Présentation

Article

1 - FORMATS D'ÉCOUTE

2 - ÉCOUTE MULTICANAL

3 - IDENTIFICATION DES CANAUX

4 - INDICATION DE NIVEAU ET DE PHASE

5 - FORMATS DE COMPRESSION POUR LA RÉDUCTION DE DÉBIT AUDIO MULTICANAL

  • 5.1 - Sans perte et avec perte
  • 5.2 - MPEG-1 et MPEG-2 Audio
  • 5.3 - MPEG-4 Audio
  • 5.4 - Dolby
  • 5.5 - En cinéma 35 mm
  • 5.6 - Sur DVD

6 - TRANSPORT ET STOCKAGE DU SIGNAL EN ENVIRONNEMENT PRODUCTION

7 - DIFFUSION/DISTRIBUTION DU SON MULTICANAL

  • 7.1 - Télévision
  • 7.2 - Radio
  • 7.3 - Disques optiques

8 - DISTRIBUTION DANS UN ENVIRONNEMENT DOMESTIQUE

9 - ÉVOLUTIONS FUTURES DE LA RESTITUTION SONORE SPATIALE

  • 9.1 - Projet CARROUSO
  • 9.2 - Projet Listen

10 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : TE5685 v1

Formats de compression pour la réduction de débit audio multicanal
Télévision haute définition (TVHD) - Son multicanal

Auteur(s) : Bernard FOUQUET

Date de publication : 10 févr. 2011

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Auteur(s)

  • Bernard FOUQUET : Ingénieur du son - Formateur en techniques d'audio numérique à l'institut national de l'audiovisuel (Ina SUP)

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INTRODUCTION

Les images haute définition (HD) sont maintenant proposées par la télévision, c'est la TVHD (télévision haute définition). Initiée en analogique au milieu des années 1980 par les Japonais puis par les Européens, provisoirement abandonnée, la TVHD ne redémarrera vraiment qu'avec le projet de télévision numérique aux États-Unis. Ce processus aboutira à des normes internationales au milieu des années 1990.

Ce dossier constitue non seulement une mise à jour du dossier [TE 5 674] paru en février 2004 « Images haute définition : entre cinéma numérique et télévision HD », mais le complète par une présentation fonctionnelle et technique détaillée de toute la chaîne de télévision HD. Il est composé de trois parties :

  • une première partie concerne les formats. Dans le premier document [TE 5 680], sont décrits les paramètres natifs des images produites par la TVHD et les normes correspondantes. Le document suivant [TE 5 681] détaille les formats de compression, permettant de réduire le débit de la vidéo numérique HD, rendant ainsi possible la captation, le transport, le stockage, l'émission et la réception des images HD, dans le monde de la télévision. Il présente aussi le problème de l'encapsulation des images HD en format-conteneur de fichier de données ou en format de transport ;

  • une deuxième partie, composée des trois documents, exposera les principales fonctions, depuis le verre de l'objectif de la caméra jusqu'au verre de l'écran plat (from glass to glass), de captation/enregistrement, de montage [TE 5 682], de diffusion et de distribution [TE 5 683], d'affichage et d'évaluation de la qualité des images HD [TE 5 684] ;

  • cette troisième partie met en relief une composante importante de la TVHD, le son multicanal [TE 5 685].

De nombreux termes et le texte de certaines figures ont été conservés en anglais, de manière à faciliter la lecture et l'utilisation de documents techniques.

Pour permettre une lecture autonome de chaque document du dossier, une liste de sigles et abréviations (tableau 2) est incluse à la fin de chacun. De nombreuses références [indexées entre crochets dans le corps du texte], ainsi que des listes de normes, standards et recommandations [également indiqués entre crochets dans le corps du texte] ainsi que des organismes correspondants, sont jointes dans le document « Pour en savoir plus » [Doc. TE 5 685].

Les figures incluses dans ce document sont consultables en couleurs dans la version électronique du site Techniques de l'Ingénieur.

Deux objectifs sont assignés à la restitution du son multicanal, la localisation et l'enveloppement. La localisation suppose une position précise de l'auditeur, ce qui est réalisable pour un seul spectateur. L'enveloppement est plus facilement réalisable pour un groupe.

Comment peut-on percevoir une continuité sonore avec un nombre fini de haut-parleurs. N'y a-t-il pas un risque de percevoir des sources ponctuelles séparées par des espaces acoustiques vides ?

Dès la fin des années 1940, il a été montré que deux haut-parleurs judicieusement placés restituent des sources sonores virtuelles ou fantômes situées entre les sources réelles . Le multicanal pouvant être considéré comme une extension de la stéréophonie, chaque couple d'enceintes peut permettre la restitution d'un espace sonore continu entre elles. Cependant, il y a une restriction, l'auditeur doit être placé à un endroit précis, le « sweet spot ».

L'image HD accroît la définition et permet au téléspectateur de sélectionner dans l'image ses centres d'intérêt. Le son multicanal permet l'immersion dans l'espace sonore, c'est donc un complément assez naturel.

D'autre part, avec le multicanal, la restitution sonore domestique se rapproche du standard cinéma comme l'image (« produce high-quality audio for high-quality video ! »).

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-te5685


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5. Formats de compression pour la réduction de débit audio multicanal

5.1 Sans perte et avec perte

Les algorithmes de compression sans perte (lossless) permettent une transparence objective, c'est-à-dire que le signal décompressé est identique bit à bit au signal original. Mais le taux de compression est de 2 en moyenne et peut être voisin de 1. Ces taux sont largement insuffisants pour les applications de diffusion ou de transmission. Seul l'archivage (sonothèque) peut être une utilisation valide.

Les algorithmes avec pertes (lossy) visent une transparence subjective (la séquence compressée est perçue comme de qualité identique à la séquence originale) mais peuvent être sensibles aux compressions-décompressions successives (cascadage ou tandem coding).

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5.2 MPEG-1 et MPEG-2 Audio

On peut encoder deux canaux pour le MPEG-1, jusqu'à 7 pour le MPEG-2. Le MPEG-2 Audio n'est pas utilisé en télévision. Trois couches, correspondant à trois générations d'algorithmes, sont disponibles : Layer 1, 2, 3.

La couche 1 est absente en diffusion. La couche 2 est utilisée pour la diffusion stéréo à 256 kbit/s ou 192 kbit/s en joint stéréo ou 128 en mono pour une qualité correcte. La couche 3 (MP3) est utilisée sur Internet.

HAUT DE PAGE

5.3 MPEG-4 Audio

Plusieurs outils sont disponibles pour la réduction de débit muticanal :

  • AAC (Advanced Audio Coding) : déjà présent en MPEG-2 Audio puis en MPEG-4 Audio [ISO/IEC 14496-3], permet un codage stéréo correct à 128 kbit/s ;

  • SBR (Spectral Band Replication) : appelé AAC+ ou HE-AAC v1, permet un codage stéréo à 64 kbit/s ;

  • PS (Parametric Stereo) : HE-AAC v2, stéréo à 32 kbit/s ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BLAUERT (J.) -   Spatial Hearing : The Psychophysics of Human Sound Localization.  -  MIT Press, 2nd Revised edition, 29 nov. 1996.

  • (2) -   *  -  Blu-ray Disc http://fr.wikipedia.org/wiki/Disque_Blu-ray

  • (3) - CAMERER (F.) -   Loudness Group.  -  EBU Production Technology Seminar § 1.7 (2009) http://tech.ebu.ch/docs/events/production09/ebu-production09-report.pdf

  • (4) - CASELTON (J.) (Dolby) -   Dolby Pulse – Combining the merits of Dolby Digital and HE-AAC.  -  EBU Technical Review, oct. 2008 http://tech.ebu.ch/docs/techreview/trev_2008-Q3_dolby-pulse.pdf

  • (5) -   *  -  CARROUSO http://cordis.europa.eu/ist/ka3/iaf/projects/carrouso.htm

  • (6) -   *  -  Dolby, Dolby Digital http://www.dolby.com/professional/technology/broadcast/dolby-digital.html

  • ...

NORMES

  • Standard for digital audio engineering – Serial transmission format for two-channel linearly represented digital audio data (Revision of AES3-1992, including subsequent amendments) + AES3-Am5-2008 + AES3-Am.6-2008 - AES3-2003 -

  • Recommended Practice for Digital Audio Engineering – Serial Multichannel Audio Digital Interface (MADI) (Revision of AES10-1991) - AES10-2008 -

  • Standard for digital audio engineering – High-resolution multi-channel audio interconnection (HRMAI) - AES50-2005 -

  • Standard for digital audio engineering – Carriage of MPEG Surround in AES3 bitstream - AES55-2007 -

  • Project report – Guidelines for AES standard for digital audio engineering – High-resolution multi-channel audio interconnection (HRMAI) - AES-R6-2005 -

  • Standards project report – Considerations for accurate peak metering of digital audio signals - AES-R7-2006 -

  • Multichannel surround sound systems and operations. http://www.aes.org/technical/documents/AESTD1001.pdf - AESTD1001 - 10-01

  • ...

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