CDex :
TESTS comparatifs CBR/ABR/VBR
Tests
réalisés
Pour
comparer les différents modes de compression MP3, le test
quantitatif le plus simple à réaliser consiste
à
tracer le spectre en fréquence d'un échantillon
musical,
c'est-à-dire l'intensité en dB
(décibel) en fonction de la
fréquence en Hz (hertz). J'ai utilisé des
échantillons de 23
secondes, aux format WAV et MP3, dans différents styles
musicaux, et j'ai tracé les spectres à
l'aide d'Audacity 1.2.6,
un logiciel d'édition audio gratuit. J'ai ensuite
superposé ces différents graphes pour mieux les
comparer.
Les résultats
donnent un aperçu des différences entre les
différents fichiers MP3 et le fichier WAV d'origine.
Cependant,
seul un aspect quantitatif est ici pris en compte (la
fréquence), et
l'aspect qualitatif est absent. Ces illustrations sont donc
intéressantes mais ne permettent en aucun cas de trancher
définitivement en faveur d'une méthode de
compression ou
d'une autre. Autrement dit, il ne faut pas faire dire
à ces
tests plus qu'ils ne peuvent.
Influence du
débit numérique
Le
spectre en
fréquence
Pour
illustrer la notion de débit, le fameux "bitrate"
mesuré
en kbps, j'ai utilisé la méthode CBR
(débit
constant), de 32 kbps à 320 kbps :
- cliquez sur l'image pour voir une version
animée -
L'influence
du débit numérique sur la bande passante est ici
clairement mise en évidence.
Première
constatation : le
fichier WAV contient des informations au-delà de 22 kHz
(22000 Hz).
Sachant qu'une oreille humaine standard n'entend pas les sons dont la
fréquence dépasse 19 à 20 kHz, on
comprend
déjà que le format MP3 présente un
intérêt indéniable.
En
CBR 320 kbps, l'intensité chute aux alentours de 19,5 kHz ;
en 192 kbps, aux alentours de 18 kHz ; en 160
kbps, 17 kHz ; en 128 kbps, 16 kHz ; enfin
en 32 kbps, l'intensité chute aux alentours de 6 kHz.
Si
l'on tient compte uniquement de la qualité, et non du poids
du fichier MP3, le mode CBR 320 kbps est quasiment parfait.
Que
dire de cette échelle de fréquence par rapport
à la perception du son ? Cette chute d'intensité
est-elle décelable ?
En terme de hauteur de son
(grave-aigu), le doublement de la fréquence
représente une montée d'une octave. Une
échelle logaritmique en fréquence est donc plus
adaptée pour tenter de se rapprocher de notre perception :
On
s'aperçoit alors qu'il faut relativiser les observations
précédentes, et que mis à part le mode
CBR 32 kbps, tous les autres débits testés
donnent des résultats plus proches que ne le laisserait
supposer l'échelle linéaire en
fréquence.
D'autre part, il faut
savoir que le décibel est une unité
relative (chaque fois que la puissance sonore est divisée
par 2, l'intensité baisse de 3 dB). La valeur 0 dB
correspond à un facteur de normalisation de 100 %,
au-delà de laquelle le signal est en
général écrêté.
Ainsi, les zones inférieures du graphe, situées
en-dessous de -70 dB, correspondent à des sons ne pouvant
être entendus que dans des conditions d'écoute
extrêmes, demandant un volume sonore très
élevé, puisque leur puissance est plusieurs
millions de fois plus faible (puissance 1 000 000
fois plus faible =
intensité sonore 1 000 fois plus faible = - 60 dB).
L'écoute
Utilisons
nos oreilles (quelle
bonne idée !). Je vous invite à
télécharger et écouter les 3 fichiers
suivants :
- jamait_cbr032.mp3
(90 ko) : son tout pourri.
- jamait_cbr096.mp3
(275 ko) : son acceptable, malgré le faible débit.
- jamait_cbr160.mp3
(455 ko) : son proche de la perfection. Par rapport
au débit de 96 kbps, on entend notamment que
les sons de cymbales sont plus fins, mais globalement la
différence n'est pas si grande que ça.
Pour vraiment
sentir la différence, il faudrait écouter
ça
très fort, et là, même un
débit de 128 kbps
révèlerait ses faiblesses.
Conclusion
: le débit numérique a une influence directe sur
la qualité du son. Toutefois au-delà d'une
certaine limite, la perception des différences
nécessite un dispositif d'écoute très
performant, et des oreilles tout aussi performantes...
Conséquence
sur le poids de fichier
| débit
(CBR en kbps) | poids | facteur
de
compression (WAV/MP3) | rapport
MP3/WAV |
| 1411
(WAV) | 3962 ko | 1 | 100
% |
| 320 | 902
ko | 4,4 | 23
% |
| 192 | 541
ko | 7,3 | 14
% |
| 160 | 455
ko | 8,7 | 11
% |
| 128 | 361
ko | 11 | 9
% |
| 96 | 275
ko | 14 | 7
% |
| 32 | 90
ko | 44 | 2
% |
On
peut vérifier que le rapport WAV/MP3 est directement
proportionnel au débit numérique, en accord avec
la définition du débit.
À
titre de comparaison, une compression non destructive donnerait :
- au
format ZIP : 3833 ko, soit un facteur de compression de 1,03,
- au
format 7z : 3704 ko, soit un facteur de compression de 1,07.
Calcul
du débit binaire moyen
On peut,
à partir de la taille de fichier et de la durée
de l'enregistrement, calculer le débit moyen du fichier en
kbps. Il s'agit d'ailleurs ici du débit réel
puisque celui-ci est constant. Illustration à partir des
données du tableau précédent :
- Fichier
WAV : poids de fichier = 4 057 388 octects
(soit 4 057 388 / 1 024 = 3 962 ko)
représentent
donc 4 057 388 × 8 = 32 459 104 bits,
soit
32 459 104 / 1 000 = 32 459 kb
(kilobits). La durée étant de 23 secondes, le
débit moyen vaut
32 459 / 23 = 1 411 kbps
(kb·s-1).
Les plus attentifs auront
remarqué que la conversion
octet <—> "kilo"-octet se
fait par un facteur 1024 (210, tout comme les conversions
ko <—> Mo,
Mo <—> Go...),
alors que la conversion
bit <—> kilobit se fait
normalement
(facteur 1000). - CBR
320 : 923 136 octects
(902 ko) = 7 385 088 bits
= 7 385 kb. Le débit vaut donc
7 385 / 23 = 321 kbps,
soit environ 320 comme prévu.
- En résumé : débit
numérique moyen en kbps = poids de fichier en ko ×
8,192 / durée en secondes.
Remarque
: par un clic droit sur un fichier MP3 (clic droit >
Propriétés > Résumé
> Avancé), Windows XP donne une indication de
débit. Il s'agit (très
probablement*) du débit maximum du fichier.
Dans le cas d'un
débit constant, comme ici, il s'agit donc du
débit effectif.
*Je
le suppose d'après les indications données pour
les fichiers à débit variable, qui seraient
fausses s'il s'agissait du débit moyen.
Comparaison
des différentes méthodes de compression
Pour
cette comparaison, j'ai utilisé six types de musique
différents, auxquels j'ai appliqué des
méthodes qui permettent une restitution quasiment parfaite
du son tout en conservant un poids de fichier intéressant :
- VBR-ABR,
avec un débit moyen de 192 kbps, pour un minimum de 160 kbps
et un maximum de 320 kbps, abrégé ici en ABR 192,
- VBR-MTRH,
avec une
qualité VBR de 2, abrégé ici
en VBR 2,
- VBR-MTRH, avec une
qualité VBR de 3, abrégé ici en VBR 3.
Conclusions
Tout
d'abord, je défie quiconque de distinguer ces trois
méthodes de compression à l'oreille (je suis
d'autant
plus à l'aise pour l'affirmer que je ne vous fournit pas ces
fichiers - un peu trop lourds, 18 × 500 ko environ).
On
notera que la méthode "VBR 3" est toujours un peu en retrait
par
rapport à "ABR 192", pour un gain non significatif en terme
de
poids de fichier.
On peut également constater que
la
méthode "ABR 192" est en très léger
retrait par
rapport à "VBR 2", mais que le gain de place est ici plus
marqué.
J'ai donc personnellement
opté pour "ABR
192", mais "VBR 2", bien qu'avec un poids de fichiers
légèrement supérieur, peut
également
être conseillée (c'est d'ailleurs à peu
de chose
près la méthode
pré-paramétrée
"--alt-preset extreme")
Détails
Yves Jamait, Le Coquelicot - 2006, chanson
française
Aperçu
en ABR 96 kbps
| méthode | poids | facteur
de
compression (WAV/MP3) | rapport
MP3/WAV | débit
moyen calculé |
| VBR 3 | 526 ko | 7,5 | 13 % | 187 kbps |
| ABR 192 | 533 ko | 7,4 | 13 % | 190 kbps |
| VBR 2 | 597 ko | 6,6 | 15 % | 213 kbps |
M, Mon ego - 2003, chanson/rock
français
Aperçu en ABR 96 kbps
| méthode | poids | facteur
de
compression (WAV/MP3) | rapport
MP3/WAV | débit
moyen calculé |
| VBR 3 | 531 ko | 7,5 | 13 % | 189 kbps |
| ABR 192 | 535 ko | 7,4 | 13 % | 191 kbps |
| VBR 2 | 714 ko | 5,6 | 18 % | 254 kbps |
Badmarsh & Shri, Signs - 2001, électro
Aperçu
en ABR 96 kbps
| méthode | poids | facteur
de
compression (WAV/MP3) | rapport
MP3/WAV | débit
moyen calculé |
| VBR 3 | 505 ko | 7,8 | 13 % | 180 kbps |
| ABR 192 | 527 ko | 7,5 | 13 % | 188 kbps |
| VBR 2 | 579 ko | 6,8 | 15 % | 206 kbps |
Steve Coleman, Oyá
Natureza -
1996, Jazz
Aperçu en ABR 96 kbps
| méthode | poids | facteur
de
compression (WAV/MP3) | rapport
MP3/WAV | débit
moyen calculé |
| VBR 3 | 536 ko | 7,4 | 14 % | 191 kbps |
| ABR 192 | 539 ko | 7,4 | 14 % | 192 kbps |
| VBR 2 | 584 ko | 6,8 | 15 % | 208 kbps |
Maurice Ravel, Sonate pour violon et violoncelle, enregistrement
de 1986
Aperçu en ABR 96 kbps
| méthode | poids | facteur
de
compression (WAV/MP3) | rapport
MP3/WAV | débit
moyen calculé |
| VBR 3 | 486 ko | 8,2 | 12 % | 173 kbps |
| ABR 192 | 510 ko | 7,8 | 13 % | 182 kbps |
| VBR 2 | 518 ko | 7,7 | 13 % | 184 kbps |
Édith Piaf, La vie en rose - années 1940
Aperçu
en ABR 96 kbps
Ici, du fait de la
"pauvreté" de l'enregistrement, les 3 méthodes
donnent le même spectre.
| méthode | poids | facteur
de
compression (WAV/MP3) | rapport
MP3/WAV | débit
moyen calculé |
| VBR 3 | 568 ko | 7,0 | 14 % | 202 kbps |
| ABR 192 | 517 ko | 7,7 | 13 % | 184 kbps |
| VBR 2 | 578 ko | 6,9 | 15 % | 206 kbps |
