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Le mode VBR au sein des MP3, des WMA et des OGG VORBIS

À la différence du mode d’encodage dit à débit constant (CBR) qui
permet de conserver une valeur relativement fixe de bitrate au sein
d’un même fichier, le mode d’encodage à débit variable (VBR), comme
son nom l’indique, engendre des fluctuations de vitesse de transmis-
sion dans le morceau. Le mode CBR, notamment à bas débit, est utilisé
en vue de produire un fichier de taille prédictible et facilement
diffu-sable sur Internet qui a horreur des débits fluctuants lors des
transmissions des données audio et/ou vidéo. Le mode VBR, quant à lui,
ga-rantit une qualité constante au sein du fichier, du moins
théoriquement, ce que n’assure pas l’encodage CBR à bas débit. En
revanche, les fluctuations parfois importantes de bitrate compliquent
sérieusement la diffusion de contenu sur le Net. Par ailleurs, en VBR,
il n’est pas toujours aisé de connaître la taille finale du fichier en
vertu de sa durée par règle des trois simples, comme en CBR.
Dans ce topic, je m’emploie à détailler le comportement de l’encodage
à débit variable des fichiers encodés en MP3, en WMA et en OGG VORBIS,
qui sont les trois formats les plus couramment proposés par les
encodeurs audio gratuits. L’AAC, certes très performant, a été écarté
du fait de la rareté des convertisseurs qui offrent la compression en
VBR de ce format. Je me focaliserai sur les trois modes d’encodage VBR
les plus répandus : le mode VBR pur, le mode ABR et le mode VBR à
contrainte maximale de débit. Notez également qu’il s’agit dans cet
article d’une analyse de débit, et non d’une analyse de qualité ni
d’une analyse de fréquence de coupure.
A.	Le mode VBR pur

Il s’agit du mode VBR par excellence au travers lequel l’utilisateur
indique à l’encodeur le niveau de qualité voulu. En fonction dudit ni-
veau, l’algorithme de compression créera automatiquement des
variations de bitrates au sein du fichier encodé en vue de répondre
aux exigences de qualité. Les segments audio complexes seront encodés
à des bitrates aussi élevés que nécessaire et les signaux faibles à
des valeurs basses, mais pas au point de sacrifier le niveau désiré.

a.	MP3

L’encodeur LAME possède des préréglages allant de V1 (la plus haute
qualité) à V9 (la pus basse), c'est-à-dire neuf paliers de qualité.
Quel que soit le palier utilisé et quelle que soit la complexité du
morceau encodé, l’algorithme de LAME s’arrange à ce que la valeur
moyenne de la vitesse de transmission corresponde bel et bien à
l’intervalle proposé par le palier concerné, tout en maintenant une
qualité cons-tante. Toutefois, la lenteur occasionnée par ces
artifices s’en ressent à l’encodage.

b.	WMA

Le format de Microsoft est également encodable en VBR, selon des
paliers de qualité chiffrés en pourcentages théoriques : 10, 25, 50,
75, 90 et 98. Le palier de qualité 100 est celui du codec WMA Lossless
que je n’examinerai pas ici. Contrairement à l’encodeur LAME qui
s’efforce de ne pas quitter certaines limites de débit, l’algorithme
du WMA alloue autant de bits qu’il juge utile pour conserver le niveau
de qualité recherchée. Cela peut poser problème lors des lectures sur
baladeurs numériques des fichiers comportant des sections à hauts bi-
trates. Sachez, juste pour information, que le mode VBR pur du WMA
s’exécute très rapidement, parfois plus rapidement qu’un encodage CBR
ordinaire !

c.	OGG VORBIS

Ce format est essentiellement VBR (les tentatives d’encodage en CBR se
soldent très souvent la plupart du temps par des crashs du lo-giciel).
Tout comme le WMA, sont également fournis ici des indices de qualité
allant de -2 (la plus basse qualité) à 10 (la plus élevée). À
l’inverse du MP3 et du WMA cependant, à chaque palier correspond une
valeur fixe de débit (sauf si ces paliers ont une valeur décimale).
Mais en réalité, après encodage, il est constaté que le bitrate moyen
final s’écarte de la valeur fixée. L’écart est souvent de 10% maximum,
mais peut augmenter pour des morceaux particulièrement faciles/
difficiles à compresser (le débit moyen baisse/augmente drastique-
ment). Ainsi, de manière globale, vu la faible différence entre le
débit fixé théoriquement et le débit réel final, je peux affirmer que
l’OGG VORBIS use d’un mode plus proche de l’ABR (voir infra) que du
VBR pur.

B.	Le mode ABR

L’ABR (Average BitRate) est un mode à partir duquel il est demandé à
l’encodeur de convertir un morceau à un bitrate moyen fixe tout en
produisant le meilleur niveau de qualité possible à ce bitrate moyen,
ce qui fait qu’il surviendra nécessairement des fluctuations de
vitesse de transmission, mais dans une marge tolérable (± 10%). Tout
comme le mode VBR à contrainte maximale de débit (que nous examinerons
plus bas), l’encodeur analyse généralement le contenu audio en deux ou
plusieurs passes. Dans la première passe, les données intrinsèques
sonores (blocs à traiter, fréquences, etc.) sont analysées. Dans la ou
les passe(s) suivante(s), l’algorithme s’évertue à obtenir le
compromis idéal entre la qualité et le débit cible, tâche ardue et
souvent longue.

a.	Le MP3

Certains convertisseurs proposent dans leurs options le codage ABR en
MP3. Force est de le reconnaître, ce format s’en sort sacré-ment bien
et il est ressenti une amélioration de qualité par rapport au mode CBR
à bitrate équivalent, amélioration qui peut aller de légère à nette.
Du reste, la durée d’encodage est similaire à celle de la conversion
en mode VBR pur.
b.	Le WMA

Le codeur Windows Media est le seul outil gratuit qui encode des WMA
en ABR, mode que Microsoft nomme « mode VBR basé sur la vi-tesse de
transmission ». Le confinement de bitrate est encore plus grand qu’en
MP3 et la qualité n’est pas grandement améliorée par rap-port à un
fichier encodé en CBR à débit équivalent. Retenez aussi que l’encodage
en mode ABR au format WMA prend vraiment du temps. Je me demande à
quoi pensaient les ingénieurs à Billou lorsqu’ils élaborèrent ce mode.

c.	L’OGG VORBIS

En soi, les encodeurs de la Xiph Foundation n’offrent guère par défaut
à l’utilisateur l’encodage ABR. Les résultats obtenus à l’aide des
paliers de qualité évoquent en fait que ceux-ci usent d’une forme
d’ABR. Il est certes vrai qu’en ligne de commande, le bidouilleur peut
se plaire à simuler un encodage à bitrate moyen en imposant une valeur
non officielle. Mais cela se fera aux risques et péril de l’encodeur
qui plantera le plus souvent lors de ces manipulations. Des auditeurs
ont même signalé ici une profonde dégradation du son d’origine,
incompa-tible avec le débit imposé.

C.	Le mode VBR à contrainte maximale de débit

Dans cette hypothèse, l’utilisateur fixe un bitrate maximal à
l’encodeur, parfois associé à un débit minimal, mais toujours associé
à un débit moyen. L’algorithme de compression fera alors de son mieux
pour enregistrer le son dans la marge de vitesses de transmission pro-
posée tout en gardant le plus possible le meilleur niveau de qualité
envisageable. Généralement, ce mode exige un encodage en deux passes.
Depuis peu néanmoins, on rencontre des outils de capture audio qui
permettent l’encodage en temps réel en ledit mode.

a.	MP3

L’encodeur LAME se comporte ici comme du VBR pur, mais avec comme
cahier de charges que le débit ne peut dépasser le maximum prévu ni
descendre en dessous du bitrate minimal. Il peut même largement
s’écarter du débit moyen si l’écart entre le bitrate minimal et le
bitrate maximal est trop grand, l’essentiel étant de se retrouver dans
ces deux intervalles. LAME remplit correctement ces conditions et
assure réellement la meilleure qualité possible, ce qui est à
féliciter de la part de ses développeurs.

b.	WMA

Le codeur Windows Media ne propose pas de bitrate minimal lorsqu’il
convertit en mode VBR à contrainte maximal de débit (que Micro-soft
nomme « mode VBR basé sur la vitesse de transmission maximale »).
Après observations, j’ai la nette impression que durant l’encodage,
l’algorithme du codec ne profite que très rarement de l’opportunité
qui lui est offerte de pouvoir à volonté augmenter le débit global du
fichier par rapport à la valeur moyenne. Ce qui fait que dans la
pratique, et en qualité et en bitrate, l’encodage à contrainte maxi-
male de débit du WMA est similaire, si pas identique, au mode ABR. On
se demande une fois de plus où les ingénieurs de la firme de Redmond
avaient la tête.

c.	OGG VORBIS

En ce mode à contrainte maximale de débit, OGG VORBIS se comporte
quasiment à la manière de l’encodeur LAME, le compromis qualité et
vitesse de transmission étant bien respecté.

Conclusion

En mode VBR pur, le format OGG VORBIS est celui qui opère le bon
compromis entre qualité et bitrate fixé. Le WMA, par contre, est celui
qui pousse le débit le plus haut possible pour respecter à tout prix
la qualité.
En mode ABR, le compromis entre qualité et bitrate fixé est mieux
effectué par le MP3. Il en est de même pour le mode VBR à contrainte
maximale de débit. Le WMA, en ces deux domaines, foire sérieusement,
au point qu’on se demande si ce n’est pas une blague d’un drôle de
goût que les techniciens à Billou voulaient nous faire.