QuickTime, 20 ans de vidéo numérique

Le 2 décembre 1991, Apple donnait au monde la première version de QuickTime, qui déclencha une véritable révolution technologique. À l'heure où la vidéo numérique a totalement supplanté l'analogique, il est plus que temps de rendre à César ce qui lui revient de plein droit.

On l'imagine peut-être avec difficulté, mais sans QuickTime, nous n'aurions pas la Télévision Numérique Terrestre ni le Blu-Ray dans chaque foyer, tels que nous les connaissons aujourd'hui.

Le numérique présente nombre d'avantages sur l'analogique, puisqu'il permet la copie à l'identique de tout signal sans la moindre dégradation, et l'ouvre aux capacités des mathématiques, permettant son traitement à l'aide de nombre d'algorithmes, de la Transformée Rapide de Fourier jusqu'aux ondelettes. Un signal analogique, une fois numérisé, peut subir toute une panoplie d'effets, mais il est également possible de n'utiliser qu'une bande passante considérablement réduite grâce à la compression numérique. Ainsi, le passage des chaînes de télévision du hertzien analogique au hertzien numérique a permis de multiplier le nombre de canaux, autrefois limité à six en France. Autre avantage, le numérique a permis d'obtenir des arrêts sur image parfaitement statiques.

Cot-cot-codec

Si le son et les images numériques ont bénéficié depuis longtemps de systèmes de compression-décompression (co-dec), avec QuickTime est arrivé l'avènement de la compression temporelle en plus de la compression spatiale.

Commençons par expliciter le principe de compression spatiale, qui vaut pour les images fixes. Si l'on prend le cas du GIF par exemple, ce format utilise l'algorithme de compression spatiale (c'est à dire dans une surface donnée) de Lempel–Ziv–Welch (LZW), qui résume les pixels identiques successifs au sein d'une même image. Le JPEG quant à lui exploite la manière dont l'œil humain perçoit les images, en mettant l'accent sur les grandes variations de chrominance et de luminance, la compression ayant lieu sur les détails moins perceptibles (nous percevons par exemple la lumière bleue moins bien que la rouge et la verte, notre rétine étant tapissée de moins de photorécepteurs dédiés au bleu, il est donc inutile de stocker la couche bleue à définition égale des deux autres. On perçoit particulièrement cette variation dans les images fortement compressées sur les contours des objets placés sur un fond bleu).

Le format MJPEG, utilisé par les premières caméras numériques, n'est en réalité qu'une succession d'images compressées en JPEG indépendamment les unes des autres. QuickTime ajoutera la compression temporelle à cette compression spatiale : les codecs réduisent les redondances et similitudes graphiques non seulement au sein d'une même image, mais également d'une image à l'autre, une technique particulièrement appropriée pour la vidéo dans un même plan-séquence, puisque le principe même de l'illusion de l'animation, basé sur la persistance rétinienne, repose sur les similitudes et différences d'une image à l'autre. Pour conserver une référence de base de qualité et éviter les dégradations trop importantes sur la durée, des images-clés (c'est à dire indépendantes des images qui les précèdent) sont insérées régulièrement, et forcées aux changements de plans (le GIF animé exploite également la compression temporelle, sans toutefois permettre de synchronisation avec une bande sonore ou une contrainte de lecture en temps réel).


Cette compression a été cruciale en 1991, puisque non seulement les supports de stockage étaient autrement plus limités qu'aujourd'hui, mais d'autre part toute la chaîne de la transmission de données était autrement plus restreinte également. En somme, si la vidéo numérique n'avait pas été compressée, il aurait été non seulement impossible de la stocker, mais également de la lire. La compression numérique permettait de ne transmettre que la "recette" de la vidéo, à charge du processeur de la reconstituer en temps réel.

Mais précisément, dans les années 90 les processeurs étaient foncièrement plus limités qu'aujourd'hui, il fallait donc trouver un difficile équilibre entre le flot de données qu'un processeur pouvait traiter en temps réel, et ses capacités à reconstruire chaque image. L'ancêtre de QuickTime s'appuyait d'ailleurs sur une architecture matérielle dédiée : nommée QuickScan, elle exigeait la présence d'une puce graphique dédiée pour permettre aux premiers Mac d'afficher de la vidéo fluide à la fin des années 80. Créé par l'ingénieur Steve Perlman chez Apple, le projet est resté en dormance jusqu'à ce que le Mac devienne assez puissant pour permettre les mêmes performances intégralement de manière logicielle (Perlman a depuis fondé la société OnLive qui permet de "streamer" les images de jeux vidéo en temps réel par Internet, et qui s'appuie donc lourdement sur les progrès en matière de vidéo numérique, lire Tous les jeux sur Mac).

Les premières versions de QuickTime intégraient donc une quantité de codecs différents, qui étaient chacun spécialisés pour un type d'image ou d'animation donné, afin de proposer en fonction une compression plus efficace. Si QuickTime n'était pas le premier système permettant d'afficher de la vidéo numérique sur ordinateur, la véritable révolution qu'il a introduite c'est de permettre l'affichage de vidéo numérique, de n'importe quel type, sur l'ordinateur de monsieur tout le monde.