Le Moving Picture Experts Group (MPEG) est l’ensemble de groupes de travail ISO/IEC qui conçoit des normes internationales pour coder, transporter et présenter les médias numériques : vidéo, audio, images, graphismes 3D, médias immersifs et même données génomiques. Fondé en 1988, il a fourni une large part des briques techniques sur lesquelles reposent la télévision numérique, le DVD, les lecteurs multimédias, le streaming et une grande partie de la vidéo sur mobile.
MPEG : un organisme, pas un format
Le nom est souvent employé de manière imprécise. MPEG ne désigne pas un unique codec ni simplement un fichier .mpg : c’est une famille de normes et l’organisation qui les développe.
Une chaîne audiovisuelle numérique peut faire intervenir plusieurs éléments normalisés par MPEG :
- un codec vidéo, par exemple MPEG-2 Video, H.264/AVC, HEVC ou VVC ;
- un codec audio, tel que MP3, AAC ou MPEG-H 3D Audio ;
- un système de multiplexage et de synchronisation, notamment MPEG-2 Transport Stream ;
- un conteneur de fichiers, comme ISO Base Media File Format, base de MP4 ;
- un mécanisme de livraison adaptative sur HTTP, tel que MPEG-DASH ;
- des métadonnées, des descriptions de contenu ou des outils pour les médias immersifs.
Dans l’organisation ISO/IEC actuelle, MPEG est réparti en groupes spécialisés, dont MPEG Systems pour les systèmes et transports, et MPEG Video Coding pour le codage vidéo. Le sous-comité SC 29 couvre plus largement le codage efficace des images, du son, des images animées et des informations multimédias.
Pourquoi la compression est indispensable
Une vidéo non compressée est extrêmement volumineuse. Par exemple, un flux UHD 3840 × 2160 à 50 images/s, en YCbCr 4:2:0 10 bits, représente de l’ordre de plusieurs gigabits par seconde avant encapsulation. Or, les réseaux de contribution, de diffusion et d’accès au public ont des contraintes de débit, de stockage et de coût.
Les codecs MPEG réduisent ce volume en combinant notamment :
- la prédiction spatiale : une zone d’image est prédite à partir de pixels voisins ;
- la prédiction temporelle : une image est prédite depuis une ou plusieurs images de référence via estimation et compensation de mouvement ;
- la transformation des résidus de prédiction ;
- la quantification, qui introduit généralement des pertes contrôlées ;
- le codage entropique des symboles ;
- des outils complémentaires : filtrage de boucle, partitionnement adaptatif, références multiples, codage hiérarchique, HDR, profondeur accrue, etc.
L’idée n’est donc pas de « réduire une vidéo » sans discernement, mais de retirer la redondance spatiale et temporelle tout en préservant la qualité perceptuelle au débit cible. Les générations successives de codecs augmentent l’efficacité, mais exigent en contrepartie davantage de puissance d’encodage, de mémoire et de capacité de décodage.
Les principales générations
| Famille | Référence ISO/IEC | Rôle principal | Exemples d’usage |
|---|---|---|---|
| MPEG-1 | ISO/IEC 11172 | Stockage audio-vidéo à débit relativement faible | Video CD, MP3, premiers usages multimédias |
| MPEG-2 | ISO/IEC 13818 | Télévision numérique, multiplexage et distribution broadcast | DVB, DVD, TS satellite/câble/TNT |
| MPEG-4 | ISO/IEC 14496 | Multimédia et web fixe/mobile | MP4, AAC, AVC/H.264, applications web |
| MPEG-5 | ISO/IEC 23094 | Codage vidéo moderne ciblé | EVC, LCEVC |
| MPEG-H | ISO/IEC 23008 | Livraison haute efficacité, UHD, audio immersif | HEVC/H.265, MPEG-H 3D Audio |
| MPEG-I | ISO/IEC 23090 | Médias immersifs | VR/AR, vidéo volumétrique, MIV |
| MPEG-DASH | ISO/IEC 23009 | Streaming adaptatif HTTP | Services OTT, lecteurs web et téléviseurs connectés |
| MPEG-G | ISO/IEC 23092 | Représentation et compression de données génomiques | Bioinformatique et archivage génomique |
Cette classification reprend le portefeuille officiel de MPEG : MPEG-1 est orienté stockage numérique, MPEG-2 télévision numérique, MPEG-4 multimédia web, MPEG-H livraison efficace et MPEG-I médias immersifs.
MPEG-1 : le socle historique
MPEG-1 a été conçu pour le stockage numérique audio-vidéo, notamment autour des débits compatibles avec les supports de l’époque. Il est surtout resté célèbre pour sa couche audio III : MPEG-1 Audio Layer III, universellement connue sous le nom de MP3.
Le MP3 n’est donc pas un format indépendant inventé à côté de MPEG : c’est une partie d’une norme MPEG. Sa diffusion a profondément transformé la distribution musicale, les baladeurs numériques et les bibliothèques audio.
MPEG-2 : la colonne vertébrale de la télévision numérique
MPEG-2 est déterminant pour l’industrie broadcast. Il comprend à la fois le codage vidéo et les systèmes de transport nécessaires à la diffusion de plusieurs services dans un multiplex.
Son composant le plus durable est le MPEG-2 Transport Stream (MPEG-TS) :
- paquets fixes de 188 octets pour les flux de diffusion classiques ;
- identification des flux élémentaires par PID ;
- tables PSI et extension possible par tables SI propres aux écosystèmes de diffusion ;
- horloge et synchronisation via PCR, PTS et DTS ;
- multiplexage de vidéo, audio, sous-titres, données et signalisation ;
- forte tolérance aux contraintes de diffusion à débit constant et aux environnements de transmission broadcast.
C’est le format de transport historique de très nombreux réseaux DVB. MPEG-2 reste aussi présent dans les DVD et dans une partie des chaînes de diffusion numérique, même s’il a été largement remplacé côté vidéo par AVC et HEVC.
Il faut séparer deux notions souvent confondues : MPEG-2 Video est un codec vidéo ; MPEG-2 Systems/TS est un ensemble de mécanismes de multiplexage, d’horodatage et de transport. Un TS peut donc transporter des flux H.264, HEVC ou VVC, sous réserve des profils de transport et de signalisation appropriés. MPEG a notamment étendu MPEG-2 Systems au transport de VVC et EVC dans des PES de transport stream.
MPEG-4 : MP4, AAC et AVC
MPEG-4 est une famille très vaste. Ses composants les plus connus sont :
- AAC, codec audio devenu très courant en streaming, diffusion et contenus MP4 ;
- MPEG-4 Part 2 Visual, utilisé notamment par DivX et Xvid ;
- AVC / H.264, aussi appelé MPEG-4 Part 10, qui a dominé la vidéo HD sur le web, les plateformes OTT, la visioconférence, l’IPTV et de nombreux équipements de contribution ;
- le format de fichier ISO Base Media File Format, fondation du conteneur MP4 et de nombreuses variantes compatibles.
Un fichier .mp4 est donc en général un conteneur. Il peut contenir, par exemple, de la vidéo AVC ou HEVC, de l’audio AAC, des sous-titres, des chapitres et des métadonnées. L’extension du fichier ne suffit pas à identifier précisément le codec interne.
AVC, HEVC et VVC
Les codecs vidéo les plus importants de l’ère moderne sont issus d’une collaboration étroite entre MPEG et l’UIT-T, d’où leur double dénomination ISO/IEC et ITU-T. MPEG cite explicitement H.264/AVC, H.265/HEVC et H.266/VVC comme générations développées conjointement.
| Codec | Nom ITU-T | Nom MPEG/ISO | Point fort | Principaux contextes |
|---|---|---|---|---|
| AVC | H.264 | MPEG-4 Part 10 | Excellent compromis maturité/interopérabilité | HD, web, IPTV, contribution, visioconférence |
| HEVC | H.265 | MPEG-H Part 2 | Meilleure efficacité, UHD et HDR | 4K/UHD, satellite, OTT premium, Blu-ray UHD |
| VVC | H.266 | MPEG-I Part 3 | Efficacité accrue et outils pour les usages futurs | UHD/8K, HDR, hautes fréquences, usages émergents |
AVC/H.264 demeure très largement pris en charge ; son écosystème matériel et logiciel est particulièrement mature. HEVC/H.265 a été conçu comme son successeur direct, avec une efficacité supérieure mais une complexité et des enjeux de licences plus importants. VVC/H.266 vise une nouvelle amélioration, notamment pour l’UHD, le HDR et les formats futurs.
Lors d’une évaluation subjective menée par MPEG sur des contenus UHD SDR, VVC a montré environ 45% d’économie de débit par rapport à HEVC à qualité subjective comparable, dans les conditions et avec les implémentations de référence de cette évaluation. Cette valeur ne doit pas être interprétée comme un gain automatiquement garanti dans toute chaîne réelle : elle dépend du contenu, de l’encodeur, des réglages, de la latence et de la métrique de qualité.
Transport, fichiers et streaming
La compression ne résout pas seule le problème de la diffusion. Le média doit être encapsulé, segmenté, synchronisé, distribué et lu de façon interopérable.
MPEG-TS
Le Transport Stream est conçu pour la diffusion linéaire et les réseaux à contraintes temporelles. Il est particulièrement naturel dans les univers DVB et broadcast : modulation RF, multiplexage de services, PID, PMT/PAT, PCR et continuité de flux.
En IP, un TS est fréquemment transporté sur UDP/RTP, SRT, RIST ou divers mécanismes propriétaires selon le contexte : contribution, distribution interne, headend, monitoring ou diffusion multicast. Le codec vidéo et le protocole de transport sont deux couches distinctes : un flux HEVC peut être encapsulé dans MPEG-TS puis livré, par exemple, sur UDP multicast.
MP4 et ISO-BMFF
Le conteneur MP4, basé sur l’ISO Base Media File Format, est mieux adapté aux fichiers, à la lecture à la demande et au streaming HTTP segmenté. Il stocke la structure du média dans des boîtes atomiques et sépare notamment les informations de piste, les échantillons média, les temps de présentation et les index.
C’est la base technique de nombreux écosystèmes modernes : fichiers MP4, fragments fMP4, CMAF, DASH et souvent HLS moderne.
MPEG-DASH et CMAF
MPEG-DASH organise une présentation en représentations de qualité distinctes, découpées en segments accessibles sur HTTP. Le lecteur peut choisir dynamiquement une qualité compatible avec la bande passante, la taille d’écran, le buffer et les capacités du terminal.
Exemple simplifié :
- Un encodeur produit AVC ou HEVC à 2, 4 et 8 Mbit/s.
- Chaque variante est segmentée en fragments MP4.
- Un manifeste DASH décrit les pistes, codecs, résolutions et segments.
- Le player télécharge en priorité une qualité tenable, puis monte ou baisse de représentation selon l’état réseau.
CMAF cherche à rapprocher les chaînes de packaging destinées à différents protocoles de streaming en s’appuyant sur des fragments média communs. Ses évolutions intègrent notamment des profils HEVC 8K et haute cadence, ainsi que la prise en charge de VVC.
Autres domaines MPEG
MPEG ne se limite plus à « l’audio et à la vidéo ».
- MPEG-7 traite la description de contenus : métadonnées, recherche, indexation et caractéristiques audiovisuelle.
- MPEG-21 aborde le cadre multimédia, l’identification, la gestion de droits et l’interopérabilité des ressources numériques.
- MPEG-I couvre les médias immersifs : audio immersif, scène 3D, vidéo multi-vues et volumétrique.
- MPEG-H 3D Audio répond aux besoins d’audio orienté objets et d’écoute immersive.
- MPEG-G adapte des principes de compression, d’accès et de métadonnées au domaine des données génomiques.
Le périmètre officiel comprend ainsi l’audio, la vidéo, les graphismes 3D, l’haptique, les systèmes associés et les données génomiques.
Interopérabilité, profils et conformité
Une norme MPEG ne signifie pas que tous les appareils lisent n’importe quel flux. Pour rendre un déploiement prévisible, les normes définissent généralement :
- des profils, ensembles cohérents d’outils de codage ;
- des niveaux, limites de résolution, cadence, débit, mémoire ou débit de décodage ;
- des contraintes de système et de tampon ;
- des spécifications de conformité ;
- parfois un logiciel de référence.
Ainsi, déclarer simplement « H.265 » reste incomplet. Pour déterminer l’interopérabilité, il faut aussi connaître au minimum le profil, le niveau, la profondeur de couleur, le sous-échantillonnage chroma, les paramètres HDR éventuels, la structure des GOP, le conteneur et le protocole de transport.
Dans une chaîne broadcast, la compatibilité se joue à l’intersection de toutes les couches : encodeur, encapsulation, multiplexeur, modulateur, récepteur, décodeur, DRM/CI éventuel et terminal final.
Ce que MPEG a changé
L’apport essentiel de MPEG est d’avoir permis une interopérabilité industrielle. Un codec normalisé offre un langage commun entre fabricants de caméras, encodeurs, IRD, téléviseurs, smartphones, logiciels de montage, CDN et lecteurs web.
Cette standardisation a rendu possible :
- la diffusion de bouquets numériques multiservices ;
- le passage de la vidéo SD à la HD, puis à l’UHD ;
- le support pratique de la vidéo à la demande ;
- le streaming adaptatif sur réseaux IP ;
- le stockage et l’échange de médias à grande échelle ;
- la compatibilité entre équipements provenant de constructeurs différents.
MPEG reste donc central : certaines briques anciennes, comme MPEG-2 TS, demeurent très présentes dans le broadcast, tandis que les briques plus récentes — HEVC, VVC, DASH, CMAF et MPEG-I — répondent aux enjeux d’UHD, de livraison IP, de faible latence et de médias immersifs.
