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Comprendre le son numérique : quantification du CD audio

2 mai 2011


Suite du rappel : Après l’échantillonnage, la quantification!

La quantification

Maintenant que l’on sait de combien d’échantillons par canal nous avons besoin, il reste à déterminer quelle va être l’échelle de mesure utilisée pour quantifier la valeur de chaque échantillon.
Tout comme les graduations d’un thermomètre, on va devoir fabriquer une échelle sur laquelle l’échantillon ne peut prendre pour valeur que la valeur indiquée la plus proche. Soit il prend la valeur 21, soit il prend la valeur 22 par exemple. Entre ces deux valeurs, il n’existe pas de graduation. On comprend immédiatement que plus le nombre de divisions sur notre échelle sera grand et plus précise sera la mesure, plus fidèle sera le signal numérisé par rapport au signal analogique original.
Nous avons vu que pour s’affranchir de soucis de distorsion, on ne prend pas une échelle décimale pour coder la valeur de notre échantillon. On utilise un code numérique binaire. Les avantages du numérique sont nombreux. On peut par la suite appliquer au signal des traitements que l’on ne sait pas faire en analogique. De plus, on dispose là d’un signal d’une grande robustesse (signal électrique en tout ou rien) sur lequel toute opération relève de la rigueur numérique. Enfin, ce mode de codage réduit considérablement le bruit qui vient s’ajouter au signal utile dans le monde de l’analogique.

Echantillonnage quantificationEchantillonnage quantification

Opération de quantification de chacun des échantillons. Pour cet exemple, nous avons choisi une quantification sur 4 bits. On voit que sur de nombreux points il existe une erreur de quantification puisque l’on retient pour l’échantillon la valeur la plus proche de la valeur du signal analogique.

Une quantification sur 16 bits pour le CD-Audio

Ceci dit, il nous faut déterminer le nombre de graduations que l’on souhaite avoir sur notre échelle de mesure. Nous sommes en mode binaire, ce qui veut dire que si je code mon signal avec un seul bit (élément binaire) le signal ne peut prendre que deux valeurs : 0 ou 1. Si je le code sur 2 bits, il peut prendre à présent 4 valeurs différentes. Avec 4 bits on aura 16 valeurs possibles comme dans l’exemple de notre figure. Si on passe à 14 bits, on pourra coder 16 384 valeurs différentes.
A l’origine, Philips avait opté pour une quantification, puisque c’est ainsi que l’on doit appeler cette opération, sur 14 bits lors de ses travaux préliminaires sur le CD. On est passé à 16 bits lorsque Sony s’est joint à Philips pour finaliser les spécifications du CD dans un document appelé le livre rouge. Avec 16 bits on passe de 214 à 216 niveaux différents, soit 65 536 valeurs possibles. On aura donc une échelle 4 fois plus précise qu’avec 14 bits.

codage PCMcodage PCM

Exemple de codage PCM des échantillons sur 4 bits

1-Comprendre le son numérique : du signal analogique au signal échantillonné
2-Comprendre le son numérique : la fréquence d’échantillonnage
3-Comprendre le son numérique : échantillonnage du CD audio

A suivre……



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