Il vous arrive peut-tre de plus en plus frquemment de rencontrer le terme "HEVC" dans nos articles ou ceux de nos confrres. Il s'agit d'un terme important qui dsigne une nouvelle norme de compression vido. Nous en sommes certains HD-Numrique : le HEVC, dsign galement par le terme H.265, va devenir un standard incontournable dans le secteur de l'audiovisuel professionnel et grand public. Cette norme de compression vido vous accompagnera trs certainement dans les 10 voire 15 prochaines annes.
Nous vous dressons aujourd'hui un petit dossier pour rpondre aux principales interrogations relatives ce nouveau format HEVC, qui sera notamment utilis par l'Ultra HD Blu-ray.
- A quoi sert le HEVC ?
- A-t-il besoin de l'Ultra Haute Dfinition pour se dvelopper ?
- O le retrouvera-t-on ?
- Quelles sont ses applications ?

On vous donne des rponses concrtes ici.
La norme MPEG-4 AVC / H.264 et ses limites

Si vous tes fans d'ditions Blu-ray, le H.264 vous est bien connu. Rpondant au nom de MPEG-4 AVC (Advanced Video Coding), il est utilis sur la plupart des ditions Blu-ray Disc. Les chanes de la TNT HD, diffuses en 1080i, l'exploitent galement et l'on tend vers une gnralisation du MPEG-4 sur le rseau numrique terrestre. Cette gnralisation se tiendra officiellement en avril 2016, priode laquelle plus aucune chane ne sera diffuse l'ancienne norme MPEG-2.
Parenthse importante : "norme" et "codec" dsignent deux choses complmentaires mais diffrentes. Si le codec reprsente le dispositif capable de compresser et de dcompresser les signaux numriques, la norme dlimite le format. Par exemple, le MPEG-4 AVC/H.264 reprsente la norme vido. Le x264, bien connu des utilisateurs de P2P, reprsente un des codecs capables de produire un flux vido respectant cette norme MPEG-4 AVC / H.264. Certains constructeurs de matriels lectroniques dveloppent d'ailleurs eux-mmes leurs codecs. Panasonic et Sony sont l'origine du AVCHD qui respecte la norme H.264/MPEG-4 AVC.
En l'espace de 10 ans, le H.264 s'est impos comme la norme de compression vido la plus utilise, notamment pour la compression des contenus vido en haute dfinition. Mais l'aube de la dmocratisation de l'ultra haute dfinition, cette norme se heurte des limites importantes.
Le H.264 peut en thorie trs bien tre utilis pour l'encodage de vidos Ultra HD (3840 x 2160 pixels) ou 4K (4096 x 2160 pixels). A l'image des premires ditions Blu-ray Disc qui exploitaient l'ancienne norme MPEG-2 pour les films en Full-HD. Mais le format n'est pas totalement adapt dans la mesure o, pour une qualit d'image optimale, il rclamerait d'importants dbits vido et gnreraient des fichiers trop imposants stocker et partager. Trop importants pour pouvoir stocker un film UHD sur un Blu-ray simple couche par exemple ou le diffuser en streaming dans une qualit respectable. C'est face ce dfit qu'est n le nouveau format, successeur du H.264 : le H.265 (HEVC).
Naissance de la norme vido HEVC (H.265)

L'avenir des nouvelles technologies numriques repose-t-elle sur des machines de plus en plus puissantes et de nouveaux formats de stockage ? Non. Par forcment. Elle repose selon nous sur la compression des donnes et l'efficacit de cette compression. A l'heure de la dmatrialisation croissante des contenus vido, notamment caractrise par l'mergence de la vido la demande et de services SVOD tels que Netflix, cette affirmation n'a jamais t aussi vraie. De mme, si la rsolution de nos vidos volue plus vite que les capacits de stockage et la qualit des infrastructures rseaux, il tait primordial d'tre en mesure de rduire la taille de ces donnes vido.
C'est dans ce contexte que le HEVC est n. Il s'agit de la norme de compression vido, connue galement sous le nom de H.265. Elle est n fin janvier 2013, priode laquelle une premire version a t finalise. Son objectif : remplacer progressivement le format H.264. Elle a t dveloppe conjointement par la norme ISO / IEC Moving Picture Experts Group (MPEG) & ITU-T Video Coding Experts Group (VCEG).
Codage Vido Haute Performance

Le HEVC est l'acronyme d'"High Efficiency Video Coding", soit du "codage vido haute performance". Son atout : les gains de compression impressionnants qu'il est capable d'apporter. Le H.265 est capable de compresser une vido en rduisant la taille d'une vido Full-HD de moiti par rapport la norme prcdente (H.264). C'est norme !
On parle de gains de compression de 30 60 % avec une moyenne de 40% par rapport aux flux H.264, mme si ce rapport varie en fonction du type de contenu, la rsolution et des paramtres de compression. En dfinition standard, le H.265 pourra produire des fichiers plus petits denviron 30% qualit quivalente. En 1080p cest une rduction de 50% qui peut-tre atteinte. Et les gains de compression peuvent tre encore suprieurs avec l'UHD !
C'est tout simplement une rvolution. L'adoption du format permet d'imaginer la distribution de contenus ultra haute dfinition avec beaucoup de moins de contraintes que sous l're du H.264. On peut mme affirmer que l'Ultra Haute Dfinition a besoin, presque ncessairement, du HEVC pour devenir une ralit.
Mais attention : la norme HEVC na pas besoin de lUHD pour se dvelopper ! Le format peut-tre employ pour compresser toutes sortes de vido, SD, HD et Full-HD. On est d'ailleurs certains que les premires implmentations du HEVC concerneront la HD.
Comment fonctionne ce type de compression vido ?

La norme H.265 reprend les grands principes du H.264 tout en y apportant plusieurs amliorations. Revenons dans un premier temps sur ces grands principes.
On y retrouve d'abord un algorithme de compression vido de redondance temporelle, travaillant par dfinition sur la similarit des images dont une mme squence se compose. On parle d'unalgorithme de prdiction inter-trame, ou prdiction temporelle. Elle consiste profiter des redondances temporelles dune squence filme, c'est--dire profiter du fait que les images successives qui constituent une mme squence se ressemblent pour nencoder que ce qui les diffrencie.
Pour cela, on dfinit une squence dimages dnomme Group of Pictures ou GOP. On enregistre la premire image de ce groupe comme une image clef de rfrence. On parle alors de keyframe ou d'I-frame. On divise en supplment cette image en petits blocks de pixels (macroblocks). Et c'est l'intrieur de ces blocks que l'on va effectuer une estimation des mouvements. Ici, l'image qui suit la keyframe, que l'on appelle P-frame, va tre reconstruite grce aux vecteurs de mouvements. L'image suivante est une B-Frame. Elle est prdite de faon bidirectionnelle, par la P-Frame prcdente et l'I-Frame suivante.

Ce principe de prdiction temporelle introduit bien sr des imperfections. Elles sont appeles rsidus. Ces rsidus seront plus ou moins importants selon le bitrate choisi et la taille du fichier.
Outre un algorithme de redondance temporelle, le H.264 et son successeur travaillent galement sur la redondance spatiale, c'est--dire sur lhomognit des rgions dont les images se composent. On parle ici de codage intra-frame. On ne rentrera pas dans les dtails les plus complexes. On note simplement que le H.264 travaille sur des blocks de tailles variables avec une prcision de lestimation de mouvement allant jusqu'au quart de pixels. Le H.264 permet galement de compresser de manire efficace les coefficients rsiduels (CABAC) et de reprer de faon optimale les redondances spatiales sur les blocs voisins.
Liste d'amliorations importantes apportes par l'H.265

Le H.265 reprend les grands principes de la norme H.264 tout en apportant d'importantes amliorations. Les voici :
- Une meilleure subdivision des images avec les Coding Tree Blocks
Contrairement au H.264, les macroblocks d'une taille maximale de 16x16 pixels, ne sont plus l'unit de codage. Le format HEVC emploie une nouvelle unit avec des Coding Tree Blocks (ou CTB) d'une taille maximale de 64x64 pixels. La subdivision des images est meilleure grce l'adoption d'une structure arborescente. L'emploi de blocks plus larges rend plus efficace la compression des grandes images, ce qui est le cas avec les images UHD.


- Des prdictions intra images plus efficaces
L' H.264 se limitait 9 modes de dtection de redondance spatiale contre 35 modes pour le HEVC.La compression est meilleure mais l'analyse est plus longue.


- Une meilleure codification des coefficients rsiduels (CABAC)
Cela amliore ainsi le signal sans augmentation du bitrate.

- Filtrage plus performant et nouveau filtre SAO ( Sample Adaptive Offset).
- Nouvelles fonctionnalits pour favoriser le traitement parallle.

Ces amliorations diverses rendent le format HEVC trs efficace. Mais elles se traduisent dans le mme temps par un accroissement de la complexit de la compression et une charge suprieure pour les CPU. Consquence : les temps d'encodage sont suprieurs. Presque de 10 fois.
L'HEVC pour dsengorger les rseaux

Lefficacit de la norme HEVC est d'autant plus forte que la rsolution est leve. C'est donc avec l'ultra haute dfinition que le HEVC, et les nouveaux outils darborescence de codage (les fameux Coding Tree), s'expriment avec le plus d'efficacit. Mais quoi serviront les gains ?
Ces gains permettront plusieurs choses :
- multiplier le nombre de chanes grce la baisse des dbits ncessaire
- dsengorger les rseaux
- augmenter la qualit des chanes de tlvision, soit en basculant davantage de chanes SD en HD, ou en amliorant la HD existante avec un passage possible du 1080i au 1080p.
- Rendre possible la diffusion de contenus en Ultra Haute Dfinition sur les rseaux Internet (c'est le cas de Netflix) ou via satellite (DVB-S2).

Son intrt sera donc dabord fonctionnel et conomique pour viter la saturation des rseaux IP. Le HEVC permettra de garantir l'extension de l'ligibilit aux services audiovisuels (TV, VoD...) des abonns aux rseaux fixes. La rumeur veut d'ailleurs que Free introduira une nouvelle Freebox en 2015 bnficiant d'une compatibilit avec la norme HEVC.
MAJ : Free lance la Freebox Mini 4K compatible HEVC !
Ultra HD Blu-ray en fin d'anne 2015

Sachez-le : le Blu-ray va connatre une volution de taille en fin d'anne 2015, date laquelle devrait tre lance la norme Ultra HD Blu-ray. Les disques au format Ultra HD Blu-ray exploiteront la norme de compression HEVC / H.265. Un choix judicieux que l'on ne peut qu'approuver tant le format se montre prometteur et particulirement efficace pour la compression des vidos UHD. Sachez que le support voluera sur le plan "physique" puisque l'on parle dsormais de disques Blu-ray d'une capacit de stockage de 66 Go (Double couche) et de 100 Go (Triple Couche), contre des disques de 25 et 50 Go auparavant.
Des rip deux fois plus petits avec le x265 !

Autre nouveaut introduite des suites du HEVC : le codec x265. Il est le digne successeur du x264, fameuse bibliothque libre sous licence publique gnrale GNU issue du projet VideoLAN permettant de coder des flux vido H.264 (ou MPEG-4 AVC).
Le x264 vous est sans doute familier. Il est massivement utilis l'chelle mondiale. On le retrouve sur la plupart des rip HD 720p et 1080p de films et sries TV. Ces fameux rip plus ou moins lgaux qu'il est possible de dnicher sur la toile... Le codec x265 reprsente l'volution naturelle du x.264.On pourrait rsumer la promesse de ce nouveau codec par rapport son prdcesseur : offrir la mme qualit d'image pour un fichier vido 2 fois plus petit !

Sachez qu'il est d'ores et dj possible de dnicher des rip de films et de sries TV encods en x.265. Ces fichiers bnficiant des atouts de la norme de la compression HEVC. Ils ont l'avantage d'tre trs lgers tout en offrant une qualit d'image spectaculaire. Les rseaux P2P regorgent dj de films en 1080p x.265 (BDRIP / WEBRIP). Certains de ces rips tiennent moins de 2 Go et bnficient d'une qualit d'image assez tonnante compte tenu de la taille de leur fichier.Croyez-nous !
Sans rentrer dans les dtails, sachez que plusieurs solutions existent actuellement pour vous permettre de rencoder des flux H.264 en HEVC :
- FFmpeg
-
MyBD de Cinemartin
-
MediaEspresso 7 de Cyberlink
-
HandBrake

Pour la lecture de ces flux sur PC, notre prfrence va pour MPC-HC. On citera aussi VLC.
Le HEVC : Un agent de changement et de renouvellement des quipements

Le format HEVC est efficace mais trs complexe. Il ncessite plus de ressources pour pouvoir tre dcod. 3 fois plus qu'un flux H.264. S'il est pleinement possible de dcoder des flux 1080p en HEVC sur des ordinateurs grce leur rserve de puissance (les multi-coeurs d'hier et d'aujourd'hui savent le faire), les choses sont diffrentes avec vos autres quipements : lecteurs Blu-ray, Box Internet, Smart TV, disques dur multimdia.... Les appareils qui exploitent cette technologie doivent et devront tre quips d'une puce de dcompression spcifique. C'est une des raisons pour lesquels les consommateurs seront incits renouveler leur matriel.
La diffusion du HEVC se produira certainement dans les secteurs pour lesquels le renouvellement des quipements obit des cycles relativement courts : smartphones, tablettes, et APN. La dmocratisation du HEVC sur les Smart TV prendra plus de temps. Elle s'effectuera en lien avec l'mergence de l'Ultra HD.
Filmer en HEVC


L'intrt de pouvoir filmer en HEVC est important pour le grand public. L'adoption du nouveau format de compression vido sur les DSLR, hybrides et compacts offre la promesse de produire des fichiers vido de taille rduite qualit d'image comparable. Cette fonction est particulirement intressante pour les camras et APN capables de filmer en Ultra HD ou 4K.
Dans ce secteur, c'est Samsung qui fait office de prcurseur avec le
NX1 et le NX500, son nouvel hybride haut de gamme. D'autres constructeurs devraient suivre cette logique courant 2015. Comme pour le H.264, on pense logique que le HEVC donnera naissance l'avenir de nouveaux codecs de production pour les camras.

Notez enfin que Cinemartin propose une solution professionnelle permettant l'encodage de flux de vidos en HEVC (10-bit jusque 8K) sous Adobe After Effects. Il s'agit de Cinec, disponible aujourd'hui dans sa version 4.0. Avis aux plus vidastes d'entre vous.
Conclusion

Le HEVC est un format plein de promesses. Il est d'une efficacit redoutable. Son exploitation va tre bnfique dans de nombreux domaines d'applications. Il est compatible SD, HD, Full-HD, 2K, 4K, 8K et HFR. Sous ses diffrents profils, il gre les chantillonnage couleurs 4.2.0, 4.2.2, 4.4.4 avec une possibilit d'encodage lossless (sans aucune perte de compression). Il sera certainement au cur des modes de consommation audiovisuel de demain.
Les changements de mode dans le secteur prennent nanmoins du temps et l'adoption du HEVC s'effectuera de manire trs progressive. Rappelons que la France a t pionnire avec le format MPEG-4 H.264 sur la TNT et des premiers essais effectus en 2006. Nanmoins, la gnralisation du MPEG-4 sur la tlvision numrique terrestre ne sera pas acheve avant le mois d'avril 2016, soit 10 ans plus tard.
Insistons galement sur l'volutivit de la norme. Le MPEG-2 et le H.264 nous ont habitus une monte en puissance de leurs performances dans la dure. Des extensions au HEVC - H.265 ont dj t proposes et sont venues s'ajouter l'instar du MV-HEVC, l'extension 3D du format HEVC.
En termes d'adoption, des fabricants majeurs tels que Microsoft garantissent dj la compatibilit de leur produit avec le HEVC, comme le futur Windows 10, grant de faon native le format. Les tlviseurs rcents haut de gamme (ultra haute dfinition) sont pour la plupart compatibles HEVC. L'adoption va continuer s'tendre vers d'autres types de produits.
Selon nous, 2017 pourrait tre l'anne du dcollage grand public de la technologie.