Exposés des élèves du cours de deuxième année de l'Ecole des Mines de Nancy RESEAUX 1996/1997
La compression vidéo MPEG, par GERBER Jacques-Alexandre et GIGNOUX Sébastien

Compression Audio : MPEG Audio Layer

MPEG Audio Layer

Introduction

Sans compression, des signaux audio digitaux consiste typiquement en des échantillon 16 bits enregistremé à un taux d'échantillonage plus de deux fois plus importantes que la bandes passantes audio (44,1 kHz pour les CDs). Il faut alors plus de 200 Ko pour représenter juste une seconde de musique stéréo de qualiter CD. En utilisant le codage audio MPEG on peut réduire les données du son original d'un CD d'un facteur 12 sans perte de qualité. Des facteurs de 24 et même plus maintienent encore une qualité de son significativement meilleur que celle obtenue en réduisant simplement le taux d'échantillonage et la résolution des échantillons. Basiquement, cela est réalisé par des techniques de codage perceptuel adressant la percerption d'ondes sonores par l'oreil humaine. En utilisant l'audio MPEG on peut atteindre une réduction des données de :

• 1:4 pour la couche 1, qui correspond à 384 kbps pour un signal stéréo
• 1:6 à 1:8 pour la couche 2, qui correspond à 256 à 192 kbps pour un signal stéréo
• 1:10 à 1:12 pour la couche 3, qui correspond à 128 à 112 kbps pour un signal stéréo

En maintenant toujours une qualité CD.

En exploitant des effets stéréos et en limitant la bande passante audio, le codage peut procurer un son de qualité acceptable à des taux encore plus bas. La couche 3 est la plus performante des techniques de la famille MPEG. Ces performances sont typiquement :

Toutes les couches utilisent la même structure de base. L'encodeur analyse le spectre du signal audio en y appliquant un filtre et évalue le niveau de bruits par l'intermédiaire d'un modèle psycho-acoustique. Au niveau de la quantisation et du codage, l'encodeur tente d'allouer le nombre approprié de bits de données de sorte à satisfaire tant le taux de transfert que la qualité souhaité.

Le décodeur est beaucoup moins complexe. Sa seul tâche consiste à syntétisé une signal audio à partir du spectre codé.

Toutes les couches utilisent le même filtre d'analyse (polyphase avec 32 sous-bandes). La couche 3 ajoute une MDCT/Transform pour augmenter la résolution fréquentielle.

Toutes les couches utilisent la même entête dans le flux de données pour correspondre à la strucure hiérarchique du standard.

Toutes les couches ont une sensibilité similaire aux erreurs de bits. Elles utilisent une structure de données dont certaine partie (entête, facteurs d'échelles, informations complémentaire) sont plus sensible que d'autre (données du spectre).

Toues les couches autorisent l'insertion d'information sur des programmes associés dans le flux de donnée audio.

mpeg-7applications

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