MP3 : détails sur la technologie

Nous avons donc vu précédemment que le format MP3 est une technologie de compression sonore. Comment la qualité sonore est elle maintenue avec une telle compression de 1:12 ?

Même si la qualité sonore du morceau compressé est maintenue la compression MP3 est une compression par perte de donnée et dégradation du signal initial. Cette technologie utilise les caractéristiques auditives de l'oreille humaine.

L'oreille humaine est uniquement capable de percevoir des sons dans la fourchette de fréquence 20 Hz à 20 KHz. Ainsi les sons en dehors de ce domaine de l'audible ne sont pas perçus. C'est à ce moment que la technologie MPeg 1 layer 3 intervient. Le logiciel de compression va alors appliquer des algorithmes de compression visants à supprimer les donnés correspondants à des sons non audibles. L'oreille humaine ne distingue pas cette intervention et la taille du fichier est alors réduite.

Un autre fait. Il existe des fréquences sonores qui peuvent être masquées par d'autres (par exemple les fréquences très rapprochés. Le MP3 va alors effacer les données qui correspondent à des fréquences masqués que l'oreille humaine ne pourrait discerner. Il y a alors encore réduction de la masse des données numériques cryptant le signal sonore.

D'autres processus dirigés par de puissants algorithmes interviennent dans la compression.

Ainsi le programmes devant appliquer ces algorithmes doit analyser le spectre du fichier original et intervenir pour que seuls les données audio perceptibles et utiles soient gardés. C'est alors qu'intervient un des points faibles dur MP3 : Le temps de codage ( Il faut compter environ 8-10 min par minute de chanson à coder).

En fait l'utilisation courante du nom MP3 est un abus de Langage. Son "vrai" nom est MPEG 1 layer 3. MPEG sont les initiales de Moving Picture Experts Group. Ce groupe d'expert fixe les différentes normes de codage audio et vidéo (comme les normes de transmission de données genre V90, V32). C'est ce groupe qui définit ce que doit être le codage audio mais ce n'est pas lui qui créée les algorithmes. Il existe aussi la norme MPEG 2 qui définit la compression vidéo notamment des DVD-ROM.

"Layer" indique la version de la norme. La première version était le layer 1 (1987). Le layer 1 avait le même type de compression par perte de donné que l'actuel layer 3 mais il était moins puissant

1:4	Layer 1 (384 kbps),
1:6...1:8	Layer 2 ( 256..192 kbps )
1:10...1:12	Layer 3 (128..112 kbps),

Ce tableau indique le taux de compression de chaque "layer". On remarque que pour un taux de compression de 1:4 pour une qualité CD, le layer 1 compresse moins que le layer 3. Le layer 3 est donc le plus performant.

Bien que le taux de compression ne soit pas mesurable qualitativement on peut comparer le "bitrate" (en Kilo Bits Par Seconde) de chaque layer. Pour la qualité CD le layer 1 demande 384 kbps alors que la layer 3 prend seulement 128 kbps.

Un des avantages du format MP3 c'est que l'on peut régler la taux de compression par le bitrate. Par exemple quand on code avec le layer 3 à 60 kbps on diminue la qualité sonore mais on diminue aussi fortement la taille du fichier. Cette alternative est intéressante quand on ne veut que coder de la voie où de la musique de basse qualité.

Qualité	Bitrate	Taux de compression
Téléphone	8 kbps	96:1
Radio AM	32 kbps	24:1
Radio FM	56...64 kbps	26...24:1
CD	112..128kbps	14..12:1

On remarque alors qu'un son de qualité "téléphone" peut être compressé à 1:96 soit la taille du fichier .wav divisée par 96 !

Les travaux des "layer" continuent, le prochain layer 4 permettra encore de faire baisser le bitrate de la qualité CD pour atteindre les 64 kbps au lieu des 128 kbps du layer 3

D'autres technologies de codage existent tels que AAC, AC-3 ou TwinVQ. Ces technologies sont restées aux professionnels de l'audio et sont encore plus performants que le MP3. A mon avis ils resteront pour les professionnels car ces formats sont propriétaires, c'est a dire que seuls l'entreprise créatrice du format peut diffuser les softs contrairement au format MP3 n'appartient à personne (à part quelques polémiques...)

La nouvelle norme MP4 sera une synthèse de ces technologies et est prévue pour septembre 1999. On peut dès maintenant avoir une petite idée du MP4 avec VQF de Yamaha actuellement en version d'evaluation