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Article

1 - MÉDIAS NUMÉRIQUES ET FORMATS

2 - FORMATS NATIFS ANALOGIQUES

3 - PRINCIPE DE LA REPRÉSENTATION (CODAGE) NUMÉRIQUE

4 - AUDIO NUMÉRIQUE

5 - IMAGES FIXES NUMÉRIQUES

6 - IMAGES ANIMÉES NUMÉRIQUES – VIDÉO ET CINÉMA NUMÉRIQUE

7 - BILAN NUMÉRIQUE DES FORMATS NATIFS

8 - CONCLUSION

9 - GLOSSAIRE ET ACRONYMES

Article de référence | Réf : TE5364 v1

Audio numérique
Panorama des médias numériques - Formats natifs audio/image fixe/vidéo

Auteur(s) : Jean-Noël GOUYET

Relu et validé le 01 févr. 2024

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RÉSUMÉ

Cet article traite de la «forme» numérique native dans laquelle sont converties les images et les sons, dans notre environnement média actuel. Le format natif numérique est le résultat d’une mesure discontinue et codée de l’amplitude des grandeurs analogiques, continues et proportionnelles, générées par des appareils de prise de son ou de vue. Ces grandeurs analogiques correspondent à l’intensité des vibrations sonores ou lumineuses perçues par nos sens de l’ouïe et de la vue. Cette mesure, la «numérisation», est spécifiée par des paramètres précis, qui sont détaillés dans cet article pour chacun des médias audio, image fixe et vidéo.

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ABSTRACT

Digital Media. Native audio/still picture/video formats

This article describes the digital native “format” into which are converted sounds and pictures in our present media environment. The digital native format is the result of the discontinuous coded measurement of the analog values, continuous and proportional, generated by a microphone or a camera. These analog values correspond to the intensity of the sound or light vibrations perceived by our hearing and vision. This measurement, “digitization”, is specified by precise parameters, which are detailed in this article for each medium: audio, still pictures and video.

Auteur(s)

  • Jean-Noël GOUYET : Ingénieur en techniques et gestion des médias numériques - Ancien chargé d’études à la Direction de la recherche de l’Institut national de l’audiovisuel (INA)

INTRODUCTION

Les professionnels, comme les particuliers, ont à produire, manipuler, stocker, gérer, échanger, diffuser, distribuer, des médias audio – images fixes – vidéo numériques « codés » dans divers formats, appelés formats « d’essence », et encapsulés dans des « formats-conteneurs » de stockage ou de transport extrêmement nombreux et variés.

Ce dossier « Panorama des médias numériques », composé de six articles, a pour objectif de proposer une définition, une description des caractéristiques, une cartographie et une classification de ces différents formats de médias numériques.

Ce premier article [TE 5 364] détaille le « format natif numérique ». Il est le résultat d’une mesure discontinue et codée de l’amplitude des grandeurs analogiques, continues et proportionnelles, générées par des appareils de prise de son ou de vue. Ces grandeurs analogiques correspondent à l’intensité des vibrations sonores ou lumineuses perçues par nos sens de l’ouïe et de la vue. Cette mesure, la « numérisation », est spécifiée par des paramètres précis, qui sont détaillés dans cet article pour chacun des médias audio, image fixe et vidéo. C’est ce format natif numérique qui détermine la qualité originelle du média numérique.

Le second article [TE 5 366] présente un panorama des formats de compression numérique, audio, image fixe et vidéo qui permettent de réduire la quantité de données composant les formats natifs, afin de faciliter leur stockage ou leur distribution.

Le troisième article [TE 5 368] constitue une introduction aux caractéristiques des formats-conteneurs permettant d’encapsuler l’audio, les images fixes ou la vidéo, soit en format natif, soit le plus souvent en format de compression.

Le quatrième article [TE 5 369] décrit des formats-conteneurs dédiés au stockage de médias, en particulier une cinquantaine de formats de fichiers, parmi les plus utilisés dans le monde des médias et de l’audiovisuel, ainsi que quelques formats d'enregistrement sur supports optiques ou magnétiques.

Le cinquième article [TE 5 370] décrit des formats-conteneurs dédiés à différents modes de transport des médias numériques, ainsi que des métaformats-conteneurs.

Le sixième article [TE 5 371] aborde le problème de la gestion des formats de médias numériques, en détaillant la conversion entre formats et en fournissant quelques critères d’évaluation et de sélection des formats.

Le lecteur trouvera en fin d’article une liste complète des abréviations et acronymes utilisés. De nombreux termes et le texte de certaines figures ont été conservés en anglais, avec la traduction jointe, de manière à faciliter la lecture et l’utilisation des spécifications et autres documents.

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KEYWORDS

sampling   |   coding   |   digital media   |   native format   |   quantization

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-te5364


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4. Audio numérique

4.1 Paramètres de numérisation

Les valeurs des paramètres du processus de numérisation des sons et du format natif audio numérique généré, varient en fonction des niveaux de qualité requis par les usages (tableau 6) et répondent aux quatre questions de base (figure 7) :

  • ce qui est mesuré. L’amplitude, mesurée à un instant donné, du signal électrique analogique généré par le microphone traduit les variations de pression acoustique (la bande de fréquences indiquée permet de spécifier le niveau de qualité reproductible, requis par l’usage) ;

  • le nombre de mesures se traduit par la fréquence d’échantillonnage (Fe), pouvant varier de 8 à 192 kHz ; elle doit être supérieure au double de la fréquence maximum Fmax de la bande passante du signal analogique audio ;

  • la précision de la mesure. Elle est spécifiée par le nombre d’échelons de mesure répartis, en format natif, de façon linéaire ; on parle alors de MIC (modulation par impulsions et codage) linéaire ou de Linear PCM ou LPCM (Linear Pulse Code Modulation) (IEC 60841) ;

  • le codage du résultat de la mesure. La profondeur de codage sur 8 à 24 bits par échantillon traduit une précision entre 1/256e et 1/16 777 216e.

Exemple

en studio audio professionnel, les signaux sont échantillonnés à 48 kHz, voire à 96 kHz, et codés sur 16, 20 ou 24 bits. La numérisation d’un signal audio monophonique avec une fréquence d’échantillonnage Fe de 48 kHz et un codage de chaque échantillon sur 16 bits, génère un débit de 768 kbit/s (48 kbit/s × 16 bits), soit 2 × 768 kbit/s = 1,536 Mbit/s pour un son stéréo ; avec un codage sur 24 bits, ce débit stéréo est de 2,304 Mbit/s.

Le signal audio analogique (en rouge, figure 10), représentant de façon continue et proportionnelle...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - EBU/SMPTE -   Task Force for harmonized standards for the exchange of programme material as bitstreams – Final Report  -  , août 1998 https://tech.ebu.ch/docs/techreview/ ebu-smpte-tf-bitstreams.pdf

  • (2) - GOUYET (J.-N.) -   Systèmes audio et vidéo numériques.  -  Paris, Institut national de l’audiovisuel, Techniques et production audiovisuelles, ISBN 2-86938-030-5 (1993).

  • (3) - SUGAWARA (M.) -   Super Hi-Vision – research on a future ultra-HDTV system.  -  EBU Technical Review, Q2 (2008) https://tech.ebu.ch/docs/techreview/trev_ 2008_Q2_nhk-ultra-hd.pdf

  • (4) - POYNTON (C.) -   Merging computing with studio video : Converting between R′G′B′ and 4:2:2.  -  Discreet Logic (1998) http://www.poynton.com/PDFs/Merging_RGB_and_422.pdf

  • (5) - SALMON (R.A.), AMSTRONG (M.G.), JOLLY (S.J.E.) -   High frame rate for more immersive video and television.  -  BBC R&D, WHP 209, oct. 2011 http://downloads.bbc.co.uk/rd/pubs/whp/whp-pdf-files/WHP209.pdf

NORMES

  • AES standard for digital audio – Digital input-output interfacing – Serial transmission format for two-channel linearly-represented digital audio data - AES3-2009 - 2014

  • AES recommended practice for professional digital audio – Preferred sampling frequencies for applications employing pulse-code modulation - AES5-2008 - 2013

  • Digital Cinema System Specification v1.2 http://dcimovies.com/specification/DCI_DCSS_v12_with_errata_2012-1010.pdf - DCI - 10-10-12

  • Video System Requirements for UHDTV and an Advanced 1 080p Television Format - EBU TR 037 - 07-16

  • Third edition, Letter symbols to be used in electrical technology – Part 2 : Telecommunications and electronics http://physics.nist.gov/cuu/Units/prefixes.html http://physics.nist.gov/cuu/Units/binary.html - IEC 60027-2 - 08-05

  • Specification for audio recording – PCM encoder/decoder system - IEC 60841 -

  • IEEE Standard for Prefixes for Binary Multiples - IEEE 1541 - 2002

  • ...

1 Annuaire

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1.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)

ATSC (Advanced Television Systems Committee  ) http://www.atsc.org/

DCI (Digital Cinema Initiatives LLC ) http://www.dcimovies.com/

EBU (European Broadcasting Union ) http://www.ebu.ch/

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers  ) http://www.ieee.org/

IEC (International Electrotechnical Commission ) http://www.iec.ch/

ITU (International Telecommunication Union  ) http://www.itu.int/ITU-R/

SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers  ) http://www.smpte.org/

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