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V.2

Traitement de linformation

Codec, MP3

A. Un son, une vibration!

Par exemple, voici l'aspect de la vibration de la note LA (celle que vous avez en frappant un diapason ou en dcrochant votre tlphone) :

Pour numriser (ou "digitaliser") ce signal, l'ordinateur en mesure la valeur rgulirement :

Chaque point bleu correspond une mesure effectue par l'ordinateur

En qualit CD Audio, l'ordinateur va prendre 44100 mesures par seconde. On dit alors qu'on chantillonne 44100 Hertz (ou 44100 Hz, ou encore 44,1 kHz).

C'est exactement ce qui se passe quand l'ordinateur enregistre un fichier WAV : les valeurs mesures sont enregistres dans le fichier :

0.33/ 0.67/ 0.8/ 0.98/ 0.82/ 0.71/ 0.4/ 0.1/ -0.45/-0.63/ -0.87/ -0.99/ -0.79/ - 0.47 etc...

Pour rejouer le fichier WAV, l'ordinateur recr le signal partir de chaque valeur enregistre :

Tous les sons qui nous entourent (musique, bruits...) sont des vibrations que l'on peut chantillonner de cette manire.

Par exemple,

Le problme, c'est qu'il faut enregistrer un trs grand nombre de valeurs pour chaque seconde de son. Il faut beaucoup de mmoire et beaucoup de place sur le disque dur.

Il a donc fallu trouver des moyens pour gagner de la place .

On essaie de compresser le signal, c'est dire d'utiliser moins de donnes pour mmoriser la mme information.

Dans notre premier exemple - le LA du diapason - on voit bien qu'il y a une rptition.

En fait, le signal vibre 440 fois par seconde. On dit qu'il est 440 Hz

Vibration 440 Hz

A 880 Hz, la vibration est deux fois plus rapide et le son plus aigu :

Vibration 800 Hz

On peut mlanger ces deux signaux (440 Hz et 880 Hz) :

Plutt que d'enregistrer tous les chantillons (toutes les valeurs) de ce signal, on pourrait n'enregistrer que les valeurs 440 et 880 :

La transformation mathmatique qui permet de trouver toutes les frquences constituant un signal est appel transforme de Fourrier.

Par exemple :

C'est sur ce principe qu'est bas le format MP3 :

on enregistre les diffrentes frquences qui composent un signal et on les note dans le fichier MP3.

Pour rejouer le son (ou la musique), on prend la liste des frquences, on recr des signaux de diffrentes frquences et on les mlange. Le son est reconstitu.

De plus, les logiciels qui crent des fichiers MP3 se basent sur un modle psycho-acoustique pour supprimer certaines frquences.

En effet, l'oreille humaine (et le cerveau) ne peroivent pas certains sons (frquences trs proches, sons faibles couverts par d'autres sons, etc.). Ils sont supprims.

Ce modle psycho-acoustique faite toute la diffrence entre les diffrents encodeurs MP3.

L'encodeur MP3 qui possde le meilleur modle psycho-acoustique est celui de l'universit Fraunhofer IIS , commercialis dans certains logiciels (.mp3 Producer par exemple).

Cela lui permet d'avoir une meilleure qualit sonore que les autres encodeurs, en particulier dans les forts taux de compression.

B. Le MPEG Audio Layer 3!

Le MPEG-1/2 Audio Layer 3, plus connu sous son abrviation de MP3, est la spcification sonore du standard MPEG-1, du Moving Picture Experts Group (MPEG).

C'est un algorithme de compression audio capable de rduire drastiquement la quantit de donnes ncessaire pour restituer de l'audio, mais qui, pour l'auditeur, ressemble une reproduction du son original non compress, c'est--dire avec perte de qualit sonore significative mais acceptable pour l'oreille humaine.

Hans-Georg Mussman, ajouta de nouveaux outils technologiques et cra le format MP3 (Layer III ou couche III), conu pour tre de mme qualit 128 kbit/s que le MP2 192 kbit/s.

Les quipes de normalisation procdrent de nombreux tests subjectifs en double aveugle sur de nombreux matriaux sonores pour dterminer le niveau de compression appropri pour les diverses couches de l'algorithme. On a notamment utilis Tom's Diner, la chanson de Suzanne Vega comme squence de test pour l'algorithme de compression du MP3. Cette chanson a t choisie cause de sa finesse et de sa simplicit, qui facilite la dtection des imperfections du codec.

C. Lutilisation des MP3!

Ce format populaire de compression audio permet une compression approximative de 1:4 1:12. Un fichier audio occupe ainsi quatre douze fois moins d'espace une fois compress au format MP3. La rduction de taille facilite le tlchargement et le stockage de donnes musicales sur un support numrique, tel qu'un disque dur ou une mmoire flash.

Il a galement t largement mis en uvre en diffusion numrique dans les rcepteurs T-DMB Radio dont la spcification a t adopte par l'ETSI en 2005. En effet le MP3 appartient la mme famille de norme MPEG Audio que le MP2 utilis en radiodiffusion numrique (TNT et T-DMB Radio).

D. Technique de codage:

Le taux de compression peut tre augment en choisissant un dbit binaire (en anglais bitrate) plus faible. On considre en gnral qu'il faut au moins 128 ou 192 kilobits par seconde (kbit/s) pour bnficier d'une qualit audio acceptable pour un morceau de musique. 8 kbit/s, le son devient fortement altr (bruits parasites non attendus, spectre "sourd", ).

Ce format de donnes utilise un systme de compression partiellement destructif. Il ne retransmet pas intgralement le spectre des frquences audio. En revanche il tente d'annuler d'abord les sons les moins perus de faon ce que les dgradations se fassent le moins remarquer possible. Ce n'est pas une compression proprement parler, mais plutt une suppression d'informations.

Compresser un fichier musical provenant d'un CD audio au format MP3 rduit la qualit. Il suffit de faire plusieurs essais diffrents taux de compression pour constater une baisse progressive de la qualit. (Plus la compression est forte, plus le son est dgrad.) Une compression correspondant 64 kb/s donne un son "enrou" et 32 kb/s, un son mdiocre de qualit "grandes ondes".

Les termes commerciaux de qualit CD ou qualit numrique ne veulent rien dire. Dj parce que le MP3 rduit la qualit (de faon plus ou moins perceptible) par principe mme. Ensuite, parce que numrique n'est pas un critre de qualit (en numrique comme en analogique il existe diffrentes techniques de qualits trs diffrentes).

Toutefois, si le taux de compression est trop important, on peut tre amen faire ressortir certaines harmoniques de faon non attendue. Cela donne alors l'impression de bruits parasites et dsagrables au milieu du son.

E. Qualit du codage:

tiquettes:

Outre le fait de stocker la musique de faon trs compacte tout en conservant une qualit acceptable, le MP3 apporte une fonctionnalit rarement prsente sur les formats audio qui l'ont prcd: les mtadonnes, "metadata" en anglais (donnes sur les donnes). En clair, le fichier MP3 ne contient pas seulement la musique mais peut galement apporter des informations sur celles-ci (telles que l'interprte, le titre, le nom de l'album, la pochette, les paroles ou du karaok).

Ces informations sont stockes sous forme dtiquettes (tag en anglais) dont il existe plusieurs versions.

Le format MP3 initial ne permettait pas de stocker des tiquettes, tout au plus, il permettait de prciser certains paramtres binaires comme le fait que le morceau soit protg ou non par copyright ou le fait qu'il s'agisse d'un original ou d'une copie.

Les tiquettes MP3 sont enregistres au format ID3 (version 1 ou 2). Les caractres alphanumriques sont cods en code A.S.C.I.I. soit American Standard Code for Information Interchange 255 (8 bits, ou un octet). Il autorise donc les majuscules, mais aussi minuscules et lettres accentues.

Licence:

Bien que le MP3 soit souvent peru par l'utilisateur final comme une technologie gratuite (car il peut en effet coder ou dcoder sa musique de manire tout fait lgale pour peu que l'enregistrement original lui appartienne ou qu'il soit une copie usage priv), cette technologie fait l'objet d'une licence.

L'algorithme MPEG-1 Layer 3 dcrit dans les standards ISO/CEI IS 11172-3 et ISO/CEI IS 13818-3 est soumis des redevances (droits commerciaux) Philips (entreprise nerlandaise), TDF (entreprise franaise), France Tlcom (entreprise franaise), IRT (entreprise allemande), Fraunhofer IIS (entreprise allemande) et Thomson pour toute utilisation ou implantation physique (notamment sur les baladeurs MP3).

Logiciels adapts la lecture du MP3:

Sous Windows: Winamp, VLC, Audacity, Foobar2000, Windows Media Player, iTunes, RealPlayer, Zinf, musikCube, BSplayer, etc.

Sous Mac OS: iTunes, VLC, Audacity, Audion 3, QuickTime, RealPlayer, Amadeus II, SoundEdit, Sound Studio, Peak, etc.

Sous Linux: Xmms, Audacity, Amarok, JuK, Listen, Rhythmbox, VLC, Exaile, Rythmbox zinf, Mplayer, etc.

Sous Palm OS: Pocket Tunes

Matriels adapts sa lecture:

Baladeur numrique = Jukebox mp3:

Le MP3 est le format le plus rpandu, lu par tous les baladeurs, mais il est loin d'tre le plus efficace pour compresser les fichiers tout en gardant une bonne qualit d'coute. Certains baladeurs permettent de lire les fichiers des formats plus optimiss: le format AAC est recommand pour l'iPod, d'autres baladeurs proposant la lecture du WMA et/ou des fichiers .ogg. (Libre de droit)

Les baladeurs munis de mmoire flash ou d'un disque dur peuvent se comporter comme des cls USB et servir de mmoire de masse. Il est alors possible d'utiliser un baladeur numrique comme unit de sauvegarde et pour transporter des fichiers d'un ordinateur un autre.

Une unit de stockage destine sauvegarder les fichiers est constitue de composants de mmoire flash, d'un disque dur. Les baladeurs mmoire flash sont plus compacts que les bal