H.264 vs H.265 vs AV1 : Évolution des codecs vidéo et guide de sélection

1. L'évolution des codecs vidéo

L'histoire du codage vidéo remonte à la fin des années 1980. De H.261, conçu pour la visioconférence sur lignes RNIS, à AV1, conçu pour le streaming ultra-haute définition, les normes de codecs ont évolué sur près de trois décennies. Chaque génération poursuit le même objectif fondamental : reproduire l'image avec moins de bits tout en préservant la qualité visuelle.

La compression vidéo est essentielle car la vidéo brute non compressée est volumineuse. Un clip de dix secondes en 1080p sous forme brute peut consommer plusieurs gigaoctets — intenable pour le stockage ou la transmission. Les codecs exploitent la redondance spatiale et temporelle entre les images pour réduire ces données à une taille gérable. La redondance spatiale désigne la corrélation entre les pixels voisins au sein d'une même image ; la redondance temporelle désigne la similitude entre des images consécutives. Pratiquement toutes les normes de codecs modernes reposent sur ces deux types de redondance.

Concrètement, un encodeur classifie les images en trois types de frames : les I-frames (images codées en intra) enregistrent une image complète et peuvent être décodées indépendamment, offrant la compression la plus faible mais la meilleure résilience aux erreurs ; les P-frames (images prédictives) ne stockent que les différences par rapport à une image précédente ; les B-frames (images bidirectionnelles) font référence à la fois aux images précédentes et suivantes, atteignant la compression la plus élevée. Le groupe d'images entre deux I-frames forme un GOP (Group of Pictures) — un GOP plus long offre une meilleure compression mais un accès aléatoire et une récupération d'erreurs plus faibles. Ce cadre de prédiction inter-images est en place depuis H.261 ; les normes successives affinent principalement le partitionnement en blocs, la précision de prédiction et le codage entropique.

H.261 a établi le cadre de codage basé sur les blocs ; MPEG-1 l'a étendu au stockage sur disque optique à environ 1,5 Mbps, suffisant pour une vidéo de qualité VCD ; H.263 a été optimisé pour la communication à bas débit, maintenant des images reconnaissables en dessous de 64 kbps ; H.264 a ouvert l'ère du streaming haute définition ; H.265 ciblait la 4K ultra HD ; et AV1 représente la direction de la nouvelle génération, sans redevance. Chaque génération tente d'améliorer l'efficacité de compression par rapport à sa prédécesseure tout en gardant la complexité d'encodage à la portée du matériel grand public.

2. Analyse technique des codecs grand public

H.264 (AVC)

Publié en 2003, H.264 (Advanced Video Coding) utilise un partitionnement en macroblocs avec un bloc de base de 16×16, prenant en charge des sous-blocs de 4×4 à 16×16. L'estimation de mouvement atteint une précision d'un quart de pixel, et la norme introduit les images de référence multiples, le deblocking en boucle, le codage par longueur variable adapté au contexte (CAVLC) et le codage arithmétique binaire adapté au contexte (CABAC).

Comparé à son prédécesseur H.263, H.264 double à peu près l'efficacité de compression — divisant par deux le débit à qualité équivalente. CABAC économise 5 à 15 % de débit supplémentaire par rapport à CAVLC mais demande plus de calcul, c'est pourquoi les appareils bas de gamme optent souvent pour CAVLC. H.264 prend également en charge plusieurs slices et le Flexible Macroblock Ordering (FMO), facilitant le traitement parallèle et la résilience aux erreurs.

La force de H.264 réside dans son écosystème mature : pratiquement tous les appareils, navigateurs et lecteurs modernes le prennent en charge nativement. Sa faiblesse est une efficacité de compression insuffisante pour la 4K et au-delà, entraînant des débits plus élevés. Grâce au décodage matériel omniprésent, H.264 excelle également en efficacité énergétique sur les appareils mobiles, ce qui en fait le codec le plus compatible disponible aujourd'hui.

H.265 (HEVC)

Publié en 2013, H.265 (High Efficiency Video Coding) introduit le Coding Tree Unit (CTU), prenant en charge des blocs jusqu'à 64×64 avec un partitionnement adaptatif jusqu'à 8×8 selon la complexité de l'image. À qualité subjective équivalente, H.265 réduit la bande passante d'environ 40 à 50 % par rapport à H.264.

Les améliorations clés incluent des tailles de CTU plus grandes qui augmentent l'efficacité de codage, en particulier pour les grandes zones planes ; 35 directions de prédiction intra (contre 9 dans H.264) pour une représentation plus fine des textures ; la fusion avancée des vecteurs de mouvement (Merge) et l'Advanced Motion Vector Prediction (AMVP) qui réduisent le surcoût d'encodage des informations de mouvement ; le Sample Adaptive Offset (SAO) qui supprime davantage les artefacts de ringing après le filtrage en boucle ; et des outils de traitement parallèle tels que Tiles et WPP qui facilitent l'encodage multicœur.

Ces fonctionnalités rendent H.265 bien adapté à la distribution de contenu 4K et 8K, mais elles apportent aussi une complexité de calcul nettement plus élevée — l'encodage H.265 peut prendre plusieurs fois plus de temps que H.264. Des tailles de blocs plus grandes peuvent en fait augmenter le surcoût à basse résolution, de sorte que les avantages de H.265 ne se révèlent pleinement qu'à des résolutions plus élevées.

VP9

Développé par Google et publié en 2013 dans le cadre du projet WebM, VP9 utilise des superblocs de 64×64 et prend en charge 32 modes de prédiction intra, ainsi qu'une prédiction inter avancée et une quantification adaptative. Son efficacité de compression est comparable à celle de H.265, et il est entièrement exempt de redevances.

VP9 emprunte des idées à H.265 mais simplifie la syntaxe et l'ensemble d'outils pour réduire la difficulté d'implémentation. Il prend en charge jusqu'à trois images de référence et permet de mélanger des références de résolutions différentes pour gérer les scénarios à résolution variable. Le principal avantage de VP9 est son ouverture : n'importe quel fournisseur peut l'implémenter sans crainte de brevets. Cependant, son écosystème de décodage matériel est relativement limité, il est donc surtout actif sur le web, en particulier dans les navigateurs basés sur Chromium. VP9 a été largement adopté par les grandes plateformes vidéo comme alternative efficace à H.264, fonctionnant de manière fiable dans la distribution de vidéos web.

AV1

Publié en 2018 par l'Alliance for Open Media (AOMedia), AV1 étend les techniques de la génération précédente avec des superblocs de 128×128 et des outils de prédiction et de transformation plus sophistiqués, notamment l'intra block copy, la compensation de mouvement affine, le mode palette et une précision de mouvement d'1/8 de pixel. Par rapport à H.265, AV1 économise 20 à 30 % de débit supplémentaire à qualité équivalente — soit environ 60 % d'économie par rapport à H.264.

AOMedia a été fondée conjointement par plusieurs acteurs de l'industrie précisément pour contourner la concession de licences de brevets fragmentée de H.265. AV1 s'appuie sur VP9, intègre certains outils avancés de H.265 et ajoute de nombreuses techniques expérimentales, ce qui lui confère un ensemble d'outils bien plus vaste que H.265. Il est conçu pour être entièrement exempt de redevances et a été progressivement adopté par les grandes plateformes de streaming. La complexité d'encodage est extrêmement élevée, et l'encodage en temps réel s'appuie encore sur l'accélération matérielle. Les derniers GPU et puces mobiles commencent à intégrer le décodage matériel AV1, et l'encodage assisté par matériel progresse. Un déploiement généralisé sur le streaming à la demande et en direct est attendu au cours des prochaines années.

3. Comparaison des licences de brevets

Les licences sont un facteur décisif dans l'adoption des codecs. Le tableau ci-dessous compare la situation des licences de quatre formats grand public :

Codec	Concédant de licence	Coût des redevances	Complexité
H.264	Pool unifié MPEG-LA	Par paliers, avec plafond annuel	Faible
H.265	Pools multiples (MPEG-LA, HEVC Advance, etc.)	Élevé, pas de plafond unifié	Très élevé
VP9	Open source (licence BSD)	Gratuit	Aucune
AV1	Alliance for Open Media	Gratuit	Aucune

Les licences sont la raison principale pour laquelle l'adoption de H.265 a pris du retard. H.264 est géré par MPEG-LA avec une structure de frais claire et un plafond, de sorte que les fournisseurs de contenu peuvent le déployer avec des coûts prévisibles ; H.265, en revanche, implique plusieurs pools de brevets concurrents avec des détenteurs de brevets répartis dans différentes organisations, des frais incertains et aucun plafond unifié. Selon des rapports publics, certains fournisseurs de contenu ont retardé le déploiement de H.265 car ils ne pouvaient pas estimer les coûts de licence. Cette incertitude a poussé certains fournisseurs de navigateurs et communautés open source vers VP9 et AV1, et elle a directement motivé la création d'AOMedia, donnant naissance à un écosystème de codecs open source exempt de redevances.

4. Recommandations par scénario

Les différents cas d'usage ont des exigences très différentes en matière de codecs. Le tableau ci-dessous résume les recommandations pour les scénarios courants :

Cas d'usage	Codec recommandé	Raison
Pièce jointe aux e-mails	H.264	Meilleure compatibilité, aucun décodeur supplémentaire nécessaire
Intégration web	VP9 / H.264	Prise en charge native par le navigateur ; VP9 économise de la bande passante
Lecture mobile	H.264 / H.265	Décodage matériel omniprésent, économe en batterie
Distribution en streaming	AV1 / H.265	Compression élevée réduit le coût de bande passante
Archivage à long terme	H.265 / AV1	Économise le stockage tout en préservant la qualité
Streaming en direct	H.264	Encodage le plus rapide, latence contrôlable

Vérifiez toujours d'abord les capacités de décodage de l'environnement de lecture cible, puis pesez l'efficacité de compression par rapport au coût d'encodage. Pour le contenu qui doit atteindre le public le plus large possible, H.264 reste la solution de repli ; pour la distribution sensible à la bande passante, les codecs plus récents doivent être prioritaires. En pratique, de nombreuses plateformes adoptent une stratégie multi-débit, multi-codec : servir H.264 pour couvrir tous les clients tout en fournissant des versions AV1 ou H.265 pour les appareils prenant en charge les codecs plus récents, équilibrant ainsi compatibilité et efficacité.

5. Comparaison de compression avec FFmpeg

En utilisant la même vidéo source 1080p, compressez avec chaque codec. Des valeurs CRF (Constant Rate Factor) plus basses produisent une qualité supérieure ; des valeurs similaires indiquent généralement une qualité comparable.

# H.264 (CRF 23, preset medium)
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx264 -crf 23 -preset medium -an output_h264.mp4

# H.265 (CRF 28, preset medium)
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx265 -crf 28 -preset medium -x265-params log-level=error -an output_h265.mp4

# VP9 (CRF 32, débit non restreint)
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libvpx-vp9 -crf 32 -b:v 0 -an output_vp9.webm

# AV1 (CRF 30, débit non restreint)
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libaom-av1 -crf 30 -b:v 0 -cpu-used 4 -an output_av1.mkv

Notes sur les paramètres : -crf contrôle la qualité, -preset/-cpu-used établissent l'équilibre entre vitesse et taux de compression, -b:v 0 laisse l'encodeur allouer le débit en fonction du CRF, et -an supprime l'audio pour concentrer la comparaison sur la compression vidéo. Notez que les échelles de CRF ne sont pas uniformes entre les encodeurs : le CRF 23 de H.264 et le CRF 28 de H.265 sont à peu près comparables en qualité subjective, mais pas exactement équivalents — les comparaisons rigoureuses devraient s'appuyer sur des métriques objectives telles que VMAF ou SSIM.

En pratique, à qualité subjective équivalente, H.265, VP9 et AV1 produisent des fichiers progressivement plus petits — mais le temps d'encodage augmente en conséquence. L'encodage AV1 peut prendre des dizaines de fois plus de temps que H.264 et nécessite une accélération matérielle ou une optimisation parallèle pour être utilisable. Dans les environnements de production de transcodage par lots, la vitesse d'encodage est souvent tout aussi importante que le taux de compression, de sorte que de nombreuses plateformes utilisent AV1 uniquement pour le transcodage hors ligne tout en conservant H.264 pour les scénarios en temps réel.

6. Foire aux questions

Q1 : H.265 est techniquement supérieur — pourquoi son adoption a-t-elle été plus lente que H.264 ?

Principalement à cause des licences. H.265 implique plusieurs pools de brevets avec des structures de frais complexes et sans plafond, ce qui dissuade les fournisseurs de navigateurs et les plateformes de contenu. Certains fabricants de navigateurs ont explicitement refusé de prendre en charge H.265 nativement en raison de préoccupations liées aux licences. Le support limité du décodage matériel au début a également ralenti l'adoption mobile. Ce n'est que ces dernières années que les puces grand public intègrent généralement le décodage matériel H.265, mais le support côté web reste inégal. En revanche, les licences H.264 sont gérées de manière centralisée par MPEG-LA avec des frais prévisibles, ce qui en fait la norme de codec la plus largement déployée à ce jour.

Q2 : Quand AV1 remplacera-t-il complètement H.265 ?

Le décodage AV1 est pris en charge par le matériel de nouvelle génération et les principaux navigateurs, mais l'encodage en temps réel reste coûteux en calcul. La distribution à la demande a commencé à monter en charge, mais le streaming en direct exige une faible latence d'encodage et s'appuie encore principalement sur H.264. Une utilisation généralisée dans le streaming en direct n'est attendue qu'après la maturation des encodeurs matériels et l'amélioration de la vitesse d'encodage. À court terme, un scénario plus probable est la coexistence d'AV1 et de H.265, avec une commutation adaptative basée sur la capacité de décodage du client. La vitesse d'encodage AV1 s'améliore également régulièrement — les encodeurs open source tels que SVT-AV1 ont considérablement réduit les temps d'encodage, et d'autres gains sont attendus.

Q3 : Pourquoi VP9 est-il surtout confiné au web ?

La couverture de décodage matériel de VP9 est relativement limitée, s'appuyant principalement sur le décodage logiciel des navigateurs basés sur Chromium. Sur les lecteurs de bureau et les applications mobiles natives, H.264 et H.265 bénéficient d'un meilleur support matériel et d'une consommation d'énergie plus faible. VP9 n'a jamais construit un écosystème de décodage matériel multiplateforme comme H.264, il reste donc principalement un format vidéo web. Cependant, VP9 a ouvert la voie à AV1 — beaucoup de ses idées techniques se poursuivent et sont améliorées dans AV1. Certaines plateformes servent simultanément des versions VP9 et AV1, passant progressivement de VP9 à AV1.

7. Conclusion

Le développement des codecs vidéo est un équilibre constant entre l'efficacité de compression et le coût d'implémentation. H.264, avec sa compatibilité exhaustive, reste le choix le plus sûr aujourd'hui ; H.265 excelle dans les scénarios UHD sensibles à la bande passante, bien que les contraintes de licence limitent son adoption ; VP9 et AV1 représentent la direction sans redevance, AV1 émergeant comme le cœur du streaming de nouvelle génération.

Lors du choix d'un codec, considérez l'environnement de lecture cible, le coût de bande passante, la capacité de stockage et la charge de calcul plutôt que de courir après la norme la plus récente. Trouver le bon équilibre entre compatibilité, efficacité et coût est l'optimum technique. Comprendre les limites d'application de chaque codec est plus précieux que de retenir lequel est le plus récent. À mesure que le support matériel d'AV1 mûrit et que les outils d'encodage continuent de s'optimiser, l'écart de coût entre les générations se réduira — mais les compromis fondamentaux entre compatibilité, efficacité et licences persisteront. Rester informé sur ces dynamiques est la meilleure façon de prendre des décisions de codec judicieuses au fil du temps.

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