Format De Fichier Audio - Wikipédia 10/11/11 8:54 AM

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Format de fichier audio

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Un format de fichier audio est un format de données utilisé en informatique pour stocker des sons, (de la musique, des voix, etc.) sous forme numérique. De nombreux standards existent; certains s'appliquent à la production, au stockage et à la diffusion, d'autres (ceux qui utilisent des algorithmes de compression de données ou de débit), sont destinés, en principe, uniquement à la diffusion. Actuellement, le format le plus uti- lisé est de loin le mp3, suivi du wma, et de l'aac.

Caractéristiques des formats audio[modifier]

Les formats audio varient selon :

1. Le nombre de canaux sonores encodés. 2. Le nombre d'échantillons par seconde avec lequel on découpera numériquement, pour chaque canal, une onde sonore ou un signal électrique. 3. La résolution donnée à chaque échantillon et la grandeur physique qu'on lui donne. 4. l'application d'une compression ou non.

Chaque format audio présente aussi des caractéristiques découlant de l'algorithme de compression/décompression, ou codec (ou « codage-décodage » - COde-DECode en anglais), qu'il utilise ou non. Après la numérisation du son, le format utilisé est inscrit dans l'extension du fichier de données qui en stocke la transcription. Chaque format se caractérise aussi par sa propension à inclure et gérer des Métadonnées.

Dans un format donné, les fichiers peuvent être déclinés en plusieurs échelles de quantification (8, 16 ou 24 bits) avec différentes fréquences d'échantillonnage (p. ex. 22.05, 44.1, 48, 88.2 ; 96, 176.4, 192, kilohertz) appliqués à un certain nombre de voies (monopho- nique, stéréophonique, 5.1 surround, etc).

Le nombre de canaux sonores peuvent être réels et séparés, ou mélangés discrètement aux signaux principaux; ils seront décodés et restitués par la suite à l'aide d'algorithmes spécifiques (Surround).

La question de la qualité[modifier]

Pour un format de fichier non compressé, la qualité peut être assez bien évaluée par le

http://fr.wikipedia.org/wiki/Format_audio Page 1 sur 13 Format de fichier audio - Wikipédia 10/11/11 8:54 AM débit et la quantification mise en application. Pour un format compressé, le problème est différent : tout dépend de la performance du codec de compression (c'est-à-dire sa capa- cité à ne pas détruire les informations contenues dans le signal sonore tout en le com- pressant). En théorie, un fichier compressé avec une taille inférieure à celle d'un codage pour CD peut avoir une qualité supérieure. En pratique, d'une part on choisit souvent des compressions privilégiant trop la diminution de la taille pour que ce soit le cas, d'autre part souvent la source avant compression est un fichier CD.

Aidé par les nouveaux supports informatiques, le son peut être numérisé en 24 bits, voire 32 bits, contre 16 bits sur CD. Ceci permet d'améliorer le rapport signal bruit et autorise la prise de son a des niveaux plus bas.

La fréquence quant à elle est passée à 88.2, 96, 176.4, ou 192 kHz, contre 44.1 pour le CD.

Des offres de son de qualité supérieure au CD existent : pour les disques physiques, le DVD-Audio ou le SuperAudio CD de Sony, qui a l'avantage d'exister en version hy- bride : il est lisible à la fois selon la norme CD Audio classique, sur tous les lecteurs, et en SACD sur un lecteur dédié. Pour les offres en lignes, le site qobuz propose de télé- charger des musiques encodées à 96 kHz, et 24 bits1.

Pour le grand public, ces nouveaux formats reçoivent un accueil mitigé : les audiophiles les apprécient, mais la majorité non seulement se contente de la qualité CD, mais se tourne vers les formats de compression, perdant de la qualité pour gagner en portabilité.

Il faut rappeler que le CD lui-même a été calibré suivant les limites de l'audition humaine normale qui se situe en moyenne entre 20 Hertz et 20 000 Hertz. La qualité supé- rieure n'a donc pas d'intérêt pour tous.

Toutefois l'utilisation de formats de qualité supérieure est indispensable durant les phases d'enregistrement et de production. La précision supplémentaire ainsi obtenue autorise des calculs plus fins lors de traitements numériques dans les logiciels audio. Ceci permet une amélioration subtile de la qualité lors de l'application d'effets tels que la réverberation.

Types de formats[modifier]

Il est important de faire le distinguo entre un format de fichier et un codec. Un codec ef- fectue le codage et le décodage des données brutes audio tandis que les données elles- mêmes sont stockées dans un fichier avec un format spécifique fichier audio. Certains formats de fichier audio peuvent contenir des données obtenues avec des codecs diffé-

http://fr.wikipedia.org/wiki/Format_audio Page 2 sur 13 Format de fichier audio - Wikipédia 10/11/11 8:54 AM rents.

Les formats audio sans compression[modifier]

Il existe un format audio non compressé, PCM, qui est généralement stocké sous forme de .WAV sur Windows ou sous .Aiff sur Mac OS. WAV et AIFF sont des formats de fichiers flexibles conçus pour stocker plus ou moins n'importe quelle combinaison de taux d'échantillonnage ou de bitrates (bit rate). Ce sont les formats de fichier appropriés pour le stockage et la réalisation d'enregistrements originaux.

RAW[modifier]

RAW (Real Audio Wrapper) est un format audio utilisé pour représenter les données de son en modulation d'impulsion codée sans en-tête ni métadonnées.

WAV[modifier]

Le format WAV (ou WAVE),(WAVEform audio format) est une extension de fichiers audio, il s'agit d'un conteneur capable de recevoir des formats variés. Il est basé sur le format de fichier RIFF, lequel est semblable au format IFF.

Mono ou stéréo, il a été mis au point par Microsoft et IBM.

Le suffixe des fichiers créés est .wav

BWF[modifier]

Le BWF (Broadcast Wave Format) est un format audio standard créé par l'European Broadcasting Union en tant que successeur du WAV. Le BWF permet de stocker des mé- tadonnées dans le fichier. Voir European Broadcasting Union : Spécification du Broadcast Wave Format (EBU Technical document 3285, juillet 1997). Il s'agit du format d'enregistrement usuel utilisé dans de nombreuses stations de travail audio professionnel de la télévision et du cinéma. Les Fichiers BWF incluent une référence standardisée Times- tamp qui permet et facilite la synchronisation avec un élément d'image distincte. Stand- alone, basé sur des fichiers, multi-enregistreurs de Sound Devices2, Zaxcom3, HHB USA4, (en) en:Fostex, et Aaton5 tous utilisent BWF comme leur format préféré.

AIFF[modifier]

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L'AIFF est un format de stockage de sons sur les ordinateurs de Apple. C'est l'équivalent du format WAV dans le monde Windows.

Les résolutions 8, 16, 20, 24 et 32 bits (à virgule flottante) sont acceptées.

Le suffixe des fichiers créés est .aif

Une variante l'AIFF-C permet de compresser la taille jusqu'à 6x.

CAF[modifier]

Le CAF (Core audio format) a été développé par Apple pour s'affranchir des limitations de conteneur audio plus ancien comme le AIFF ou le WAV.

Il est compatible avec le système Mac OS X d'Apple depuis la version 10.3 et est lisible par Quicktime 7.

CDA[modifier]

Article détaillé : Compact Disc Audio track.

Le CDA (Compact Disc Audio), est un format Microsoft spécifique à Windows, des pistes des CD audio, telles qu'elles apparaissent lorsqu'elles sont insérées dans le lecteur CD- ROM. Les CD audio du commerce répondent à la norme professionnelle "Red Book". La technique d'échantillonnage du son utilisée pour les disques compacts est la modulation d'impulsion codée (en anglais PCM, pour Pulse Coded Modulation).

Le suffixe des fichiers créés est .cda

Les formats audio compressés sans perte[modifier]

La compression sans perte (lossless) signifie qu'on utilise un algorithme tel qu'on peut toujours retrouver les données d'origine. Dans l'absolu, il existe toujours un fichier d'origine tel que l'algorithme ne ferait pas gagner d'espace disque.

Typiquement, la compression sans perte permet de diviser la taille des fichiers par deux ou trois. Elle est relativement peu utilisée, car ce gain est très faible en comparaison de ceux permis par la compression avec perte (ce qui est un gros handicap pour les échanges de fichiers), et assez gourmande en temps de calcul. Aucun standard n'a donc suffisamment convaincu pour devenir universellement lisible.

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ATRAC[modifier]

L'ATRAC (Adaptive Transform Acoustic Coding) est une technique de compression audio avec et sans pertes développée par Sony en 1992. Ce format a subi plusieurs évolutions : ATRAC3, ATRAC3plus (familièrement écrit ATRAC3+) et ATRAC Advanced Lossless se sont succédé respectivement en 1999, 2002 et 2006.

FLAC[modifier]

Le format FLAC (Free Lossless Audio Codec), est un format libre de compression audio sans perte. Maintenu par la fondation Xiph.org, il est apprécié pour conserver la qualité des fichiers sonores originaux en alternative aux formats de compression avec perte type MP3.

Les formats audio compressés avec perte[modifier]

La compression audio avec perte (lossy) se base sur des algorithmes spécialisés pour dé- terminer quelles transformations simplifient la représentation du son tout en étant per- çue quasiment de la même manière par l'oreille humaine. Elle diminue la taille du fichier en éliminant les nuances perçues comme les moins utiles. L'élimination est défini- tive, créer un fichier dans un format de haute qualité à partir d'un fichier compressé avec perte ne sert strictement à rien.

Le format le plus connu est le MPEG-1/2 Audio Layer 3, dont le suffixe est .mp3. Ce format propose une qualité sonore très correcte pour un débit de 128 kbit/s. C'est ce format qui a été massivement utilisé pour transférer les musiques via internet dès la fin des an- nées 1990. Rapidement, des baladeurs avec une mémoire réenregistrable et capables de lire directement ce format sont apparus.

Dans la décennie 2000, de nouveaux formats ont été proposés. Vu les progrès des algorithmes, ils surpassent largement le MP3 en termes de qualité à débit égal, et peuvent atteindre des qualités supérieures. De plus, certains sont moins contraignants que le MP3 quant aux droits d'utilisation (le Ogg est un format libre). Mais le MP3 reste le plus utilisé, car l'arrivée en continu de nouveaux formats, apportant un avantage assez faible par rapport aux précédents, ne permet pas de mettre en place un standard meilleur que le MP3 et lisible par tous les baladeurs.

Pour un même format de compression, il n'y a pas de manière unique de coder, car chaque algorithme cherche la meilleure manière de représenter le son d'origine suivant le langage de compression. En particulier, les codecs de MP3 ont réalisé des progrès très

http://fr.wikipedia.org/wiki/Format_audio Page 5 sur 13 Format de fichier audio - Wikipédia 10/11/11 8:54 AM importants depuis le début de l'utilisation de ce format.

Elle permet typiquement un gain d'un facteur 10 de taille du fichier. Cela a rendu pos- sible non seulement le stockage d'un temps d'écoute formidable sur les supports informatiques, mais aussi leur échange par internet, souvent illégalement.

AC3[modifier]

Officialisée en 1992, la compression AC3 permet d’utiliser jusqu’à 6 canaux sonores in- dépendants avec un taux d’échantillonnage de 32, 44,1 ou 48 kHz et avec un taux de transfert allant de 32 à 640 kbit/s. Le Dolby Digital utilise ce principe de codage, c'est pourquoi on le désigne souvent sous ce nom. Format très courant dans les DVD.

MP3[modifier]

MP3 est l'abréviation de MPEG-1/2 Audio Layer 3. Cet algorithme de compression prend naissance en 1987. L'ISO en fera un standard dans les années 92-93. La couche (Layer) III est la couche la plus complexe. Elle est dédiée à des applications nécessitant des débits faibles (128 kbit/s) d'où une adhésion très rapide du monde Internet à ce format de compression. Les taux de compression (ratio) sont d'ordinaire de 1 pour 10 (1:10) (1:4 à 1:12). Très rapide à l'encodage. Des royalties importantes sont à payer pour exploi- ter la licence MP3. Utiliser l'encodeur MP3 LAME dernière version, encodé à 130 kbit/s (V5) permet d'obtenir une qualité comparable au AAC (Advanced Audio Coding) encodé à 48 kbit/s6.

Le suffixe des fichiers créés est .mp3

Type de compression : constant ou variable (VBR). mp3PRO[modifier]

Le format mp3PRO, fruit de la collaboration entre Thomson Multimédia et l'Institut Fraunhofer, combine l'algorithme MP3 et un système améliorant la qualité des fichiers comprimés appelé (en)SBR pour Spectral Bandwidth Replication.

Ce format a été publié à la fin de 2001 ; un fichier MP3pro 64 kbit/s a une qualité équi- valente à celle d'un MP3 à 128 kbit/s.

Le suffixe des fichiers créés est .mp3

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Ogg Vorbis[modifier]

Le format Ogg Vorbis est un format libre, fruit de la fondation Xiph.org. Vorbis se diffé- rencie des MP3, WMA et autre AAC par son algorithme. Il segmente les sources audio en paquets successifs, l'algorithme de compression agissant dans un premier temps sur chaque paquet indépendamment des autres. Cela lui permet d'avoir très peu de fai- blesses sur certaines fréquences et de conserver la même qualité quel que soit le type de musique.

Le suffixe des fichiers créés est .ogg ou parfois .oga.

Par abus de langage, on appelle 'fichier Ogg' des fichiers musicaux compressés par l'algorithme Vorbis. Ceci peut être particulièrement dérangeant à l'ère des baladeurs numé- riques supportant audio et vidéo. En fait, Ogg est un conteneur qui peut contenir des pistes sonores (Vorbis), audio sans perte (FLAC), audio parlées (Speex) et vidéo (Theora). Un 'fichier Ogg' peut donc contenir l'un ou l'autre (ou une combinaison) de pistes. Pour être plus clair, nous devrions parler de fichier Ogg Vorbis lorsque nous mentionnons un fichier . ogg qui ne contient qu'une piste sonore au format Vorbis.

VQF ou TwinVQ[modifier]

Le format TwinVQ (Transform-domain Weighted Interleave Vector Quantization), a été déve- loppé par NTT Cyber Space Laboratories et soutenu par Yamaha. Dans le même esprit que le MP3, il comprime encore plus et avec une meilleure qualité. On regrettera une durée d'encodage un peu trop longue, près de 10 fois plus lente que le MP3. De plus, ar- rivé bien plus tard, et distribué sous une licence très restrictive, il a eu peu d'adeptes et est plus ou moins abandonné.

Le suffixe des fichiers créés est .vqf, .vql ou .vqe

WMA[modifier]

Le format WMA (Windows Media Audio), créé par Microsoft à partir des recommanda- tions MPEG-4 en 1999, est utilisé par le logiciel Windows Media Player. Ce format est lié à une gestion pointue des droits d'auteurs (Gestion numérique des droits, en anglais Di- gital Right Management ou DRM) qui permet de définir par exemple une durée de vie li- mitée pour les fichiers ou d'interdire les possibilités de gravure.

Il existe plusieurs versions du codec (wma7.1, wma9, wma pro).

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Le suffixe des fichiers créés est .wma

AU[modifier]

Le format AU est assez bien répandu grâce à Unix et Linux. La fréquence d'échantillon- nage est comprise entre 1 kHz et 200 kHz. Mais les applications de rendu audio ne lisent principalement que trois fréquences d'échantillonnage : 8012.821 (codec entré), 22050 et 44100 hertz.

Le suffixe des fichiers créés est .au

Les résolutions 8, 16, 20, 24 et 32 bits (flottant) sont acceptées.

ASF[modifier]

ASF Advanced Streaming Format, est un format conteneur de Microsoft servant au streaming audio et vidéo.

AA[modifier]

(en)AA Audible, est un format utilisé par Apple pour les audio-books.

AAC ou MPEG-2 AAC[modifier]

L'AAC (Advanced Audio Coding), est une extension du MPEG-2 et a été amélioré en MPEG-4, MPEG-4 Version 2 et MPEG-4 Version 3. Il a été reconnu fin avril 1997.

Le suffixe des fichiers créés est .aac, .mp4, .m4a

Apple et l'AAC

Apple a choisi l'ACC comme codec privilégié, on le retrouve dans son iPod et son logiciel iTunes. Pour la vente musicale en ligne iTunes Music Store, la norme AAC ne pro- posant pas de système de gestion des droits numériques (DRMs), Apple a développé son propre système, appelé FairPlay. Il est lisible sur Mac OS et Windows, uniquement avec le logiciel iTunes.

Le fait que l'AAC soit le seul format de compression à pertes plus performant que le MP3 qui soit supporté par les iPod a fortement contribué à sa popularité. Insuffisam- ment cependant pour qu'il s'impose comme successeur du MP3, d'autres formats cités faisant largement jeu égal en performances. http://fr.wikipedia.org/wiki/Format_audio Page 8 sur 13 Format de fichier audio - Wikipédia 10/11/11 8:54 AM

Formats multipistes[modifier]

Les formats multipistes sont une innovation récente. Ils consistent à encapsuler dans un fichier différentes pistes sonores, qui peuvent alors être combinées par l'utilisateur dans les proportions qui lui conviennent. L'idée est de proposer, pour un morceau de musique, la piste correspondant à chaque instrument (et la voix) de manière séparée. L'utilisateur peut alors créer sa propre version.

Le U-MYX avait été utilisé pour inclure des parties bonus dans les albums.

Ces formats ont l'inconvénient de nécessiter un ordinateur pour être utilisés. Cependant l'apparition de smartphones faisant office de baladeurs et capables d'exécuter des applications indépendantes permet à ces formats de devenir transportables, y compris pour la lecture avec mixage7. iKlax[modifier]

Le format iKlax est un format numérique d'écoute active développé par la société iKlax Media et le LaBRI. Ce format de fichier de type conteneur permet d'organiser la musique en différents groupes et de leur appliquer des contraintes.

Le format a bénéficié d'une parution scientifique lors de l'ICMC 2008 (Internation Com- puter Music Conference) à Belfast.

U-MYX[modifier]

Le U-MYX est un format multipiste lisible avec une application dédiée, éditée par la même entreprise qui a développé le format. Ce format a été utilisé pour fournir des morceaux en version multipiste à titre de bonus dans les albums, l'application étant fournie en même temps que les morceaux, le tout sur une session de CD visible uniquement si on lisait le disque sur un ordinateur.

Malgré ces exemples d'utilisation, le futur de U-MYX est incertain, car l'entreprise qui le produit est assez floue sur ses projets futurs.

MXP4[modifier]

Le MXP4 est un format multipiste dans lequel les pistes encapsulées sont au format Ogg8. Produit par une société française, le format a bénéficié d'une forte médiatisation dans la presse française, présenté comme un « successeur du MP3 ». Une expression qui

http://fr.wikipedia.org/wiki/Format_audio Page 9 sur 13 Format de fichier audio - Wikipédia 10/11/11 8:54 AM peut sembler exagérée, les formats multipistes jouant tout simplement un rôle différent9.

Utilisation des formats[modifier]

Un format est dit :

De production quand le fichier est censé rester identique à l'original en dehors des métadonnées encapsulées (embedded) De diffusion quand il y a compression de débit des données, ce qui le rend inutili- sable pour tout traitement ultérieur.

Les formats audiovisuels[modifier]

Ces formats contiennent, à la fois des fichiers image et des fichiers audio, ainsi que du Timecode ou un pseudo-timecode (flag).

Par exemple:Quicktime est multi-plateformes et utilise de nombreux standards de l'in- dustrie gratuits, certains autres, très orientés, sont payants. Polyvalents et de structure de données polymorphes, certains d'entre eux sont aussi utilisés pour le streaming10.

CD Audio à partir de 1993 (QuickTime 1.6) ; MPEG-1 et MIDI à partir de 1994 (QuickTime 2.0) ; DV et H.261 à partir de 1998 (QuickTime 3.0) ; H.263, Macromedia Flash et SMIL à partir de 1999 (QuickTime 4.0) ; MPEG-2, MPEG-4, AAC, 3GPP et 3GPP2 à partir de 2002 (QuickTime 6.0) ; H.264 et intégration à OpenGL à partir de 2005 (QuickTime 7.0).

Calcul du débit et du poids d'un fichier audio[modifier]

Calcul du débit : débit (Kbps) = fréquence d'échantillonnage (KHz) x quantification (bit) x nombre de piste exemple avec un CD audio : débit = 44.1 Khz x 16 bits x 2 = 1411 kbps

Calcul du poids :

Pour un format à débit constant : taille (Ko) = temps (s) x débit (Kbit/s) / 8

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Exemple : pour un fichier MP3 encodé à 192 Kbit/s d'une durée de 3 minutes taille = 3 x 60 x 192 / 8 = 4 320 Ko

Pour un format à débit variable : taille moyenne(Ko) = temps (s) x débit moyen(Kbit/s) / 8 taille maximale(Ko) = temps (s) x débit maximum(Kbit/s) / 8

Les Métadonnées augmentent la taille des fichiers audio, leur taille est négligeable, cependant elles peuvent avoir pour conséquence de ralentir la lecture du fichier en temps réel.

Avant la numérisation[modifier]

Un filtre passe-bas analogique "anti-alias" (c.a.d. anti-repliement de spectre) est appliqué au signal analogique. Son rôle est de supprimer toutes les fréquences supérieures à la moitié de la fréquence d'échantillonnage. Sans ce filtre, toute fréquence (indésirable) de valeur Fs/2 + a est restituée à la fréquence Fs/2 - a ce qui donne un spectre erroné. C'est comme un phénomène stroboscopique, tel que les roues de voitures vues au cinéma : une fois elles tournent dans le "bon sens", puis dans le "mauvais sens". Exemple : avec le format CD audio, Fs = 44,1 kHz et Fs/2, la fréquence maximale reproductible, vaut 22,05 kHz. Exemple de filtre typique choisi pour cette fonction en raison de son excel- lente réponse en fréquence : le filtre de Butterworth à -18 dB/octave.

Cette incapacité à pouvoir reproduire des fréquences inaudibles pour les échantillon- nages réalisés en 44,1 Khz a longtemps été un des points de discorde entre les audiophiles et les fabricants de matériel audio.

Les premiers argumentant, avec raison, que l'on "coupait" toutes les harmoniques supé- rieures d'un signal, et que le timbre des instruments était très mal restitués dans les hautes fréquences (le rendu est en escalier (aliasing) à cause du faible taux d'échantillon- nage). Les deuxièmes répondant qu'aux vues des capacités humaines à pouvoir discer- ner de tels sons, cela était tout à fait suffisant.

C'était sans compter sur le fait que les oreilles humaines sont très sensibles, y compris aux fréquences élevées, à la phase d'un signal ; et que celle-ci permet, par exemple, de

http://fr.wikipedia.org/wiki/Format_audio Page 11 sur 13 Format de fichier audio - Wikipédia 10/11/11 8:54 AM localiser spatialement, dans les trois dimensions, un instrument dans un enregistrement stéréophonique. Ce sont d'ailleurs sur ce type de travaux que s'appuient les développe- ments faits autour des effets "Cinéma" multivoies, tels que le Surround et le DTS. Et qu'à une fréquence de 22,05 Khz, la phase d'un signal est presque réduite à du binaire en mode "On" ou "Off" quand on l'échantillonne à ces taux là, ce qui est dommageable pour tout le monde.

Pour ces raison, on préfère aujourd'hui les fréquences d'échantillonnages les plus éle- vées, même si certaines n'ont pas beaucoup de sens dans la pratique (très peux de micro- phones montent à plus de 30 000 Hz en réponse en fréquences) ; ne serait-ce que pour ne pas recommencer les erreurs du passé.

Les supports[modifier]

Disque compact Digital Audio Tape Minidisc Digital Compact Cassette Super Audio CD Disque numérique polyvalent (DVD) HD DVD Blu-ray Disc Carte CF Disque dur

Les formats propriétaires[modifier]

Certains de ces formats sont devenu obsolètes, comme le SDII de Digidesign

Notes et références[modifier]

Voir aussi[modifier]