UE 303.a cours n°3

1. UE 303.acours n°3 Conception de système d’information multimédia : Représentation des informations multimédias – images et sons Par : Sahbi SIDHOM MCF. Université Nancy 2 Equipe de recherche SITE – LORIA sahbi.sidhom@loria.fr UE303 (M2.isitie) : S. Sidhom

2. Cours n°3 : • C’est quoi le multimédia (définitions) ? • Comment il est né et comment il prospère (évolutions) ? • Quelle est la morphologie du multimédia ? A.3. Couleur et Codage • C’est quoi l’analyse du multimédia ? • Comment analyser un document multimédia ? UE303 (M2.isitie) : S. Sidhom

3. A.3. Couleur et Codage Œil et lumière : • En 1801, Tomas Young (1773-1829) médecin, linguiste et physicien, montre que la perception des couleurs peut être expliquée par la présence de 3 nerfs rétiniens excités respectivement par le rouge, le vert et le violet. • Un demi-siècle plus tard, Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz (1821-1894) physicien et physiologiste, redécouvre et développe la théorie de Young : 3 couleurs fondamentales qui correspondent à 3 types de terminaisons nerveuses. C’est la synthèse de ces 3 couleurs primaires qui permet au cerveau humain de percevoir toutes les nuances colorées de la nature. • Nous ne percevons donc les couleurs et les détails fins qu’en pleine lumière et grâce à 3 types de photorécepteurs sensibles à des longueurs d’onde spécifiques : les cônes bleus (= 430nm)*, les verts (= 530nm)*, rouges (= 630nm)*.  désigne la distance parcourue par l’onde pendant une période. * Nanomètre : 1 nm = 10-9 m UE303 (M2.isitie) : S. Sidhom

4. La longueur d'onde est la distance séparant deux crêtes successives d'une onde périodique. On la dénote communément par la lettre grecque λ (lambda). Mathématiquement, on peut la définir ainsi : si l'onde peut être représentée par une fonction périodique f qui prend comme argument la distance x, alors la longueur d'onde est : le plus petit λ > 0 tel que pour tout x, on ait: f (x + λ) = f (x) • La longueur d'onde est proportionnelle à la période, et donc inversement proportionnelle à la fréquence, le nombre de sommets de même signe qui traversent un point en une durée d'une seconde. La longueur d'onde est égale à la vitesse de l'onde divisée par la fréquence de passage. Lorsque l'onde une onde électromagnétique dans le vide, cette vitesse est la vitesse de la lumièrec dans le vide, et la relation s'écrit : λ = c / ν où : λ = longueur d'onde c = 3×108m/s ν = fréquence de l'onde UE303 (M2.isitie) : S. Sidhom

5. Exemple de longueur d'onde UE303 (M2.isitie) : S. Sidhom

6.  (nm) 380 420 480 540 590 610 780 violet bleu vert jaune orange rouge Couleur : Sensibilité spectrale • Spectre du visible : IR UV UE303 (M2.isitie) : S. Sidhom

7. Couleur : codage • Couleurs primaires : Dans le spectre du visible, les couleurs de base (dites primaires ou principales) peuvent être considérées comme les lettres d’un alphabet dont les diverses combinaisons produiraient tous les mots de la langue des couleurs, Rouge (R), vert (V) et bleu (B) • Couleurs secondaires : plaçons chaque couple de couleurs : R*V, V*B, B*R, la couleur résultante de leur mélange en proportion égale. Nous obtenons alors les couleurs secondaires : jaune (R*V), cyan (V*B) et magenta/pourpre (B*R). • Codage : remarquons que l’écartement entre deux couleurs successives (l’une primaire et l’autre secondaire) est de 60° (360°/6) : cette valeur angulaire sera utilisée par les logiciels d’infographie pour définir des modifications de teinte. • Couleurs tertiaires : si nous continuons l’opération de subdivision et de mélange, nous combinons en proportion égale les couples formés par une couleur primaire et sa voisine de secondaire (orange, vert-citron, émeraude, bleu-pervenche, violet, framboise. • Etc. avec les subdivisions : cercle chromatique (couleurs de plus en plus importantes) UE303 (M2.isitie) : S. Sidhom

8. Cercle chromatique • Isaac Newton : (London 1704 ) Le grand physicien anglais Newton propose un nouveau système des couleurs qui transforme l’ancien système linéaire en un cercle. Il renonce à l’ancien principe d’organisation selon les valeurs du clair et du foncé. Il comprend que les couleurs ne sont pas des modifications de la lumière blanche, mais plutôt ses éléments constitutifs originels. La lumière blanche est constituée de lumière colorée, • Gammes de couleur : codage http://www.creatif-filtres.com/image-couleurs-gammes.php UE303 (M2.isitie) : S. Sidhom

9. Synthèse • Notre propos sur la représentation numérique de la couleur n’a pu qu’évoquer rapidement une vaste problématique : • L’œil numérique • La synthèse des couleurs • Le modèle colorimétrique • Les limites des dispositifs de (re-)production de couleurs • La connaissance de ces notions fondamentales conditionne le succès de toute approche de l’image numérique et envers son analyse (par l’homme ou par des logiciels de création ou de traitement d’image). UE303 (M2.isitie) : S. Sidhom

10. A.4. Image numérique • Caractéristiques : • Pas par son « contenu » que peut être définie la spécificité d’une image numérique • Pas plus que par son origine • Peu importe sa forme première (dessin sur papier, toile, diapositive, image de synthèse, etc.), ce qui lui vaut son qualificatif de numérique c’est uniquement le fait d’être enregistrée (sur DD d’un ordinateur, une clé USB, un disque optique, etc.) sous la forme d’un code binaire dont le décodage permet la reconstruction de l’image UE303 (M2.isitie) : S. Sidhom

11. Spécificités Il existe 2 sortes d'images numériques : • les images matricielles (bitmap) et • les images vectorielles. • Dans une image vectorielle les données sont représentées par des formes géométriques simples qui sont décrites d'un point de vue mathématique. • Par exemple : un cercle est décrit par une information du type (cercle, position du centre, rayon). Ces images sont essentiellement utilisées pour réaliser des schémas ou des plans.Les logiciels de dessin industriel fonctionnent suivant ce principe  ; Les principaux logiciels de traitement de texte ou de PAO (publication assistée par ordinateur) proposent également de tels outils. • Ces images présentent 2 avantages : • elles occupent peu de place en mémoire et • elles peuvent être redimensionnées sans perte d'information. UE303 (M2.isitie) : S. Sidhom

12. Une image matricielle (bitmap) est formée d'un tableau de points ou pixels.  Plus la densité des points est élevée, plus le nombre d'informations est grand et plus la résolution de l'image est élevée.  Corrélativement la place occupée en mémoire et la durée de traitement seront d'autant plus grandes. Exemple : Les images vues sur un écran de télévision ou une photographie sont des images matricielles. On obtient également des images matricielles à l'aide d'un appareil photo numérique, d'une caméra vidéo numérique ou d'un scanner. UE303 (M2.isitie) : S. Sidhom

13. Résolution d'une image • Une image est divisée en points ou pixels. Considérons une image de 10 cm sur 10 cm avec une résolution très faible de 10 pixels par cm :  Elle est codée sur 100 x 100 = 10000 pixels. • Avec une résolution convenable de 100 pixels par cm (un pixel mesure 0,1 mm) :  Elle serait codée sur 1000 x 1000 = 1 million pixels. • Remarque: en général, on utilise l'unité de longueur anglo-saxonne le inch (fr. pouce). La résolution d'une image s'exprime alors en pixels par pouce (ppp) ou dots per inch (dpi) en anglais.  1 pouce = 2,54 cm  1 dpi = 0,3937 pixels/cm  1 pixel mesure 0,1 mm UE303 (M2.isitie) : S. Sidhom

14. Exemple : résolution UE303 (M2.isitie) : S. Sidhom

15. Codage • Codage de l’information : L'information est codée en binaire. Le support évolue mais le principe est toujours le même : un même élément peut se trouver dans 2 états différents stables. Il constitue une mémoire élémentaire ou bit.  Conventionnellement on attribue le symbole 0 à l'un de ces 2 états et le symbole 1 à l'autre. • Catégorisation : Le nombre de bits dont on dispose pour exprimer la couleur d’un pixel : ce nombre définit la profondeur de quantification (ou profondeur de pixel), détermine le nombre de couleurs disponibles pour cette image  on peut regrouper les images (bitmap) en plusieurs catégories : UE303 (M2.isitie) : S. Sidhom

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17. Pour ce type de codage, chaque pixel est soit noir, soit blanc. Il faut un bit pour coder un pixel (0 pour noir, 1 pour blanc). L'image de 10000 pixels codée occupe donc 10000 bits en mémoire. Exemple : image en noir et blanc UE303 (M2.isitie) : S. Sidhom

18. Si on code chaque pixel sur 2 bits on aura 4 possibilités (noir, gris foncé, gris clair, blanc). L'image codée sera très peu nuancée. En général on code chaque pixel sur 8 bits = 1 octet. On a alors 256 possibilités (on dit 256 niveaux de gris). L'image de 10 000 pixels codée occupe alors 10 000 octets en mémoire. Exemple : image en niveaux de gris UE303 (M2.isitie) : S. Sidhom

19. Dans ce cas on attache une palette de 256 couleurs à l'image. Ces 256 couleurs sont choisies parmi les 16 millions de couleurs de la palette RVB. Pour chaque image le programme recherche les 256 couleurs les plus pertinentes. Chaque code (de 0 à 255) désigne une couleur. Couleurs sur 8 bits et sa palette Exemple : image en couleurs 8 bits UE303 (M2.isitie) : S. Sidhom

20. C'est ce codage de la couleur qui est utilisé par la plupart des écrans d'ordinateurs actuellement.On constate qu'il est très gourmand en mémoire. Pour faciliter le stockage des images en mémoire on utilise d'autres formes de codage. Couleurs sur 24 bits et sa palette Exemple : Dans le cas d'une image de 10 cm x 10 cm avec une résolution convenable de 100 pixels par cm, elle est codée sur 1000 x 1000 = 1 000 000 pixels Elle occupe en noir et blanc : 1 000 000 bits (= 125 000 octets) ; en 256 niveaux de gris : 1 million d'octets ; en couleurs (24bits) : 3 millions d'octets. Exemple : image en couleurs 24 bits UE303 (M2.isitie) : S. Sidhom

21. Une image RVB est composée de la somme de trois rayonnements lumineux rouge, vert, et bleu dont les faisceaux sont superposés. A l'intensité maximale ils produisent un rai de lumière blanche Couleurs • La synthèse additive de la lumière, ou RVB : L'image est obtenue par superposition de trois rayonnements lumineux :le rouge (B), le vert (V) et le bleu (B). Dans le cas d'un écran cathodique, ces 3 rayonnements sont obtenus en bombardant les luminophores photosensibles de l'écran. • mode RVB : UE303 (M2.isitie) : S. Sidhom

22. Les encres déposées sur le papier agissent comme des filtres qui absorbent la lumière. Leur superposition devrait produire théoriquement un noir total : plus de lumière ce qui n'est pas le cas dans la pratique. • La synthèse soustractive de la lumière, ou le mode CMJN Les couleurs sont obtenues par mélange des pigments colorés. Lorsqu'ils sont éclairés par de la lumière blanche, les pigments absorbent une partie de la lumière qu'ils reçoivent ce qui les fait apparaître colorés. Les trois couleurs "primaires" sont le cyan (C) , le magenta (M) et le jaune (J). Les autres sont obtenues par mélange. Les trois encres additionnées ne donnent pas plus qu'un brun sombre, que l'on se doit de renforcer par un quatrième passage d'encre noire (que l'on note donc en toute logique :"N", comme Noir). • mode CMJN : UE303 (M2.isitie) : S. Sidhom

23. Formats d’image • Les images matricielles de bonne qualité enregistrées pixel par pixel (format bmp) peuvent être très encombrantes. Cela pose un problème de volume occupé en mémoire, mais aussi de difficulté lors des traitements : plus une image est "lourde", plus elle nécessite de ressources matérielles, surtout pour les transferts de données, en particulier sur l'internet. • Pour réduire la place occupée en mémoire, on utilise divers algorithmes de compression et donc différents formats de stockage. • Lors du chargement de l'image, le logiciel reconnaissant le format du fichier le décompresse à l'ouverture. Lors de son utilisation, le fichier est donc décompressé. UE303 (M2.isitie) : S. Sidhom

24. Principaux formats : UE303 (M2.isitie) : S. Sidhom

25. En pratique : • Si vous numérisez des images pour les insérer dans un cédérom, utilisez leformat jpeg non compressé.Le format gif peut être utilisé lorsqu'on veut ajouter du texte (titre par exemple) car il permet de rendre une couleur transparente. • Si vous numérisez des images pour les placer sur le Web, utilisez leformat PNG ou le format jpeg compressé.La difficulté est de trouver un compromis entre le volume occupé par l'image et sa qualité. On peut considérer qu'une compression à 15% dégrade l'image de manière imperceptible (le volume occupé est diminué de beaucoup plus de 15%). Dans tous les cas, il faut faire des essais… • Le format gif est davantage utilisé pour faire des schémas ou des animations qui nécessitent moins de couleurs dégradées. Il peut être utilisé lorsqu'on veut rajouter du texte car il permet de rendre une couleur transparente. UE303 (M2.isitie) : S. Sidhom