Lars Liljeryd
Compression numérique audio
Finaliste du Prix de l’inventeur européen 2017
La reconstruction de bande spectrale (SBR, Spectral band replication) est une méthode originale de compression numérique des fichiers audio qui a permis à des millions de gens dans le monde de profiter en toute simplicité et à moindre coût d'un son de grande qualité. La conception en revient à l'inventeur suédois Lars Liljeryd, et la mise sur le marché a eu lieu à l'aide d'une équipe d'ingénieurs comprenant notamment Martin Dietz (Allemagne) ainsi que Kristofer Kjörling, Per Ekstrand et Fredrik Henn (Suède). Le téléchargement, le stockage et l'écoute en flux de média audio seraient bien moins efficaces aujourd'hui pour de nombreux smartphones, appareils de musique portables, radios numériques, caméras vidéo, télévisions et ordinateurs si la SBR n'existait pas.
Les idées de Lars Liljeryd ont révolutionné un secteur entier. Son concept d'amélioration des formats de codage existants a posé la barre des technologies audio numériques à un niveau qui n'avait jamais été cru possible. Il a étendu la porté d'autres techniques de compression audio, notamment le MP3 et l'AAC (Advanced Audio Coding, Encodage Audio Avancé), dont de nombreux experts pensent qu'elles ont déjà réalisé leur plein potentiel. Et, ce qui est probablement le plus important pour le vaste public qui s'appuie sur le SBR partout dans le monde - et pour le passionné de musique qui l'a développé - c'est que le SBR garantisse que la musique sonne toujours aussi bien.
Bénéfices pour la société
Pénétrant le marché en 2002 à grandes enjambées dans le sillon de la norme High-Efficiency Advanced Audio Coding standard (HE-AAC) du MPEG, le SBR est arrivé au moment où la largeur de bande et l'espace de stockage ne suivaient pas l'amour toujours plus fort du public pour la musique et la radio en flux. En un tournemain, le SBR a amélioré la compression audio de 30 à 50%, doublant ainsi la quantité de musique pouvant être stockée sur un appareil, ou encore la vitesse à laquelle elle pouvait être transmise.
L'efficacité et la haute fidélité du SBR ont rapidement pris le pas sur la transmission par satellite, les téléphones mobiles et les opérateurs internet. Il a rapidement été ajouté aux lecteurs de musique les plus prisés, comme Apple's iTunes, et soutenu par les modules d'extension (plug-ins) tel qu'Adobe Flash Player. Les Américains connaissent le SBR grâce aux services de diffusion de flux tels que Pandora Radio ou Rhapsody ainsi que des services de radio par satellite tel que SiriusXM. Les Européens l'ont plutôt utilisé sur le réseau Digital Radio Mondiale broadcasting, qui inclut Deutsche Welle, BBC World Service et Radio France Internationale. Le SBR est également utilisé dans de nombreux pays pour la compression audio des signaux de diffusion de télévision numérique.
Devenu désormais un standard pour quelque chose comme six milliards d'appareils sur la planète - caméras vidéo, smartphones ou encore ordinateurs -, si l'omniprésence est la preuve que les bénéfices pour la société sont effectifs, alors ceux du SBR sont avérés. Cependant, la vraie valeur du SBR repose dans la qualité de son qu'il fournit tout en réduisant les espaces de stockage et de transmission et en permettant au public partout dans le monde d'avoir plus de choix et une plus grande maîtrise des programmes audio qu'il écoute.
Avantages économiques
Lars Liljeryd a créé une petite start-up avec trois diplômés de master - Kjörling, Ekstrand et Henn - pour lancer la réalisation de son idée de départ. Il a ensuite recherché de l'aide auprès des spécialistes de l'institut Fraunhofer d'Erlangen en Allemagne, qui a développé à la fois le MP3 et l'AAC, afin de faciliter l'intégration du SBR dans ces codecs. Avec quelques capitaux d'investissement supplémentaires, Lars Liljeryd a formé Coding Technologies AB en Suède ainsi que - en collaboration avec l'institut Fraunhofer - la fililale allemande Coding Technologies GmbH, puis il a engagé Dietz, spécialiste du MP3 chez Fraunhofer, pour diriger les deux entreprises.
En 2002, l'intégration du SBR au HE-AAC est réussie, ce dernier restant l'un des codecs audio de norme MPEG les plus prisés. Cinq ans plus tard, Coding Technologies, avec ses principaux brevets SBR, a acquis les laboratoires Dolby basés aux États-Unis - une entreprise leader du codage/de la compression audio et de la réduction du bruit audio - pour environ 170 millions d'euros (aux taux 2007).
Cette acquisition a été le départ d'un octroi massif de licences pour la technologie du SBR. Dolby, avec des ventes annuelles d'environ 950 millions d'euros, est l'une des entreprises dominantes du marché du codec audio qui est évalué à 5,2 milliards d'euros en 2015 et qui devrait atteindre les 7 milliards d'euros en 2022, selon les analystes du secteur.
En plus d'employer directement environ 100 experts du codage audio à Stockholm et à Nuremberg pour perfectionner et mettre à jour le SBR, la technologie du codage permet aussi d'aider en aval les développeurs de logiciels, les concepteurs de produits et les fabricants.
Comment ça marche ?
Avant le SBR de Lars Liljeryd, la plupart des fichiers audio numériques étaient compressés par surpression de certaines parties du fichier original. Les fichiers audio numériques sont simplement des ondes acoustiques encodés en bits, c'est-à-dire en 1 et en 0, donc la réduction de leur taille globale signifie la coupe de certaines fréquences. Généralement, ce sont les fréquences les plus élevées et les plus basses qui sont retirées. Cette méthode est efficace pour réduire la taille totale du fichier mais à partir d'un certain niveau (90% de compression pour l'AAC), la qualité audio est impactée.
Le génie de Lars Liljeryd s'est révélé lorsqu'il a réalisé qu'il n'avait pas besoin de transmettre tous les bits d'un fichier pour conserver la qualité du son. Il suffit de ne transmettre que les basses fréquences et de les utiliser comme guides pour recréer les sons aigus. Une chanson peut être déconstruite, des parties peuvent être envoyées avec des instructions pour le reste, puis elle peut être entièrement reconstruite à la réception.
L’inventeur
Depuis son plus jeune âge Lars Liljeryd, qui a désormais 66 ans, est très impliqué dans la musique - en particulier le rock and roll - qui s'est combinée chez lui à une fascination pour l'électronique. Quand il ne jouait pas de la batterie dans l'un de ses groupes, il expérimentait la radio amateur ou les amplificateurs et vendait même des récepteurs à cristal à ses amis. En 1971, il crée sa première entreprise en refaisant l'orgue Hammond pour lui donner un son plus « rock ». En 1973, l'un de ses groupes compose un tube qui devient numéro un en Suède, ce qui l'oblige à prendre un congé pour partir en tournée en tant qu'ingénieur du son studio.
À partir des années 1980, Lars Liljeryd est responsable d'une ribambelle d'innovations associées au son : un système de communication étanche pour l'industrie pétrolière offshore pour lequel il remporte un prix pour les technologies de l'océan, un système hydrophone capacitif portable haute sensibilité utilisé par la marine suédoise ainsi qu'un système numérique d'aide auditive. Les graines du SBR réapparaissent dans ce projet d'aide auditive, qui rappelle à Lars Liljeryd que le système auditif de l'homme est moins sensible aux hautes fréquences. Cela lui permet de reproduire les hautes fréquences - à partir d'un phénomène acoustique appelé redondance harmonique -, sans avoir à s'inquiéter d'atteindre la granularité qui serait imperceptible à l'oreille humaine.
Le saviez-vous ?
Les inventeurs du codage vidéo et audio ont fait leurs preuves au fil des récompenses attribuées aux inventeurs européens. Lars Liljeryd a rejoint les rangs de Karlheinz Brandenburg (2006 ; catégorie : ensemble de la carrière - finaliste), considéré par de nombreuses personnes comme le père de la compression numérique audio et l'un des principaux acteurs de l'institut Fraunhofer a avoir œuvré pour le MP3, ainsi que de Leonardo Chiariglione (2008 ; catégorie : ensemble de la carrière - finaliste), qui a établi à la fois le codec du MPEG et mis en avant les normes vidéo qui ont amené à la HDTV. Dans la même veine, Kornelis A. Schouhamer Immink (2015 ; catégorie : ensemble de la carrière - finaliste) a joué un rôle déterminant dans le développement de l'EFM, le système de codage des données utilisé pour les CD, les DVD et les mini-disques.
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