Le son, une information à coder

• Un signal analogique, tel qu’un signal sonore ou électrique, peut prendre toutes les valeurs possibles dans un intervalle donné. Sa représentation graphique est donc une courbe continue.
  Représentation graphique d’un signal analogique
• Un signal numérique ne peut prendre que des valeurs bien définies et en nombre limité (valeurs discrètes). Sa représentation graphique est donc un histogramme.
  Représentation graphique d’un signal numérique

• Un signal numérique est une suite de bits, c’est-à-dire de chiffres binaires (binary digit) pouvant prendre uniquement deux valeurs : 0 ou 1. Le bit est l’unité élémentaire d’information en informatique. Un octet est composé de 8 bits, il permet de coder une information.

• On enregistre périodiquement (à des intervalles de temps T réguliers) la valeur du signal analogique.
  Échantillonnage d'un signal Après l’échantillonnage, chaque point du graphique correspond à une « prise d’échantillon », c’est-à-dire à un enregistrement de la valeur du signal analogique. Les enregistrements sont séparés les uns des autres par un même intervalle de temps T.
• La fréquence d'échantillonnage représente le nombre de points relevés pendant une seconde, elle est égale à l’inverse de l’intervalle de temps T entre deux prises d’échantillon.
    
  avec f_{échantillonage} en hertz (Hz) et T en seconde (s).
• Plus on relève de points en une seconde, plus l’histogramme obtenu après l’échantillonnage contient de valeurs. 

• Elle consiste à affecter une valeur numérique à chaque échantillon prélevé. On convertit la grandeur mesurée de chaque échantillon en langage binaire sur 3, 4, 8, 10, 16 bits ou plus.

Quantification d'un signal sur 3 bits (on obtient 8 valeurs)

• « Quantifier sur n bits » signifie que les nombres binaires contiennent n chiffres. En langage binaire, chaque chiffre ne peut être qu’un 0 ou un 1. Il y a donc 2ⁿ possibilités.
  Sur le graphique précédent, après la quantification, on obtient 2³  = 8 valeurs (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111) car le signal a été codé sur n = 3 bits.
• On parle d’une quantification « fine » lorsque le nombre de bits sur lequel on code les valeurs est important. Par exemple, la quantification est beaucoup plus fine lorsque l’on code les valeurs sur 16 bits car il y aura 2¹⁶ = 65 536 valeurs possibles sur le dernier graphique.

• Un convertisseur analogique numérique (CAN) est un appareil permettant de transformer en valeurs numériques un signal analogique.

Un fichier informatique est un ensemble de données numériques, codées sous forme d’octets. Elles sont réunies sous un même nom et enregistrées sur un support de stockage.

Le fichier possède un nom et une extension (nom.extension) qui désigne le type d’informations stockées : image, texte, son, etc.

Avec :

• f_{échantillonnage} : la fréquence d’échantillonnage en Hertz (Hz) ;
• Q : le nombre de bits utilisés lors de la conversion analogique numérique ;
• n : le nombre de voies (n = 2 pour un son stéréo et n = 1 pour un son mono) ;
• Δt : La durée d’enregistrement en seconde (s).

La taille des fichiers informatiques s’exprime le plus souvent en kilo octet (1 kilo octet (ko) = 10³ octets) ou en méga octet (1 méga octet (Mo) = 10⁶ octets).
Pour passer des bits aux octets, on divise par 8 car dans un octet, on trouve 8 bits.

Les techniques de compression « avec perte d’information » utilisées pour le son éliminent les informations sonores auxquelles l’oreille est peu sensible.

Plus τ est proche de 1, plus la taille du fichier compressé est faible et plus l’algorithme qui a réalisé la compression est performant.

Comparaison des tailles de différents fichiers contenant la même quantité d’informations Sur le graphique précédent, on constate que, pour une même quantité d’informations stockées, la taille du fichier dépend de sa nature : un fichier wav est plus volumineux qu’un fichier mp3, par exemple.
Ceci signifie que le taux de compression du mp3 est plus petit que celui du wav.