MP3
Présentation du format MP3
Le MP3 (« MPEG-1 Audio layer 3 ») est un format de compression de données audio par destruction de données, développé par l'organisation de standardisation internationale (ISO - International Standard Organization). Ce format permet de compresser à un taux de 1:12 les formats audio habituels (WAV ou CD Audio).
Il permet de faire tenir l'équivalent en fichiers de douze albums de musique sur un seul CD-ROM. De plus, le format mp3 n'altère que faiblement le son pour l'oreille humaine.
Le contexte
En fait la compression MPEG layer 3 consiste à retirer des données audio les fréquences inaudibles pour l'auditeur moyen dans des conditions habituelles d'écoute. La compression vise donc à analyser les composantes spectrométriques d'un signal audio, et de leur appliquer un modèle psychoacoustique pour ne conserver que les sons « audibles ». L'oreille humaine est capable de discerner, en moyenne, des sons entre 0.02 kHz et 20 kHz, sachant que sa sensibilité est maximale pour des fréquences entre 2 et 5 kHz (la voix humaine est entre 0.5 et 2 kHz), suivant une courbe donnée par la loi de Fletcher et Munson.
La compression consiste à déterminer les sons que nous n'entendons pas et à les supprimer, il s'agit donc d'une compression destructive, c'est-à-dire avec une perte d'information.
Les procédés
L'effet de masque
Gabriel Bouvigne explique : « Lorsque vous regardez le soleil et qu'un oiseau passe dans son axe, vous ne le voyez pas car la lumière provenant du soleil est trop importante. En acoustique, c'est similaire. Lorsqu'il y a des sons de fort volume sonore, vous n'entendez pas les sons faibles. Prenez l'exemple d'un orgue : lorsqu'un organiste ne joue pas, vous entendez le souffle dans les tuyaux, et quand il joue, vous ne l'entendez plus car il est masqué.
Il n'est donc pas essentiel d'enregistrer tous les sons, c'est la première propriété utilisée par le format MP3 pour gagner de la place. »
Le réservoir de bytes
Souvent, certains passages d'une musique ne peuvent pas être encodés sans altérer la qualité. Le mp3 utilise donc un petit réservoir de bytes qui agit en utilisant des passages qui peuvent être encodés à un taux inférieur au reste des données.
Le joint stereo
Dans beaucoup de chaines Hi-Fi, il y a un boomer unique (qui produit les basses). Cependant on n'a pas l'impression que le son vient de ce boomer mais plutçt des haut-parleurs satellites. En effet, en dessous d'une fréquence donnée l'oreille humaine est incapable de localiser l'origine du son. Le format mp3 peut exploiter (en option) cette astuce en utilisant la méthode du joint stereo. C'est-à-dire que certaines fréquences sont enregistrées en mono mais elles sont accompagnées d'informations complémentaires afin de restituer un minimum d'effet spatial.
Le code Huffman
La technique de l'algorithme Huffman est un algorithme de codage (et non de compression), qui agit à la fin de la compression, en créant des codes de longueurs variables sur un grand nombre de bits. Les codes ont l'avantage d'avoir un préfixe unique, ils peuvent toutefois être décodés correctement malgré leur longueur variable, et rapidement grâce à une correspondance de tables. Ce type d'encodage permet de gagner en moyenne un peu moins de 20% d'espace.
Lorsque les sons sont « purs » (lorsqu'il n'y a pas de masquage) l'algorithme Huffman est très efficace car le son digitalisé contient de nombreux sons redondants.
Les résultats
Ainsi, une minute d'un CD-audio (à une fréquence de 44.1 kHz, 16 bits, stéréo) ne prendra qu'un seul Mo. Une chanson fait donc en moyenne 3 ou 4 Mo, ce qui rend son téléchargement possible même avec un modem.
| Bande passante | Mode | Débit | Qualité | Compression |
|---|---|---|---|---|
| 11.025 | Mono | 8 kbps | Très mauvaise | 200:1 |
| 22.050 | Stéréo | 64 kbps | Mauvaise | 25:1 |
| 44.100 | Stéréo | 96 kbps | Acceptable | 16:1 |
| 44.100 | Stéréo | 128 kbps | Bonne | 12:1 |
| 44.100 | Stéréo | 196 kbps | Très bonne | 12:1 |
Le décodage d'un fichier MP3 est relativement peu coûteuse en utilisation du processeur, tandis que l'encodage est plus gourmand.
La législation
Le format MP3 n'est pas illégal, car il représente uniquement une façon de compresser des données numériques. Par contre son utilisation peut l'être. Lors de l'utilisation de fichiers Mp3, veillez à respecter les droits d'auteur : vous pouvez faire une copie (de sauvegarde) d'une chanson dont vous possédez l'original, mais vous ne pouvez pas télécharger ou archiver une musique d'un artiste dont les droits d'utilisation ne sont pas libérés. Il est ainsi fort peu probable que la chanson que vous rêvez de télécharger (chanson diffusée à la radio, ...) puisse légalement l'être. Il existe des plateformes de téléchargement légal, permettant d'acquérir des MP3 moyennant quelques euros. Attention toutefois, les MP3 ainsi téléchargés peuvent être protégés par des DRM (Digital Right Management), c'est-à-dire un dispositif permettant d'assurer aux ayants-droits que le MP3 ne sera pas copié sur un autre support, limitant ainsi son utilisation et pouvant empêcher sa lecture sur certains appareils.
