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A propos d'Obligement
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David Brunet
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Dossier : La compression MPEG audio
(Article écrit par Didier Levet et extrait d'ANews - septembre 1999)
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Depuis plusieurs années, le groupe MPEG (Moving Pictures Experts Group) travaille à développer des techniques permettant de
réduire le nombre d'informations à transmettre pour diffuser des images animées, éventuellement synchronisées avec une bande
sonore, tout en conservant la qualité optimale. De là est né le MPEG audio, ou MPEG-A, et son cortège de termes et autres
appellations barbares.
La première chose qui vous vient à l'esprit est probablement le "mp3". Ce format de compression est incontestablement le plus
connu, mais le standard MPEG-A propose bien d'autres possibilités aussi intéressantes.
D'autre part, le label "mp3" n'est pas forcément synonyme de qualité.
Suivez le guide...
Pour fixer les esprits, le MPEG-A est au son ce que le JPEG est à l'image.
Dans les deux cas, la compression induit une perte de qualité plus ou moins contrôlée, perte qui dépend du taux de compression
obtenu, mais aussi de la technologie employée. Inutile de dire qu'il est facile de faire de la bouillie dès lors que les
différents paramètres sont mal maîtrisés.
En ce qui concerne le MPEG-A, le principal paramètre est le "bitrate", ou débit de sortie. Si on connaît ce débit et la durée
du son à compresser, on peut en déduire directement la taille du fichier MPEG après compression, la nature des échantillons et
le nombre de canaux n'ayant aucune importance.
En d'autres termes, si on compresse un son mono et un son stéréo en utilisant la même valeur pour le débit de sortie, le fichier
MPEG résultant aura très exactement la même taille (toutes choses étant égales par ailleurs). Indiscutablement, il apparaît que
le son stéréo aura été compressé deux fois plus, ce qui laisse entrevoir de possibles altérations de qualité de restitution.
Vous pouvez bien sûr compenser en doublant le débit de sortie, mais passé un certain seuil, la qualité n'augmente plus de façon
perceptible, si bien qu'agir de la sorte ne fait que diminuer inutilement le taux de compression. Nous voilà bien avancés...
La corrélation plus ou moins floue entre le débit de sortie et la qualité de restitution après compression s'explique par la
façon dont fonctionne l'encodeur. En fait, ce débit sert de limiteur en accordant une taille maximale à ne pas dépasser aux données
compressées par le coeur du système.
Si la taille de ces données est inférieure au seuil fixé par le débit, l'encodeur procède à des coupes sombres pour rester dans
les limites imposées. Voilà pourquoi la qualité chute de façon dramatique lorsque ce fameux "bitrate" est trop faible, et pourquoi
cette qualité n'augmente plus au-delà d'un certain niveau.
Et oui, la magie de la compression MPEG-A est ailleurs. Elle se situe dans ce qui est connu sous le nom de "layer". Il en existe
trois, mettant en oeuvre une technologie de plus en plus sophistiquée bien que reposant sur les mêmes principes.
Sans trop rentrer dans les détails, la méthode consiste dans un premier temps à transformer les échantillons (au sens musical du
terme) en quelque chose de plus facile à manipuler: les différentes fréquences qui composent le son.
Ensuite, un analyseur psycho-acoustique se charge d'évaluer ce que l'oreille humaine entend, ou n'entend pas, et élimine tout ce
qui est inaudible. Enfin, ce qui reste est savamment encodé pour réduire encore un peu la taille des informations.
Au bout du compte, on obtient un nouvel ensemble de données qui est beaucoup plus compact, sans pour autant avoir altéré de manière
audible la qualité musicale.
Le Layer-1, qui est le plus simple de tous (si l'on peut dire), est aussi le plus ancien. Il a servi de base au développement du
Layer-2, lequel apporte des améliorations notables dans la phase d'encodage.
Un agencement plus subtil des données permet d'utiliser un débit de sortie plus faible qu'avec le Layer-1, sans perte de qualité.
Enfin, le Layer-3 améliore toutes les phases de compression en étant encore plus incisif au niveau de l'analyseur psycho-acoustique,
et plus agressif dans la phase d'encodage.
Toutefois, le Layer-3 présente une caractéristique qui peut parfois s'avérer déroutante. En effet, la partie encodage utilise une
méthode statistique afin d'utiliser au mieux l'espace disponible pour les données, si bien que la qualité peut varier d'un fichier
à l'autre malgré un débit constant. Ainsi, un débit de 128 kbits/s peut être très satisfaisant dans certains cas, et très
insuffisant dans d'autres.
Une particularité commune aux trois Layers est le mode "Join-Stereo". Son utilisation permet à l'encodeur de mixer graduellement
les deux canaux d'un son stéréo, ceci afin de compenser un débit de sortie un peu faible.
Cette modification s'effectue de façon dynamique, c'est-à-dire uniquement lorsque c'est nécessaire. Si le débit de sortie est
suffisant, le mixage ne sera tout simplement pas effectué.
Il résulte de tout cela que la qualité intrinsèque des différents Layer est la même. Seul le taux de compression maximal admissible,
c'est-à-dire sans perte de qualité notable, change. Du coup, le réglage du débit de sortie et le choix du Layer dépendent de
l'objectif à atteindre en termes de rapport compression/qualité. Les choix annexes sont la vitesse d'encodage ou de décodage, ou
encore le choix de l'encodeur lui-même.
Chacun fixe ses priorités à sa guise en fonction d'autres paramètres plus ou moins personnels. Néanmoins, il n'existe pas de
recette miracle donnant des résultats optimums dans tous les cas de figure.
Mais il s'agit là de théorie. Dans la pratique, les choses sont quelque peu différentes. Tout d'abord, la qualité des encodeurs
est assez disparate. Il y a ceux de qualité, mais généralement lents. Il y a les encodeurs rapides, mais souvent au détriment de
la qualité. Il y a aussi les perles rares qui cumulent les deux, dans le bon sens comme dans le mauvais. Enfin, n'oublions pas
les "technoïdes" chevronnés qui s'en servent n'importe comment. Mais c'est une autre histoire...
Du coup, prétendre qu'un fichier MPEG-A encodé en "mp3" représente le summum de la qualité ne rime plus à rien, puisque tout
dépend des réglages choisis au moment de l'encodage et de l'encodeur proprement dit. De même, écarter d'office un fichier encodé
en "mp2" (Layer 2) sous prétexte qu'il sera de moins bonne qualité serait une erreur. Dans tous les cas, c'est à vos oreilles
d'apprécier ou non le résultat, quoiqu'on en dise. De plus, ce qui est acceptable pour vous ne l'est pas forcément pour d'autres.
Tout le monde n'a pas les mêmes oreilles, ni les mêmes goûts, ni le même matériel d'écoute. C'est une évidence, mais combien
l'avaient oubliée ?
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