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1 2 3 I. Définition : Quand on parle du MP3, on parle la plupart du temps des f

1 2 3 I. Définition : Quand on parle du MP3, on parle la plupart du temps des fichiers compressés sous le format MPEG Audio Layer 3. C’était l'un des formats audio le plus répandu dans l'univers de la musique. C'est d'ailleurs l'Union européenne, à travers le programme Eureka, qui a permis au MP3 de prendre son envol. En effet, les recherches sur ce format ont commencé dans les années 1990. Le MP3 a pu voir le jour grâce à une équipe de recherche, composée de Leon Van de Kerkhof chez Philips, Yves-François Dehery chez TDF- CCETT et Karlheinz Brandenburg de l'institut Fraunhofer-Gesellschaft. Après des années de travail, la norme sur le MP3 a été définitivement arrêtée en 1995. Les chercheurs ont alors joué sur l'oreille humaine qui ne perçoit pas toutes les variations et toutes les fréquences. Le but était alors simple: réduire la taille des fichiers trop volumineux en le compressant sans pour autant que la qualité du son de la musique en soit trop modifiée. En écoutant une chanson en MP3, vous pourrez alors profiter de votre chanson favorite. II. L’utilité de MP3 : Lorsqu’Internet s'est développé à partir des années 2000, il était indispensable de trouver un format qui puisse être téléchargé directement sur certaines plateformes. D'ailleurs, ce fut le cas notamment de la plateforme Napster, qui proposait le téléchargement de fichiers musicaux en MP3, illégalement. Désormais, les habitudes musicales du grand public ont changé. Alors qu'avant, il fallait avoir un baladeur CD, ou encore écouter sa musique préférée chez soi, le MP3 va permettre de réduire le poids des chansons, sans en altérer la qualité audible de la musique. Le MP3 a donc permis de démocratiser la musique. Ainsi, tout le monde peut alors écouter de la musique dans les transports en commun ou à la pause déjeune par exemple. Avec un poids d'1 Mo pour 1 minute de chanson, le MP3 est alors le format que toute une génération attendait. Pour faire face aux téléchargements illégaux de musique en MP3, les industries musicales ont alors développé des baladeurs MP3 et des 4 plateformes légales ont alors vu le jour pour le plus grand plaisir des mélomanes. MP3 est un format utilisé pour les fichiers musicaux. Le mp3 est devenu le format de référence pour écouter de la musique, sur un ordinateur ou sur un lecteur MP3 à emporter de partout avec soi. La musique MP3 a subi un encodage qui lui permet d'occuper 10 fois moins de place sur une mémoire qu'une musique originale d'un disque musical. Le "Layer 1" est utilisé par Philips dans son système de cassette DCC. Le "Layer 2" est utilisé dans les CD multimédias (déjà disparus !) et les "Vidéo Disc". Le "Layer 3" est le plus complexe et le plus performant et peut être traité aujourd'hui en temps réel par les microcontrôleurs RISC des lecteurs et enregistreurs portables. Un PC actuel prend même de l'avance sur le temps réel ! Rapidement, le MPEG audio layer 3 est renommé MP3. III. Historique : En 1986, K. Brandenburg et son équipe, travaillant à l’institut Franhofer, sont chargés du projet Eurêka qui est la création d’une radio numérique (du nom de DAB : Digital Audio Broadcasting). Le problème était que le son ne pouvait être transmis intégralement. Il fallait créer un moyen de le compresser pour le transmettre. L’histoire de ce format audio remonte à l’année 1987. C’est la société allemande Fraunhofer-Gesellshaft qui développe ce format compressé et dispose des droits de brevet sur ce dernier. 1987 : la société allemande Fraunhofer-Gesellschaft lance le programme de recherche Eureka Project EU147. 1989 : Fraunhofer reçoit un brevet allemand pour les fichiers MP3. 1993 : Le MPEG-1 standard est publié. 1994 : Le MPEG-2 est développé et publié 1 an plus tard. 1996 : Un brevet américain est délivré pour le MP3. 5 1998 : Tous les développeurs d’encodeurs MP3 ou rippers sont obligés de payer une redevance de licence. 1999 : Une maison de disques commence à distribuer des morceaux de musique au format MP3. Les baladeurs MP3 font aussi leur apparition. IV. Le principe de La compression MP3 : Le grand principe de la compression audio: "Ne jamais transmettre ce que l'on ne peut pas entendre." Compression MP3 : • La compression permet de faire circuler plus d'informations pour une durée donnée : le débit est donc plus grand. • Il existe pour cela deux types de compression suivant leur usage : 1-la compression sans perte : les données informatiques qui doivent rester identiques à leur original (textes, programmes informatiques…) ; 2-la compression avec perte : les données dont la qualité se limite aux perceptions humaines (images, vidéo, sons…). • Il y a plusieurs algorithmes de compression. Ils sont choisis en fonction de : - leur taux de compression. - la qualité de compression (sans/avec perte et en fonction du pourcentage de pertes). - la vitesse de compression et de décompression. • Calcule le taux de compression : Le taux de compression correspond au rapport de la taille du fichier compressé sur la taille du fichier initial. 1. Algorithme MP3 : 1. La banque de filtres décompose le signal audio (e.g., son à 48 kHz) dans 32 bandes de fréquence (sub-band filtering) 6 2. Le modèle psychoacoustique détermine le masquage de chaque bande par les bandes voisines. 3. Si l’amplitude d’une bande est inférieure au seuil de masquage, elle est ignorée; sinon on détermine le nombre de bits pour représenter le coefficient avec un bruit de quantification sous le seuil de masquage. 4. Le formatage de sortie dépend du niveau de compression désiré. 2. Encodeur MP3 : 3. Décodeur MP3 : 4. Couches MPEG : Couche 1 et 2: 7 Couche 3 : 5. Codage en MPEG audio : 6. Format des trames : Couche 1 : Données  Couche 2 :  Information sur  le codage des données   Optionnel Couche 3 : Information générale  8 V. Fonctionnement : Le MP3 est un format compressé qui permet de diminuer la taille du fichier musical. Pour avoir un ordre d'idée, vous pourrez enregistrer plus de 12 albums en format MP3 sur un CD. La force du format est qu'il va permettre de réduire le poids d'une musique sans pour autant diminuer sensiblement la qualité. Alors, comment cela fonctionne-t-il si on regarde de plus près ? L'oreille humaine permet d'écouter des fréquences de 0,02 Hz à 20 Hz, mais la sensibilité humaine est plus importante entre 2 et 5 Hz. Ainsi, l'objectif est donc de compresser le fichier sur des zones vibratoires où l'oreille humaine n'est pas sensible. Ainsi, en appliquant cette compression destructrice, le MP3 pourra fonctionner sans perdre en qualité. La technologie MP3 n’est en réalité pas une compression mais plutôt une suppression d’informations dans l’objectif de simplifier et alléger un fichier. Cette technologie repose sur deux aspects centraux : la capacité auditive humaine d’une part et un modèle psycho-acoustique d’autre part. - Suppression des fréquences inaudibles : Tout d’abord, il faut savoir que l'oreille humaine a une capacité limitée : elle perçoit uniquement les sons compris dans la fourchette de fréquences 20Hz - 20KHz. La technologie MP3 consiste alors à supprimer les données correspondant aux fréquences inaudibles (on peut même supprimer les aigues > 16 kHz peu audibles). Ainsi, le fichier d’origine est allégé, débarrassé des données imperceptibles, sans que l’utilisateur distingue la modification. 9 I. MPEG Coding Specifics : MPEG Layer I : – Le filtre est appliqué une image (12x32 = 384 échantillons) à la fois. À 48 kHz, chaque image transporte 8 ms de son. – Utilise une FFT de 512 points pour obtenir des informations spectrales détaillées sur le signal.(Filtre de sous-bande). Utilise un étalement de fréquence égal par bande. – Le modèle psychoacoustique n’utilise que le masquage de fréquence. – Applications typiques: enregistrement numérique sur bandes, disques durs ou disques magnéto-optiques, qui peuvent tolérer le débit binaire élevé. – La plus haute qualité est obtenue avec un débit binaire de 384k bps. MPEG Layer II : – Utilisez trois trames dans le filtre (avant, actuel, suivant, un total de 1152 échantillons). À 48 kHz, chaque image transporte 24 ms de son. – Modélise un peu le masquage temporel. – Utilise une FFT de 1024 points pour une plus grande résolution de fréquence. Utilise un étalement de fréquence égal par bande. – La plus haute qualité est obtenue avec un débit binaire de 256k bps. – Applications typiques: Diffusion audio, Télévision, Enregistrement grand public et professionnel, et Multimédia. MPEG Layer III : – Un meilleur filtre à bande critique est utilisé. – Utilise des bandes de fréquences inégales. – Le modèle psycho-acoustique inclut des effets de masquage temporel, prend en compte redondance stéréo de compte, et utilise le codeur Huffman. Codage de redondance stéréo : – Codage stéréo d’intensité - dans les sous-bandes de fréquence supérieure, encodage additionné signaux au lieu de signaux indépendants des canaux gauche et droit. – Codage stéréo milieu/côté (MS) - encoder le milieu (somme de gauche et uploads/s3/ mp-3.pdf