La musique rencontre le numérique

On donne le qualificatif « numérique » aux baladeurs qui nous intéressent ici en raison de la nature des médias qu’ils emportent : les fichiers utilisés sont en effet numériques dans la mesure où ils contiennent les informations sous forme binaire et qu’ils n’utilisent pas une modulation de signal électrique (qui correspond au mode « analogique »).

Deux solutions s’offrent à l’utilisateur qui veut se procurer des fichiers musicaux lisibles par un baladeur numérique : les télécharger sur internet (via des plateformes de téléchargement légal ou non), ou bien les créer à partir de CD qu’il possède. Dans ce second cas, il est nécessaire d’opérer une conversion des pistes du CD en fichiers, conversion parfois qualifiée de « rip ». Cette seule opération ne suffit cependant pas à obtenir des fichiers réellement exploitables sur un baladeur numérique. En effet, un rip de CD crée dans un premier temps des fichiers WAV extrêmement volumineux. Une deuxième opération est donc nécessaire : l’encodage qui va transformer les fichiers WAV issus des pistes du CD en fichiers musicaux compressés. C’est alors que les deux sources se rejoignent : on a bien dans les deux cas des fichiers musicaux numériques occupant un volume le plus réduit possible.

Les vidéos numériques pour baladeur

Des fichiers vidéo s’obtiennent de la même façon que les fichiers audio : soit à partir de sources en possession de l’utilisateur (DVD, enregistreurs et caméscopes numériques, etc), soit en les téléchargeant à partir de plateformes en ligne. Dans le premier cas, la procédure diffère légèrement dans la mesure où les informations de base sont la plupart du temps déjà compressées. Cependant elles le sont encore trop peu pour être compatibles avec les capacités limitées qu’implique une utilisation nomade. Il est donc nécessaire de les compresser plus efficacement, ce que permet ici aussi l’encodage.

Remarquons au passage que la recompression s’accompagne souvent d’un redimensionnement de la vidéo car rien ne sert de stocker une vidéo au format "téléviseur" quand, souvent, les écrans de baladeur vidéo offrent des résolutions nettement moins grandes.

Les fichiers vidéo téléchargeables via internet sont, eux, déjà encodés pour une compression optimale à la condition qu’on ait bien choisi le fichier adapté à son baladeur.

L'encodage de fichiers musicaux

L’encodage de fichiers musicaux, qu’il soit opéré par l’utilisateur ou par des plateformes de téléchargement, fonctionne selon un principe tout à fait identique : simplifier les fichiers WAV en supprimant les éléments inutiles, c’est-à-dire imperceptibles à l’oreille humaine. À mesure que la compression augmente, le nombre d’informations supprimées augmente aussi, ce qui pose le problème de la fidélité du son. Il faut donc supprimer des informations efficacement en altérant le moins possible la qualité du son. Cela justifie l’existence de plusieurs algorithmes d’encodage qui diffèrent selon leur façon de supprimer les informations. C’est de cette façon que l’on obtient des fichiers musicaux de formats différents tels que le MP3, le WMA, l’AAC, le Vorbis, etc. À ces formats s’ajoute également un certain nombre de formats de compression sans perte ou « lossless » qui se limitent à une compression n’altérant pas la qualité du son.

Fréquence et taux d'échantillonnage

Outre son format d’encodage, un fichier musical est également défini par sa fréquence et son taux d’échantillonnage. La fréquence est dans l’immense majorité des cas de 44,1 Hz, ce nombre étant considéré comme une norme. Le taux d’échantillonnage est en revanche très variable, généralement de 32 à 320 Kbps. Il définit le nombre d’informations sonores contenues par seconde dans un fichier musical numérique : il s’agit donc d’une mesure de la richesse d’un fichier. Un taux élevé permettra de conserver un maximum d’informations sonores dans un volume minimum, et inversement, ce taux pouvant être variable ou fixe au sein d’un même fichier. Il ne s’agit cependant pas d’une mesure objective de la fidélité du fichier : en effet, un format de compression peut être plus efficace qu’un autre et offrir une meilleure fidélité en conservant des informations sonores plus pertinentes. Il est à noter que la prédominance du format MP3 n’est pas due à sa supériorité qualitative, d’autres s’avérant plus efficaces.

La compression vidéo et les DRM

Le principe est le même pour les fichiers vidéo. On procède par suppression d’informations en recherchant des similitudes entre les pixels de l’image. Il peut s’agir de similitude spatiales, lorsque des pixels contigus ont une couleur identique ou proche, ou temporelles, lorsque des pixels ne voient pas ou peu leur couleur modifiée sur une image (ou frame) par rapport à la précédente. La compression vidéo a pour but de rechercher ces similitudes afin de simplifier le flux vidéo. Cependant, pour obtenir des fichiers de taille acceptable, il est absolument primordial d’optimiser les opérations de compression. Or l’optimisation est d’une grande complexité. Du coup, elle s’est développée de plusieurs façons donnant ainsi naissance à de nombreux formats de compression vidéo.

On pourrait distinguer d’une part les codecs basés sur la technologie MPEG-4. Celle-ci comporte plusieurs spécifications dont deux essentielles en matière d’encodage vidéo. La première est la Partie 2, notamment son profil ASP qui sert aussi parfois à la désigner, sur laquelle se basent, par exemple, les codecs DivX et Xivd, ultra-répandus et que l’on ne présentera plus. La seconde est la Partie 10. Elle définit la norme H.264 ou AVC que l’on retrouve, par exemple, implémentée par le codec x264 ou encore utilisée par Apple dans ses dernières versions de QuickTime et sur sa plateforme de téléchargement iTunes Store. On retrouve également un ensemble de technologies propriétaires de codecs Microsoft que l’on peut regrouper sous l’appellation WMV

Mais un fichier vidéo n’est pas uniquement défini par son codec : le flux vidéo compressé est en effet encapsulé dans un conteneur. L’enjeu de l’utilisation des conteneurs est non seulement de pouvoir associer des flux audio et vidéo, mais également, pour certains, de pouvoir gérer les droits numériques (DRM, Digital Rights Management) des fichiers. Ainsi, Apple et Microsoft utilisent respectivement les conteneurs MP4 (extension .mp4 ou .m4v) et ASF (extension .wmv ou .asf) pour leurs fichiers vidéo à DRM. Les grands distributeurs de contenus vidéo protégés tentent ainsi de pousser l’utilisateur à adopter ces formats protégés alors que ce dernier utilise massivement des formats non protégés comme l’association des codecs DivX/Xvid au conteneur AVI. Les fabricants de PMP sont donc amenés à concilier ces deux visions en proposant une compatibilité la plus étendue possible.

Ne pas confondre codec et conteneur

En réalité, les fichiers audio utilisent eux aussi une association « codec-conteneur ». Cependant, la situation est nettement plus simple et la grande majorité des codecs dispose d’un conteneur ; l’association est quasi systématique. C’est ce qui explique, par exemple, la confusion entre le codec audio Vorbis et le conteneur Ogg, qui, réunis, forment des fichiers Ogg Vorbis d’extension .ogg. Pour autant, la technologie de codage employée reste bien le Vorbis et il est possible d’encapsuler d’autres types de flux, audio - comme le FLAC - ou non, dans le conteneur Ogg. C’est également le conteneur qui permettra ou non la gestion des DRM.

La connection entre baladeur et ordinateur

Un baladeur numérique se connecte généralement à un ordinateur par une liaison USB ou FireWire, pour les anciens modèles d’iPod essentiellement. On pourrait penser que la question du transfert des fichiers de l’ordinateur vers le baladeur n’en est pas vraiment une. En effet, un certain nombre de baladeurs dispose d’une reconnaissance UMS (pour Universal Mass Storage, support de stockage de masse universel). Le système d’exploitation les reconnaît donc comme n’importe quel disque dur externe ou clé USB et il est, dans ce cas, très simple de transférer les fichiers puisqu’il suffit de les « copier-coller » sur le baladeur en utilisant simplement l’explorateur.

Une couche logicielle est souvent nécessaire

Cependant, le transfert de fichiers ne s’effectue pas aussi facilement pour tous les baladeurs (comme dit ci-dessus) : une couche logicielle spécifique est nécessaire la plupart du temps, avec parfois même des pilotes. Ces logiciels proposent généralement une gestion des droits relatifs à la lecture des fichiers, ce dont est incapable l’explorateur.

Problème de compatibilité logicielle

Comme on l’a vu, certains fichiers musicaux ou vidéo obtenus grâce à des plateformes de téléchargement légal sont protégés et intègrent un système de gestion des droits DRM. Le but de ces logiciels est de former une chaîne complète entre la plateforme et le baladeur : leur emploi est nécessaire afin de contrôler le nombre de transferts des fichiers ou leur période maximale de lecture qui peut être limitée. Cela peut poser des problèmes de compatibilité lorsque ces logiciels sont limités à certains systèmes d’exploitation ou à certains baladeurs.

Les mémoires internes et d'extension

Pour écouter votre musique ou visionner vos vidéos sur un baladeur, il ne suffit pas de les transférer sur votre lecteur, il faut aussi pouvoir les stocker. Ce dernier dispose donc d’une mémoire interne, éventuellement extensible par des cartes mémoire identiques à celles présentes dans les appareils photo numériques.

Mémoire flash ou disque dur ?

Le support de cette mémoire peut être de la mémoire flash ou un disque dur. La première a comme avantages sa compacité, sa faible consommation et sa résistance aux chocs car elle n’a pas de pièces mécaniques. Elle a comme inconvénient majeur son prix si votre lecteur a une grande capacité. Les lecteurs de grande capacité utilisent généralement un disque dur au format 1,8 pouce qui fonctionne à 4 200 rpm. Les capacités peuvent aller jusqu’à 160 Go tout en conservant un prix acceptable, ce qui n’est pas le cas de la mémoire flash. Sachez cependant que les disques durs 1,8 pouce sont relativement encombrants, consommateurs d’énergie et très sensibles aux chocs.

Les disques durs 1 pouce remplacés par la mémoire flash

On retrouve également des disques durs 1 pouce qui fonctionnent généralement à 3 600 rpm et que l’on appelle aussi « microdrives » car ils ont été utilisés dans un premier temps dans les cartes mémoire éponymes fabriquées par Canon et destinées à ses appareils photo numériques haut de gamme. Ces disques durs, aujourd’hui en déclin au profit de la mémoire flash, atteignent des capacités de 8 Go.

Comment sont organisées toutes ces données ?

Les fichiers musicaux peuvent être répertoriés de différentes façons. Soit de façon basique en utilisant une arborescence et une table de fichiers similaire à celle employée par les systèmes d’exploitation, soit en utilisant une bibliothèque basée sur une arborescence normale ou non, et constituée à partir des informations présentes dans les tags des fichiers.

Les différentes commandes

Pour naviguer dans le menu, des commandes sont évidemment nécessaires. Il s’agit souvent de boutons disposés de façon relativement ergonomique et assumant plusieurs fonctions.

On retrouve également un certain nombre de commandes tactiles, de plus en plus présentes sur les baladeurs. Il peut s’agir de glissières ou de molettes, comme sur les célèbres iPod d’Apple, quasi tous dotés de cette technologie. Glissières et molettes sont toujours associées à des boutons classiques, directement présents sous la molette dans les iPod, mais généralement disposés un peu partout sur la coque. Enfin, on retrouve de plus en plus de baladeurs proposant des écrans tactiles permettant de se passer de quasi toute commande mécanique. Ces commandes traduisent de façon électrique les pressions de l’utilisateur sur les boutons. Les informations électriques sont ensuite transmises à un microprocesseur - éventuellement assisté de contrôleurs - chargé de leur interprétation et de leur traduction en actions au sein de l’interface du baladeur.

Le baladeur utilise un système d'exploitation basique

Un baladeur numérique possède en réalité un fonctionnement quasi identique à celui d’un véritable petit ordinateur. Il utilise en effet une forme de système d’exploitation très basique basée sur des composants propres. Les rôles du microprocesseur et du système d’exploitation sont centraux : ils assurent non seulement la coordination entre les actions de l’utilisateur, le stock de fichiers disponibles dans la mémoire du baladeur et leur éventuelle lecture, mais aussi la gestion de l’ensemble des réglages et fonctions du baladeur.

Le couple « microprocesseur-système d’exploitation » interprète via les commandes les actions effectuées par l’utilisateur ce qui a pour effet de rendre possibles les déplacements dans les menus et de répertorier les fichiers musicaux, photo et vidéo présents sur le baladeur, ses fonctions et ses réglages.

Typiquement, lorsque l’utilisateur veut écouter un morceau de musique, il choisit d’abord un morceau dans l’arborescence ou la bibliothèque présente. En réaction, le microprocesseur va aller chercher ce fichier musical dans la mémoire du baladeur, le charger dans une mémoire tampon puis le confier au circuit de sortie audio. L’opération est la même dans le cas d’un fichier vidéo qui, lui, mobilisera le circuit vidéo.

L’alimentation de l’ensemble de ces circuits et composants doit s’effectuer de façon autonome. En effet, le baladeur est un dispositif nomade qui ne peut pas être raccordé à une source de courant externe de façon permanente. Il utilise donc une pile ou une batterie, actuellement de type Li-Po ou souvent Li-Ion. Ces sources d’énergie ont cependant une capacité limitée et doivent être rechargées, ou remplacées dans le cas de piles non rechargeables. Le rechargement peut s’effectuer en utilisant un adaptateur secteur dédié ou la connexion USB ou FireWire d’un ordinateur.

Les circuits de sortie audio et vidéo

Lorsqu’ils sont choisis par l’utilisateur, les fichiers sont dans l’état où le transfert sur la mémoire du baladeur les avait laissés : numériques et encodés avec un algorithme de compression (codec). Avant de pouvoir être restitués par le baladeur, ils devront encore subir quelques transformations.

Tout d’abord, le signal doit être décodé. À partir des informations sonores compressées, un processeur (ou DSP, Digital Sound Processor) est censé restituer un fichier musical audible. Il effectue donc l’opération inverse de l’encodage avec un algorithme spécifique à chaque format d’encodage. Une fois ce décodage effectué, le DSP peut éventuellement appliquer des effets au son (égaliseur, effets SRS, etc.).

Une fois cette opération réalisée, il est nécessaire d’opérer une conversion. En effet, la fonction première d’un baladeur est de reproduire des sons dans des écouteurs. Or les écouteurs ne peuvent pas produire de sons à partir d’informations binaires ; ils ont besoin d’un signal analogique. Les informations binaires des fichiers musicaux doivent donc être converties en signaux analogiques, ce dont se charge un convertisseur (ou DAC, Digital-to-Analog Converter).

Il faut alors amplifier le signal analogique obtenu, trop faible pour alimenter des écouteurs ou a fortiori un casque. L’amplificateur est donc le dernier composant du baladeur avant la sortie jack 3,5 mm sur laquelle viennent généralement se raccorder les différents dispositifs possibles : écouteurs, casque, enceintes portables ou non, etc.

Il est cependant également possible de disposer en sortie d’un signal numérique. En effet, certains baladeurs disposent d’une sortie optique qui leur permet de transmettre les informations directement sous forme numérique sans avoir à effectuer de conversion analogique à leur niveau. Cette opération sera, par exemple, réalisée par le décodeur d’un kit d’enceintes ou d’un amplificateur de salon, théoriquement de meilleure qualité.

Le principe est globalement le même en ce qui concerne la vidéo. Elle aussi doit être décodée par un processeur dédié à l’aide du codec adapté, également capable d’appliquer des effets. Les ressources de ce processeur doivent cependant être nettement plus importantes que celles d’un simple DSP, étant donné la complexité de certains encodages. Par ailleurs, dans la mesure où un flux vidéo est associé de façon quasi inévitable à un flux audio (ils sont regroupés au sein d’un même conteneur), les deux circuits sont donc simultanément mis à contribution, amputant l’autonomie du baladeur, déjà grevée par l’utilisation intensive de l’écran - bien souvent de grande taille, notamment pour les PMP - sur lequel sera affiché le flux vidéo décompressé. D’où les problèmes d’autonomie de certains baladeurs en lecture vidéo.