M1.21 – Représentation de l`information – TP 2

M1.21 – Représentation de l’information – TP 2
IUT d’Arles – DUT SRC – 2010-2011
Objectifs : Savoir étudier et analyser un son, signal unidimensionnel numérique. Savoir étudier et analyser une vidéo,
signal tridimensionnel numérique (image 2D + temps t). Découvrir les notions de base de la compression des images.
Pour l’ensemble du TP, vous trouverez le sujet ainsi que les figures et fichiers JAVASCRIPT
nécessaires pour répondre aux questions sur le site : http://x.heurtebise.free.fr à la rubrique
« enseignement », puis au service « Représentation de l'information – Année 2010/2011 ».
1 Les sons
1.1 Qu’est ce que Audacity ?
Audacity est un logiciel libre pour la manipulation de données audio numériques. Audacity permet
d'enregistrer du son numérique par le biais des entrées ligne/micro/cd des cartes sons. Il permet
d'éditer (copier, coller, sectionner,...) les sons sur plusieurs pistes, et il est accompagné de divers
filtres et effets : pitch, tempo, réduction de bruit, équaliseur, filtres de Fourier, augmentation de
fréquences précises, compression, amplification, normalisation, écho, phaser, wahwah, inversion... Il
permet aussi d’afficher les bandes sonores, d’éditer les spectres fréquentielles, …
1.2 Fréquence et hauteur
La fréquence d'un son est exprimée en Hertz (Hz), elle est directement liée à la hauteur d'un son perçu.
À une fréquence faible correspond un son grave, à une fréquence élevée un son aigu.
Tout être vivant doté d'une ouïe ne peut percevoir qu'une partie du spectre sonore :
• les physiologistes s'accordent à dire que l'oreille humaine moyenne ne perçoit les sons que
dans une certaine plage de fréquences située environ (selon l'âge, la culture…), entre 20 Hz (en
dessous : infrasons) et 20 kHz (au-delà : ultrasons) ;
• le chat peut percevoir des sons jusqu'à 25 kHz ;
• le chien perçoit les sons jusqu'à 35 kHz ;
• la chauve-souris et le dauphin peuvent percevoir les sons de fréquence 100 kHz.
Avec le logiciel Audacity, ouvrez le fichier « son.wav » (ce son correspond à une symphonie car elle
permet de couvrir une large partie du spectre sonore de l’homme : inutile d’écouter le son, le brouhaha
produit serait insupportable). Les manipulations qui vont être effectuées vont permettre d’étudier le
son dans un premier temps, et comprendre la notion de compression audio dans un deuxième temps.
Questions :
Q1. Modifier la fréquence d’échantillonnage :
a. Quelle influence a cette modification sur la perception sonore ?
b. Quelle influence a cette modification sur le spectre en fréquence du signal ?
Q2. Modifiez la vitesse et le tempo du son. Quelle influence a cette modification sur le spectre en
fréquence du signal ?
Q3. Utilisez un filtre passe-bas (low pass-filter) ou passe-haut (high pass-filter) pour éliminer
certaines fréquences du signal (ou les réduire). Expliquez comment agissent les deux filtres
sur le son, et sur son spectre en fréquence.
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1.3 Amplitude et intensité
L'amplitude est une autre caractéristique importante d'un son. L'intensité perçue dépend (entre autres)
de l'amplitude : le son peut être fort ou doux (les musiciens disent forte ou piano). Dans l'air,
l'amplitude correspond aux variations de pression de l'onde.
En acoustique l'intensité se mesure en décibels (dB). 0 dB correspond au minimum que l'oreille
humaine peut percevoir appelé seuil d'audibilité, et non au silence absolu. Mais la plupart des
personnes ont un seuil d'audibilité supérieur à 0 dB (environ 4 dB). Le seuil de douleur est de 130 dB,
mais l'oreille peut subir des dommages à partir de 85 dB.
Sous Audacity, 0 dB ne correspond pas au seuil d’audibilité, mais plutôt à l’amplitude maximale que
peut avoir un signal, c’est-à-dire 1. En effet, le signal sonore sous Audacity varie entre -1 et 1. Ainsi,
si l’amplitude du signal est inférieure à 1, l’intensité en dB va être négative.
Questions :
Q4. Amplifiez ou réduisez le son, que se passe t-il ? Peut-on amplifier indéfiniment le son ?
Pourquoi ?
Q5. Si l’on divise l’amplitude du signal sonore par deux, est ce que le son paraît être moitié
moins fort ? Pourquoi ? Justifiez en regardant comment varie le spectre du signal sonore.
Q6. Modifiez le pas de quantification, comment évolue la qualité sonore ?
1.4 Compression du son « son.wav »
Vous pouvez grâce au menu « Fichier » exporter le son à éditer, ou une partie du son seulement, dans
trois formats différents :
• Le format « WAVEform audio format » (WAV).
• Le format « MPEG-1/2 Audio Layer 3 » (MP3).
• Le format « Ogg » (OGG).
Seulement, les paramètres de sauvegarde ne peuvent pas être modifiés, sauf si l’on utilise le menu
« Edition / Préférences… / Formats de fichiers ». Il vous est alors possible de modifier le format
d’exportation non compressé pour le format WAV, de régler la qualité du format OGG, ou bien de
modifier le débit pour le format MP3.
Questions :
Q7. Effectuer différents tests de sauvegarde dans chacun des formats en réglant les paramètres
WAV, OGG et MP3 : comparer non seulement la taille des fichiers obtenus et la qualité de
rendu des sons. Que pouvez-vous en conclure ?
2 Les vidéos
2.1 Qu’est ce que Virtual Dub ?
Virtual Dub est un utilitaire de capture et de traitement vidéo. Il possède le profil pour effectuer de
rapides opérations linéaires sur de la vidéo. Il bénéficie de capacités de traitement par lot, lui
permettant de traiter un grand nombre de fichiers et peut également être étendu grâce à des filtres
supplémentaires. Virtual Dub est principalement orienté vers le traitement de fichiers AVI, bien qu'il
puisse lire (et non pas écrire) le format MPEG-1 et également traiter des ensembles d'images BMP.
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2.2 Format de fichiers
Les codecs (COmpression / DECompression) sont des pilotes logiciels permettant d'encoder ou de
décoder des fichiers multimédias, indépendamment de toute application. Ainsi, un codec DivX sera
nécessaire pour lire une vidéo au format DivX, quel que soit le lecteur utilisé. Ces codecs peuvent être
matériels (intégrés à un périphérique) ou bien logiciels.
• Le format « Advanced Streaming Format » (ASF).
• Le format « Windows Media Video » (WMV).
• Le format « Moving Picture Experts Group » (MPEG / MPG / MPEG2000).
• Le format « Motion-JPEG » (M-JPEG / M-JPEG2000).
• Le format « Audio Video Interleave » (AVI).
• Le format « Ogg Media » (OGM).
• Le format « Real Media Variable Bitrate » (RMVB).
• Le format « Matroska » (MKV).
Questions :
Q8. Donner, pour chaque format de fichier, les avantages et les inconvénients.
2.3 Paramètres vidéo et Audio
Avec Virtual Dub, vous pouvez modifier divers paramètres vidéo en allant dans le menu « Vidéo » et
sélectionnant l’une des options suivantes :
-
Filtres : différents filtres permettent de travailler le flux vidéo, comme les filtres « flip »
(miroir des images de la vidéo : retournement vertical ou horizontal), « grayscale » (passage en
niveau de gris), « resize » (modification de la résolution de la vidéo), …
-
Fréquence d’images : il est possible de sélectionner la fréquence des images à traiter : 1
image sur 1, 2, 3 ou plus. De plus, il est aussi possible d’inverser le signal vidéo.
-
Profondeur de couleur : il est possible de changer la profondeur de la couleur, c'est-à-dire
l’espace de couleur de la vidéo et le nombre de bits par couleur, que cela soit pour la
décompression vidéo et l’affichage.
-
Compression : il est possible de sélectionner le codec utilisé pour la compression vidéo.
Vous pouvez modifier divers paramètres audio en allant dans le menu « Audio » et sélectionnant l’une
des options suivantes :
-
Entrelacement : ceci permet de dire comment les images et le son sont entrelacés dans le
fichier AVI
-
Compression : il est possible de sélectionner le codec utilisé pour la compression audio.
-
Filtres : différents filtres permettent de travailler le flux audio.
-
Conversion : permet de modifier le codec utilisé pour le son.
-
Audio : cette option permet de définir si le son est actif ou non.
Questions :
Q9. Étudiez l’influence des paramètres de « fréquence d’affichage », « profondeur de couleur »,
« durée de vidéo », « paramètres audio » et « résolution » sur le poids d’une vidéo dans le
cas non compressé.
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