Cours
Transcodage/Compression de l'information : fichier son et image
1 - Le transcodage
- Exemple : un film projeté dans un cinéma n’aura pas la même taille qu’un film sur un DVD.
2 - La compression audio
La compression de données est une technique qui permet de diminuer la taille des fichiers numériques.
Diminuer la taille d’un fichier permet :
- De réduire son occupation du support physique (disque dur, BluRay, DVDRom, CDRom)
- De diminuer le temps de transmission
Une compression est caractérisée par son taux de compression donnée par :
Taux de compression = taille du fichier compressé / taille du fichier initial
Plus le taux de compression est bas, plus la compression est efficace.
La compression peut se faire avec ou sans perte d’informations.
Dans le cas de compression avec perte, la perte concerne des informations non ou peu perceptibles à l’œil où à l’oreille.
Nous allons utiliser le CD Audio comme cas représentatif dans le cadre de la compression de données.
1.1.1 - Un peu d'histoire :
Au début des années 70,
- la K7 audio révolutionne le monde de la musique par rapport aux platines vinyles.
- le son tient peu de place, s'écoute n'importe où, voyage, se copie (déjà...). Mais la technologie de la bande magnétique a ses limites : l'accès à une chanson nécessite un rembobinage, un changement de sens, la bande est fragile et perd en qualité avec le temps.
Pour palier à ces défauts deux géants s'unissent à la fin des années 70 pour créer un nouveau type de support,
- le Compact Disc numérique, exploitant les récentes avancées technologiques sur le laser.
Philips, déjà à l'initiative de la K7 et fort de son expérience dans la technologie laser, fournit les procédés de fabrication et de lecture du support physique.
Sony de son côté fournit les méthodes d'encodage et de correction d'erreurs garantissant qualité et fiabilité au contenu numérique.
En 1980, le CD-audio, première application 'multimédia' du disque compact, sort des laboratoires.
La première production industrielle a lieu en 1982 près de Hanovre en Allemagne.
La légende raconte que si les premiers CD audio duraient 60 minutes, un standard de 74 minutes fut finalement adopté pour tenir d'un seul tenant la 9ème symphonie de Beethoven, à la demande du chef d'orchestre Herbert von Karajan.
Avantage :
- faible encombrement, la relative résistance aux dégradations, la facilité d'utilisation et surtout la qualité optimale et impérissable du son permettent la formidable popularisation de ce support dans les décennies suivantes, favorisant l'essor de contenus plus évolués : programmes et données sur le CD-ROM, photos sur le CD-I, vidéos sur le Video-CD, ...
Avec l'arrivée du Digital Video Disc (DVD) à la fin des années 90, un nouveau pas est franchi, et c'est le stockage numérique des films en pleine qualité avec menus et bonus qui devient possible.
1.1.2 - Le CD audio
Compte tenu des contraintes théoriques de restitution d'un signal analogique de bonne qualité (pour l'oreille humaine) à partir d'un signal échantillonné (théorème de Shannon), on a imposé aux CD audio un format de stockage du son ayant les données suivantes :
- Fréquence d'échantillonnage = 44,1 kHz
- Données codées sur 16 bits
- Son stéréo
Pour qu'une numérisation soit réussie, il faut utiliser le Théorème de Shannon qui dit ceci : la fréquence d'échantillonnage doit être au moins égale au double de la fréquence maximale fmax du signal analogique.
1.1.3 - Occupation en octet d'une séquence sonore inscrite sur un CD audio
On donne la formule pour trouver la taille en octets d'une séquence sonore est ainsi égale à :
Taille en octets = Taux d'échantillonnage x (Nombre de bits ÷ 8) x Nombre de secondes x Nombre de voies
avec
Taux d’échantillonnage en Hertz (c’est le nombre de mesure par seconde)
Nombre de bits : si on choisit 8, 16, 24 ou 32 bits
Nombre de voies (mono = 1, stéréo = 2)
1.1.4 - Impact de l'échantillonage
Ci-dessous un signal enregistré d'une musique, plus on diminue le nombre de bit pour l’échantillonnage plus le signal se dégrade mais moins il occupe d'espace sur un disque. On ne capte plus les multiples changements qui se trouve sur la sinusoïdale. On dit que la compression est destructive dans ce cas.
Dans le cas d'un MP3, on va analyser les composantes spectrométriques d'un signal audio 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). 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.
Une des techniques est de supprimer les hautes fréquences que l'on ne perçoit pas.
3 - Méthode de compression : le codage RLE
Autre exemple, imaginons un écran de texte noir sur fond blanc. Il sera constitué de longues séquences de pixels blancs pour le fond, et de courtes séquences de pixels noirs pour le texte. Représentons une ligne d'un tel écran, avec B (comme black) pour les pixels noirs et W (comme white) pour les pixels blancs :
Voici la séquence :
WWWWWWWWWWWWBWWWWWWWWWWWWWWBBBWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWBWWWWWWWWWWW
Un encodage Run Length Encoding consiste à indiquer pour chaque suite de pixels d'une même couleur le nombre de pixels de cette séquence. Le résultat comporte en général moins de caractères, bien que ça ne soit pas toujours le cas.
On obtient, par exemple, pour la ligne précédente :
12W1B14W3B23W1B11W (ce qui permet de gagner en taille de stockage mais on devra écrire un algorithme qui comprenne cette méthode pour afficher correctement les informations)
Limitation :
WBWBWBWBWB donnerait :
1W1B1W1B1W1B1W1B1W1B Ce qui est deux fois plus long.
Remarque : dans le dernier cas, il serait plus efficace d'écrire uniquement la lettre si elle est seule (sans le chiffre 1). On aurait alors toujours au maximum la même taille.
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