Codage et compression de la voix

Résumé du document

A partir du XVe siècle, il fut possible, grâce à l'invention de l'imprimerie, de diffuser massivement l'écrit dans le temps et l'espace. Ce n'est qu'à partir de la fin du XIXe siècle avec l'invention du téléphone que la parole commença à prendre sa revanche. Puis les années '70, le basculement d'une communication analogique vers une communication numérique ouvrit de nouvelles perspectives permettant de transmettre simultanément et sur les mêmes canaux des informations écrites, vocales et visuelles.

Cependant, cette convergence des informations a pour effet d'augmenter massivement les débits requis sur les artères de transmission. Or, non seulement leur capacité n'est pas infinie, mais aussi certains flux d'informations (tel la vidéo ou la téléphonie) nécessitent impérativement une garantie de continuité.

Par delà la construction de nouvelles artères offrant une qualité de service et des débits plus importants, une solution à moyen terme consiste à concentrer un plus grand nombre de flux sur une même artère en réduisant les débits requis par chaque application : d'où l'idée d'utiliser des algorithmes de compression.

Nous nous intéressons dans ce document aux applications de compression de la voix de type téléphonique, mais de tels algorithmes existent aussi pour tout type d'information.

Extraits

[...] Pour une meilleure qualité, on définit le rapport signal/bruit. Pour améliorer ce rapport il faut soit rajouter des éléments binaires, soit diminuer la taille des échelons lorsque le signal est faible. Pour cela on recourt à la compression. ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation) C'est l'un des algorithmes de compression les plus utilisés aujourd'hui. Il a été validé par le CCITT dans les années 80 dans la recommandation G.721 pour coder des signaux numériques en 32kbs. Il est appelé en Français Modulations par Impulsions Différentielles Adaptables. [...]

[...] G.729a : Encode et compresse la voix entre 8 et 13 kbps. Son taux de compression moyen est plus adapté à l'usage de la voix sur IP Principe de la Compression de voix en mode GSM La compression utilise l'algorithme GSM. Le but est de réduire le débit de données d'un facteur 5 malgré de légères dégradations de la fréquence vocale acoustique. En procédant ainsi, le débit passe de 8000 bps à 1650 bps ce qui permet d'utiliser un modem de 28,8 kbps. [...]

[...] Les analyseurs qui extraient les caractéristiques du signal à transmettre ; 2. Les codeurs qui génèrent le flux qui est transmis ; 3. Les synthétiseurs qui, à partir des données fournies par les codeurs, reconstituent le signal initial. Dans l'élaboration de ces outils, il est nécessaire de tenir compte de trois facteurs : La qualité: le signal transmis doit être compréhensible par le récepteur ; Le temps de calcul: il doit être acceptable et tout particulièrement pour les applications à flux constant; Les débits: il faut limiter les flux engendrés. [...]

[...] Quoi donc de plus dynamique qu'un son? La conséquence est alors immédiate : au lieu d'appliquer toujours le même traitement au signal de parole, pourquoi ne pas l'adapter selon ses fluctuations dans le temps : cette remarque toute simple est à la base des méthodes dites adaptatives. Pourtant l'adaptation, devant être faite en temps réel, risque de ne pas coller véritablement avec la fluctuation et a toujours un temps de retard sur le signal. Comment résoudre ce problème si le signal fluctue tout le temps? [...]

[...] CLP: Codage par Prédiction Linéaire: Utilise les méthodes de Prédiction Linéaire. Cette méthode est utilisée pour estimer les paramètres du signal vocal comme le spectre, les fréquences formantes, etc. En suite, on transmet des trames de données à un débit de 40 à 100 trames /sec; ce débit est fonction du nombre de paramètres précédemment estimés. Quelques Usages des Vocodeurs: VFS: Pour l'envoi de la voix et des fax simultanément d'un utilisateur vers un groupe ; VVS: par exemple, la visioconférence, vidéophone, etc ; VDNS: Pour la manipulation des données et voix numériques simultanément. [...]