsque l'on applique l'effet au montage.
Des fabricants pour des raisons de marketing, n'hésitent pas à baptiser abusivement "caméra slow motion" un produit dont la cadence d'enregistrement est 50/60 i/s, 100/120 i/s, parfois 240 i/s dans une petite résolution.
Une caméra slow motion qui enregistre à une vitesse >1000 i/s est une caméra spécifique  (Phantom, Vision Research, Memrecam ....).

Exemples de vidéos en slow motion :  bouton

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      Image importée Wikipedia

Les caméscopes HD sont à un prix abordable. Or, pour traiter ces formats, il faut en parallèle un équipement informatique (coûteux) de très hautes performances. Pour garantir des taux de traitements soutenus, limiter les temps de calcul, les constructeurs préconisent une configuration minimale.

gif anime puces 045ÉQUIPEMENT :

Configuration minimale requise pour l'édition HDV

. Intel Pentium IV 3 Ghz avec Hyper-Threading ou Dual Core de 1,3 Ghz mini
. 1 Go de RAM (2 Go ou plus recommandés)
. carte graphique compatible avec DirectX 9.0c, 128 Mo de mémoire et Pixel-Shader 2.0, ATI X300 et suivantes, NVIDIA GeForce à partir de la série 7000
Configuration minimale requise pour l'édition AVCHD
 
. processeur Quad Intel Core 2 avec 2,66 Ghz mini
. 3 Go de RAM
. système d'exploitation 64 bits
. carte graphique ATI Readon HD série 3000 ou supérieure avec 512 Mo de RAM ou NVIDIA à partir de GT 240

Quel format ?

Dans la gamme grand public le format AVCHD (Mpeg4 AVC dont le codec est H264) est le plus courant.
Le HDV (Mpeg2) adopte une résolution 1440*1080 restituée 1920*1080

La qualité d'image de l'AVCHD est excellente, en revanche, ce format à cause du fort taux de compression (4 à 5 fois plus que le HDV) supporte mal une décompression : perte de qualité. Le montage est plus aisé en HDV, notamment avec ajout d'effets.

Comment choisir son caméscope : lire la suite

gif anime puces 045 LE MONTAGE :

● Si la qualité image en haute définition est réelle, la réalité est moins réjouissante pour le montage. Avec le format DV (Digital Vidéo), l'enregistrement se fait image par image avec un taux de compression faible (1:5), d'où un travail facilité pour un montage à l'image près. Le montage est plus complexe en HDV et AVCHD.

● Le format HDV (High Definition Vidéo), utilise l'algorithme d'encodage : le Mpeg2 IBP, lequel gère les images par paquets : GOP (Group of Pictures). Les GOP comptent 6 ou 12 images qui sont définies les unes par rapport aux autres.

● L’AVCHD a été conçu (Sony et Panasonic) pour sasisfaire un large public pour qui le montage n'est pas une priorité. Dès l'officialisation de ce format, Sony et Panasonic commercialisèrent à partir de 2006, une large gamme de produits pour le grand public et quelques rares modèles pour les professionnels. sans prévoir de logiciels pour le montage. L'AVCHD est avant tout une affaire commerciale. La prise en charge totale de l'AVCHD par les logiciels de montage devient réalité avec les versions 2010/2011. Un comble, pour répondre à la concurrence, Sony et Panasonic ont été les derniers à adopter sur leurs caméscopes (2010) un débit supérieur à 17 Mbits/s dont la norme est au moins 24 Mbits/s.

● L'AVCHD exploite l'algorithme MPEG-4 H264 (ou MPEG-4 AVC). En raison d’une compression très élevée, ce format exige pour le décryptage une puissance de calcul importante. Sans un logiciel de montage avec accélération matérielle, le montage est laborieux.

Avantages : définition allant jusqu’à 1920x1080, plusieurs possibilités de stockage.
Inconvénients : la conversion (décompression) entraîne une perte importante de qualité de l'image, l’ajout d’effets complexe ou en 3D provoque souvent des dégradations de l’image, la fluidité de l'image dans les mouvements de caméra est critiquable, une mémoire vive importante est nécessaire pour gérer les groupes d'images (GOP),

● Le format AVCHD peut être encapsulé dans le conteneur M2TS (Mpeg-2 TS),, ou dans des fichiers MOV. Pour maintenir la qualité, le débit de l'AVCHD se situe de 25 à 50 Mb/s, de nombreux appareils et logiciels gèrent ce format avec un débit insuffisant.

● Le MPEG2 HD 4:2:2 à 50 Mbits/s est le format offrant actuellement le meilleur compromis qualité image/performances. Dommage, le coût de la licence de ce format ne permet pas de le rendre accessible dans le matériel grand public.

  • le montage à partir de 2012
Les logiciels grand public actuels savent gérer l'AVCHD (format qui n'a pas été conçu dans la perspective du montage). Quelques différences entre les logiciels :
  1. la prise en charge en importation et en exportation du 50/60p
  2. l'accélération matérielle.Tous les logiciels ont opté pour l'accélération matérielle CUDA de NVidia ou OPEN CL de AMD (sauf Pinnacle Studio) et avec INTEL Quick Vidéo (CPU Intel 3ème génération et suivantes) pour les logiciels sortis à partir d'août 2012. L'avantage de l'accélération matérielle est d'encoder dans un temps réduit. L'inconvénient est la perte de qualité de l'image (en particulier avec Intel Quick Sync Vidéo dont la priorité est la vitesse d'encodage pas la qualité image.
 
 
 
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