Compact Disc Audio Qualitй


Le nouveau standard de haute qualitй du audio йtait dans les 1980's le compact disc (abrйviation "CD"). Avant l'apparition du compact disc il y avait beaucoup de mйchanismes et de formats pour sauvegarder l'information audio, pourtant, avant compact disc, tous ces formats йtaient l'analogiques - compact disc est le premier medium transportable (ccessible а l'usager) qui avait la fonction du conservation digitale. L'avantage de la conversation digitale est immense, mais ce qui est le plus impressionnant--c'est la nature du medium digital- le CD ne se dйtйriora jamais.

Taille Probleme


Compte tenu des contraintes theoriques de restitution d'un signal analogique de bonne qualite (pour l'oreille humaine) a partir d'un signal echantillonne (theoreme de Shannon), on a impose aux CD audio un format de stockage du son ayant les donnees suivantes : Frequence d'echantillonnage = 44,1 kHz Donnees codees sur 16 bits Son stereo Avec ce standard, calculons la place occupee par une minute de musique. On a 44100 echantillons en 1 seconde (44,1 kHz). Chaque echantillon est code sur 16 bits soit 2 octets et le son est stereo. On a donc ((44100*2)*2*60) octets pour une minute de musique stereo soit 10,584x106 octets! Il faut environ 10 Mo pour stocker une minute de musique sur un CD. Si on considere qu'un morceau de musique dure en moyenne 3 a 4 mn, il faudra compter 30 a 40 Mo par morceau si on veut le stocker au format CDA (CD Audio). On voit qu'un signal audio au format CDA prend beaucoup de place d'ou l'idee de chercher a le compresser.

Comment opere-t-on une compression sur un fichier audio? En fait, on devrait plutot parler d'un ensemble de techniques utilisees pour arriver au resultat final. Parmi ces techniques, certaines sont dites destructrices d'autres non. Une compression destructrice, c'est une compression qui est realisee en perdant de l'information. Cela signifie que si l'on decompresse le signal compresse a l'aide d'une telle technique, on ne retrouvera pas le signal de depart.

Techniques de compression non destructrices


Au rang des techniques non destructrices, que trouve-t-on ? Principalement des techniques de codage.
Expliquons nous. Un son, c'est une frequence. Une seconde de musique c'est donc une succession de frequences. Imaginons que dans la suite d'echantillons composant une seconde de musique (rappelons qu'il y en a 44100) on ait plusieurs fois de suite la meme frequence, par exemple 10 fois. Si au lieu de stocker ces 10 points, on en stocke 1 seul et le nombre de fois ou il se repete, on a besoin de coder 2 nombres et non 10. Si, de plus, on applique cette methode a des frequences non plus identiques mais tres proches les unes des autres (si proches que l'oreille humaine moyenne ne puisse les distinguer), on peut encore gagner en place. Cette fois, la compression est destructrice puisque l'on remplace une frequence par une autre (presque identique). On utilise egalement l'algorithme de Huffman (1952) comme methode de codage des informations. Cette methode est utilisee dans tous les algorithmes de compression (compression de fichiers texte, compression d'images, compression de sons). Elle repose sur l'utilisation d'un code de longueur variable et la probabilite d'apparition d'un evenement (en l'occurrence ici d'une frequence). Plus une frequence apparait souvent, plus son code sera court (nombre de bits faible pour la representer). Le fichier est lu une 1ere fois et on dresse un tableau des frequences apparaissant et le nombre de fois ou elles apparaissent. On en deduit le code approprie. Ce codage est utilise en dernier lieu. C'est la phase finale de la compression. C'est un codage non destructeur.

Techniques de compression destructrices


Parmi les techniques de compression destructrices, on a essentiellement des methodes qui exploitent les proprietes de l'oreille humaine. Cette derniere entend les frequences situees dans la gamme 20 Hz - 20 kHz. Si un morceau contient des frequences hors de cette gamme, on peut donc purement et simplement les supprimer sans perte de qualite audio puisque l'oreille ne les entend pas. En fait, on entend surtout correctement les frequences situees dans la gamme 2 kHz - 5 kHz. En effet, il faut moins de 5dB pour entendre les frequences de cette bande alors qu'il faut plus de 20dB pour entendre les frequences situees en dessous de 100 Hz ou au dessus de 10 kHz. Ces constatations peuvent etre exploitees pour reduire la taille des fichiers. On peut par exemple decider que toutes les frequences au dessus de 15 kHz seront supprimees. On peut utiliser aussi le principe des frequences masquees. Si dans un groupe de frequences, certaines ont un niveau sonore beaucoup plus eleve que d'autres, il n'est pas necessaire de conserver les frequences de niveau sonore faible : on ne les entendra pas. Pour utiliser une comparaison plus marquante, imaginez que vous etes dans votre jardin et que vous entendez le pepiement des oiseaux. Le Concorde passe au dessus de votre tete (meme tres haut). Vous n'entendrez plus les oiseaux car le son qu'ils produisent est beaucoup plus faible que celui genere par l'avion. C'est comme si les oiseaux n'existaient plus ou avaient arrete de chanter. On voit bien qu'il n'est pas necessaire de coder toutes les frequences presentes dans un morceau pour que l'oreille humaine le percoive correctement quand meme.
Enfin, si les deux voies d'un son stereo presentent des sequences semblables, au lieu de dupliquer ces sequences, on en stocke evidemment qu'une et l'information qu'a ce moment la, voie droite et voie gauche sont identiques. La compression avec pertes est la compression qui perd la partie de l'information. La compression et puis la dйcompression du fichier a comme le rйsultat le retour vers le fichier original. Ce n'est pas assez bien pour les choses qui doivent être interprêtйes par l'ordinateur, comme exйcutable programmes/applications ou la plupart d'ordinateurs, mais c'est plus souvent bien pour les choses qui йtaient interprêtйes par des gens (comme photos, ou sons). Le truc est de supprimer un peu de l'information lа oщ la comprйhension le permet.

Et ce qui est vraiment bien, on peut obtenir une bonne qualitй du son et occuper moins de 5% de taille commune, mais tout de même avoir le son assиz bon sur l'йquipement normal.

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