C'est quoi un Jitter et ça sert à quoi ?

[TMS]

J'ai une question sans doute idiote, mais je la pose quand même :
Qu'il y ait un décalage ou non, l'important c'est que tout arrive en même temps ou du moins dans le bon ordre et sans décalage entre les informations successives ? Que les données partent en retard, certes, mais si la suite se passe correctement, où est le pb ?
A moins que ce soit toutes les infos qui ce décalent ? C'est ça, j'ai bon ?

Pas tout à fait bon...

La gigue de phase (en français, c'est quand même plus poétique que jitter ) a la fâcheuse tendance à se reporter sur le fonctionnement des convertisseur (faut bien passer en analogique un moment ou un autre)

L'erreur communément commise dans les modèles intellectuels colés au numérique, c'est que celui-ci (le numérique) n'est qu'une succession de 0 et de 1.. et que s'ils arrivent au complet et dans le bon ordre tout va pour le mieux dans le meilleur des mondes...

Sauf que non, déjà le numérique c'est depuis bien plus de 20 ans une succession de fronts de montées, fronts de descente... avec des incertitudes quand à la valeur de tensuion du signal qui fait commuter... et plus des 0 et des 1.

une mauvaise périodicité (jitter) peut événtuellement faire sauter une synchro, mais va déformer le signal analogique après conversion.

My 2cts

jacques

[ajds]

Voici une petite illustration didactique du jitter et de ses effets, à titre de vulgarisation pour les non techniciens

http://www.homecinema-fr.com/forum/view ... #167266736

[corsario]

Je remonte ce topic pour le compléter et coller ici une liste de tutoriaux et articles sur le sujet, tous en anglais, sauf un en français (hélas pas le plus clair ni le plus didactique...) :

Les articles dans Stereophile :

"CD: Jitter, Errors & Magic", Mai 1990, Robert Harley,
"Jitter, Bits & Sound Quality", Décembre 1990, John Atkinson
"The Jitter Game", Janvier 1993, Robert Harley
"Jitter & the Digital Interface", Octobre 1993, Rémy Fourré,
"A Transport of Delight", Novembre 1993, Robert Harley,
"Bits Is Bits?", Mars 1996, Chris Dunn and Malcolm Omar Hawksford,
"A Case of the Jitters", Janvier 2009, John Atkinson

Un excellent tuto de référence sur TNT-audio : Crash course on digital audio interfaces

et le Tuto en français sur audio-addict : QU'EST-CE QUE LE JITTER ?

L'idée à retenir sur le jitter c'est qu'il ne concerne que le flux audio-numérique (pas le flux informatique en amont, ni le flux analogique en aval). Typiquement le jitter est aggravé par exemple par une liaison S/PDIF entre une source et un DAC.

Une conséquence est qu'"un bit n'est pas un bit" : l'illusion que l'informatique et le numérique allait nous permettre de nous asseoir sur des bases solides et cartésiennes... n'est qu'une illusion. Merci les concepteur de la norme audio numérique cadencée...

Voilà une citation de Robert Harley (Stereophile, en 1993 ! ), et sa traduction :

Not that long ago, digital audio was considered perfect if all the bits could be stored and retrieved without data errors. If the data coming off the disc were the same as what went on the disc, how could there be a sound-quality difference with the same digital/analog converter? This "bits is bits" mentality scoffs at sonic differences between CD transports, digital interfaces, and CD tweaks. Because none of these products or devices affects the pattern of ones and zeros recovered from the disc, any differences must be purely in the listener's imagination. After all, they argued, a copy of a computer program runs just as well as the original.

Il n'y a pas si longtemps, l'audio numérique était considérée comme parfaite si tous les bits pouvaient être stockés et restitués sans erreur. Si les données qui sortent du disque étaient les mêmes que celles qui avaient été gravées sur le disque, comment pourrait-il y avoir une différence dans la qualité sonore obtenue avec le même DAC ? Cette mentalité "bit à bit" méprisait les différences de sonorités entre les transports CD, les interfaces digitales, et les tweaks pour CD. Parce qu'aucun de ces produits ne modifiait la suite de zéros et de uns issus du CD, toute différence à l'écoute devait être dans l'imagination de l'auditeur. Après tout, argumentaient-ils, une copie d'un logiciel ne fonctionne-t-elle pas aussi bien que l'original ?

Que celui qui n'a pas pensé la dernière phrase jette la première pierre

Je reprend ici l'illustration (très très) basique du jitter :


Sans jitter :

Avec Jitter :


les 0 et les 1 sont les mêmes. Les "top" de l'horloge ne sont pas les mêmes. Le son n'est plus le même.

La difficulté est qu'à cause de l'intermodulation du signal d'horloge et des sync représentant les 0 et les 1, c'est pire que dans la figure car le signal musical lui-même est transformé (et ce de manière différente suivant les fréquences - sympa ! -, de manière différente suivant le DAC utilisé - multi-bit PCM ou 1-bit DSD, de manière différente suivant les horloges et les liaisons audio-numériques utilisées). Et là où sa se corse c'est que, comme par magie, si on renumérise ce signal, on retrouve pourtant les 0 et les 1 originaux*, car la norme fonctionne... pour le transfert de données... mais hélas pas de manière exacte pour la reproduction musicale.

Tricky, isn't it ?


*EDIT : ça commence mal... si on renumérise le signal, je ne suis pas sûr de ce qui se passe (ça dépend peut-être de l'ADC utilisé). Ce que je voulais dire c'est que le flux audio-numérique cadencé, même affecté du jitter, si on le repasse en données informatiques (bits), on retrouve les 0 et les 1 originaux.

[Fyper]

Je m'abonne !

[JG Naum]

+1 pour l abonnement ... Merci Corsario pour le travail de synthese...!

[corsario]

Je réponds ici à deux question de rycil et frgirad, posées dans un autre thread :

Bon maintenant, au niveau de l'échelle, on parle donc de 22 millionième de seconde dans le pire de cas. la moyenne doit être en dessous de 10 µs.

Ce n'est pas si simple que ça : le décalage temporel est sur les mots 16 bits, ce qui a un effet sur la qualité des fréquences entendues. Ce n'est pas juste une erreur de tempo.

Un ordre de grandeur : "digital audio theory predicts that jitter needs to be below 100ps for 16-bit (ie, CD) audio to be reproduced without degradation—and 24-bit audio requires jitter to be below 10ps!"

[EDIT : Pio2001 discute ces chiffres dans ce message]

Certes, ça ne nous dit pas à partir de quand l'effet devient audible (et ça dépend des fréquences et des personnes).

Après 30 ans de numérique, j'ai du mal à imaginer que le pb du jitter ne soit pas maîtrisé de façon à être indiscernable à l'écoute.

Certaines platines intégrées ont totalement maîtrisé le jitter. D'autres beaucoup moins. Ca dépend donc. Et d'autre part il est toujours possible, même après 30 ans de numérique hélas, de faire de grosses bêtises de jitter, avec du mauvais S/PDIF reliant des DAC ou autre (cf les résultats Mcintosh ci-dessous).

Voici donc des exemples et illustrations tirés du dernier papier de Stereophile.

Voici le signal test :


Figure 1 : signal test = une sinusoide autour de 11.025kHz avec des petites modulations (invisibles sur la figure) qui sont des transitions d'une amplitude élémentaire, espacées toutes les 48 périodes (qui donneront les harmoniques du graphes suivant). En rouge, ce sont les points où tombent les échantillons à la fréquence du CD (44.1 kHz).


Figure 2 : Spectre du signal précédent converti en signal 16 bit avec un convertisseur idéal : on la fréquence centrale à 11.025 kHz, très étroite, pas de bruit de fond du tout, et des harmoniques dont le bruit ne dépasse pas -124 dB. C'est le signal que les platines devraient reproduire si on était dans le meilleur des mondes.


Figure 3 : Pour mémoire et pour référence, voici en rouge et bleu le bruit de fond de l'appareil de mesure (entre -145 et -150 dB), avec en cyan et magenta le bruit de fond d'un signal 16 bit parfait (c'est le bruit de fond d'un CD, autour de -132 dB).

Un truc que je n'ai pas compris c'est pourquoi dans la figure 2 le 16 bit arrive à -150 dB alors que dans la figure 3 on nous dit que le CD (16 bit) ne peut pas avoir un bruit de fond inférieur à -132 dB. L'explication est que le bruit de fond a été "dithered at the 1/2-LSB level, which is as good as CD can get" (LSB : least significant bit).Je n'ai pas tout compris mais bon admettons.

Ce qu'il faut garder en tête en regardant les résultats pour les quelques platines suivantes est qu'il faut arriver à reproduire la figure 2. Si on y arrive pas mais que le bruit est en dessous du niveau du CD, ce n'est pas si grave. Mais si on dépasse le bruit de fond du CD (-132 dB), là c'est potentiellement plus embêtant.

Pour interpréter les résultats il faut regarder :
1) le niveau du bruit de fond : plus il est faible mieux c'est (cf. figure 2)
2) la largeur de la fréquence centrale : plus elle est étroite mieux c'est (cf. figure 2)
3) la propreté de la fréquence centrale (pas d'harmoniques parasites) et le respect des harmoniques originales (cf. figure2)

Voici maintenant les résultats du moins bon aux meilleurs (je vous laisse aller lire l'article pour voir le prix de chaque appareil - il y a une certaine logique, mais pas toujours et il y a de très bonnes surprises à prix raisonnable) :

Catégorie 1 : Platines moins bonnes que ce que le CD peut offrir théoriquement
(ici le bruit de fond et/ou les perturbations dues aux harmoniques parasites dus au jitter dépassent le bruit de fond du CD, -132 dB)





Catégorie 2 : Platines au niveau de ce que le CD peut offrir théoriquement
(ici le bruit de fond et/ou les perturbations dues aux harmoniques parasites dus au jitter ne dépassent pas le bruit de fond du CD, -132 dB)
[EDIT : si, ça dépasse quand même un chouïa parfois. Limite ces platines quand même ]







Catégorie 3 : Platines au dessus de ce que le CD peut offrir théoriquement, et capables d'atteindre toute la potentialité des SACD et des DVD-audio
(ici le bruit de fond et/ou les perturbations dues aux harmoniques parasites dus au jitter sont bien en dessous du bruit de fond théorique du CD et atteignent parfois quasiment les limites du bruit de l'appareil de mesure : c'est très bien)




(pour référence le niveau de bruit du CD a été rajouté en cyan par dessus la figure. On voit ici par exemple que le Ayre est très très en dessous : c'est bien)

Quelques remarques :
- On voit bien que le jitter d'un appareil mal conçu peut modifier sa qualité sonore (et pas seulement rythmique). Est-ce que c'est audible je ne sais pas, mais j'ai tendance à penser que dans le cas du McIntosh et du Pioneer, oui !
- On voit que l'on est capable de faire de très bonnes platines CD (au moins en regard du critère du jitter). La Bryston notamment est impressionnante (on peut presque superposer la courbe idéale avec sa courbe. Eu égard à son prix l'Onkyo est très bon aussi).

Il y a le résultats d'autres platines dans l'article de stéréophile. Ils ont prévu de faire d'autres mesures, cette fois-ci non pas sur des intégrés mais sur des transports et des DAC)

EDIT : certains points erronés ont été corrigés avec l'aide de Pio2001, merci à lui.

[guest]

corsario > Super effort de vulgarisation !!! Merci !

L'idée à retenir sur le jitter c'est qu'il ne concerne que le flux audio-numérique (pas le flux informatique en amont, ni le flux analogique en aval). Typiquement le jitter est aggravé par exemple par une liaison S/PDIF entre une source et un DAC.

Sur ce point, le jitter est présent dans toute transmisson numérique. Pas uniquement dans le flux audio-numérique.

[corsario]

corsario > Super effort de vulgarisation !!! Merci !

de rien

L'idée à retenir sur le jitter c'est qu'il ne concerne que le flux audio-numérique (pas le flux informatique en amont, ni le flux analogique en aval). Typiquement le jitter est aggravé par exemple par une liaison S/PDIF entre une source et un DAC.

Sur ce point, le jitter est présent dans toute transmisson numérique. Pas uniquement dans le flux audio-numérique.

Certes, il est peut-être présent mais il n'a aucune conséquence sur la transmission d'un flux de données informatiques (que ça soit du son, des images, ou autre) : il est suffisamment faible pour que les données à l'arrivée (les bits) soient strictement identiques aux données au départ (la norme a été prévue pour). Par contre ce qui n'avait pas complètement été anticipé à l'époque c'est qu'en convertissant les bits en analogique (ce qui nécessite* à moment ou à un autre une horloge et donc un flux audio-numérique), au moment de la conversion, le jitter accumulé allait faire des dégats.

* Et sans que ce soit nécessaire on rajoute parfois par commodité une étape de transmission de flux audio-numérique (via le S/PDIF par exemple, pour relier un transport à un DAC) en pensant que c'était sans perte parce que ce flux est numérique. Il n'y a pas de perte seulement si la transmission est informatique (juste des bits, pas de clock, transmission asynchrone quoi).

C'est ça que je voulais dire : si la transmission est informatique, asynchrone, comme on veut, le jitter nous est indifférent (il n'y a pas d'horloge). Si la transmission est audio-numérique (un signal d'horloge est présent et nécessaire dans le flux), il y a du jitter et ça nous embête si l'opération est suivie d'une conversion analogique (c-a-d si on écoute de la musique à la fin ). Par contre si les données sont ensuite remises sous forme de bits informatique pour êrte stockés, il n'y a pas de problème à l'écoute; Puisqu'il n'y a pas d'écoute sérieusement, il n'y a pas de problème, les données sont intégres, la norme fait que le jitter ne peut pas altérer les bits. Il altère juste le résultat de la conversion de ces bits mal synchronisés en analogiques.

Est-ce qu' on est d'accord ?

[guest]

Certes, il est peut-être présent mais il n'a aucune conséquence sur la transmission d'un flux de données informatiques (que ça soit du son, des images, ou autre) : il est suffisamment faible pour que les données à l'arrivée (les bits) soient strictement identiques aux données au départ (la norme a été prévue pour).

(...)

C'est ça que je voulais dire : si la transmission est informatique, asynchrone, comme on veut, le jitter nous est indifférent (il n'y a pas d'horloge).

(...)

Est-ce qu' on est d'accord ?

Pas tout a fait.

La transmission informatique, asynchrone ou non, se base sur une horloge. Le problème de Jitter existe donc.
http://en.wikipedia.org/wiki/Jitter

Jitter is a significant, and usually undesired factor in the design of almost all communications links (e.g., USB, PCI-e, SATA, OC-48).

Après, il a plus ou moins d'importance selon les cas.
Dans le cas d'une transmission asynchrone, un simple buffer est suffisant pour lutter contre le problème :

Jitter buffers
Jitter buffers or de-jitter buffers are used to counter jitter introduced by queuing in packet switched networks so that a continuous playout of audio (or video) transmitted over the network can be ensured. The maximum jitter that can be countered by a de-jitter buffer is equal to the buffering delay introduced before starting the play-out of the mediastream. In the context of packet-switched networks, the term packet delay variation is often preferred over jitter.

Au pire, quand le buffer est plein, on avise, c'est pas grave dans ce type de communication.

Dans un cas synchrone / temps-réel, le buffer souffre de son problème théorique de débordement ou de pénurie. Néanmoins, j'ai toujours du mal avec cette théorie car, selon moi, une erreur d'horloge est une variation aléatoire dont la moyenne doit être négligeable (ie : on devrait avoir autant de périodes "un peu plus courtes" que de périodes "un peu plus longues").

Enfin bref, tout ca pour dire que le jitter existe dans toutes les transmissions numériques (meme dans un bus USB ou autre), c'est juste que sa criticité n'est pas la même dans tous les cas.

[corsario]

Je réponds ici à une question de Syber posée dans un autre thread :

A titre purement égoïste j'aimerais bien, suite à le lecture des posts de Corsario à ce sujet :

- entendre concrètement les effets du jitter en fonction des fréquences reproduites*
- déterminer une valeur de jitter à partir de laquelle je serais sensible à ce phénomène. Cette valeur est-elle la même pour toutes les fréquences reproduites ?
- déterminer cette (ces) valeur(s) pour chaque participant de ABX 5.



* passequefranchement, on en parle, on en parle, mais je ne sais toujours pas à quoi cela correspond auditivement parlant : Ca fait quoi le jitter ? des clics ? des clacs ? des passages en blanc, des zikwikwi, des altérations de timbres, on confond la Callas avec Céline Dion ? des phénomènes d'échos ? Si ça se trouve on parle sur les forums de phénomènes qui seraient en fait du jitter et on parle de jitter sans en connaître la réalité.

Voici un élément de réponse, en anglais (source : Stereophile, comme d'hab) :

Are these effects audible?

At the 1990 AES Convention in Montreux earlier this year, I sat in on a workshop examining the audibility of peculiarly digital distortion, including the effects of jitter. On pure high-frequency tones, low levels of sinewave jitter could easily be heard. Jitter, however, is unlikely to consist of a pure sinewave applied to the data; it will more likely have a noise-like character. In addition, the data in a CD player are reclocked with crystal precision from a FIFO (first-in, first-out) RAM buffer, or have the clock signal extracted and stabilized with a phase-locked loop (PLL) in a D/A processor. Any jitter produced in the datastream by the CD player's laser pickup or present in the data output by the transport feeding the processor will therefore be very much reduced in level (footnote 4).

(...)

The audible effect of jitter suggested by these simulations would be to add a signal-related grundge and lack of resolution as the analog signal's noise floor rises and falls with both the signal and the jitter, while any periodicity in the jitter—at the power-line frequency and its harmonics, for example—will throw up frequency-modulation sidebands around every spectral component of the music. The "clean" nature of the original analog signal will be degraded, "fuzzed up" if you like, to produce the typical, flat-perspectived, often unmusically grainy CD sound.

En gros le jitter peut causer du bruit de fond ajouté, une perte en résolution, en impact et en précision, et de la modulation de fréquence sur différentes fréquences, ça dépend (des graves, des aigus).

Il serait évidemment passionnant de caractériser, et mieux, de mettre en évidence par ABX ces effets éventuels.

[syber]

Merci Corsario,

Mais tu sais moi, tant que j'ai pas expérimenté un truc j'ai du mal à en saisir la portée ...

[corsario]

Enfin bref, tout ca pour dire que le jitter existe dans toutes les transmissions numériques (meme dans un bus USB ou autre), c'est juste que sa criticité n'est pas la même dans tous les cas.

oui.

Mais les exemples dont tu me parles sont il me semble des flux audio- (ou video-)numérique, pas des flux informatiques stricto-sensus.

C'est un problème de vocabulaire : j'ai en fait défini un flux informatique comme un flux de données, sans horloge : des bits. C'est donc forcément asynchrone (puisqu'il n'y a pas d'horloge). Je ne sais pas moi, un transfert de données d'un PC vers un disque dur externe par exemple. Ou un transfert de données d'un PC par le réseau vers le forum HCFR. Je ne sais pas s'il y a du jitter ou pas. Mais en tout cas les mots que je tape sur mon clavier sont transmis de façon parfaites à tes yeux à des kilomètres de là. C'est une transmission informatique, pas une transmission audio-numérique : le jitter ne détériore rien du tout, c'est le protocole, ça marche.

Mais bon c'est un détail. Pour revenir à la hifi ce que je voulais dire c'est que tant que les données transitent sous forme informatique, sous forme de bit, tout va bien. Dès que c'est un flux audio-numérique le jitter va commencer à faire des dégâts.

Et d'ailleurs c'est plus ou moins indépendant du protocole utilisé : on peut faire transiter en wifi, par cable éthernet ou par cable USB aussi bien un flux audio-numérique (youtube) que des données informatiques stricto-sensus (toto.zip, beethoven.flac), c'est selon. Du point de vue du jitter il est préférable, si on a besoin de transférer des données, que ça soit fait sous forme informatique, sous forme de bits, pas sous forme audio-numérique. C'est ça que je voulais dire.

Je ne sais pas si c'est clair

[corsario]

Merci Corsario,

Mais tu sais moi, tant que j'ai pas expérimenté un truc j'ai du mal à en saisir la portée ...

Bon ben par exemple quand tu écoutes la musique chez toi, bon ben y a du jitter, et puis quand tu viens écouter la musique chez moi, bon ben, ya plus de jitter, c'est propre. Voilà concrètement

[corsario]

Dans un cas synchrone / temps-réel, le buffer souffre de son problème théorique de débordement ou de pénurie. Néanmoins, j'ai toujours du mal avec cette théorie car, selon moi, une erreur d'horloge est une variation aléatoire dont la moyenne doit être négligeable (ie : on devrait avoir autant de périodes "un peu plus courtes" que de périodes "un peu plus longues").

Ah mais ce n'est pas ça. Ca ne déborde pas, heureusement. Sinon ça serait grave. C'est effectivement une variation aléatoire.
Le problème c'est que ces petites variations en x se modulent avec le signal en y pour le rendre moins précis, moins impactant, rajouter un peu de bruit de fond et même rajouter en plus de la modulation de fréquence. Mais ça ne fait pas des blancs, ni des trous, ni rien. Sinon ça serait vraiment grave. C'est subtil. C'est pour ça que c'est pernicieux.

[syber]

Merci Corsario,

Mais tu sais moi, tant que j'ai pas expérimenté un truc j'ai du mal à en saisir la portée ...

Bon ben par exemple quand tu écoutes la musique chez toi, bon ben y a du jitter, et puis quand tu viens écouter la musique chez moi, bon ben, ya plus de jitter, c'est propre. Voilà concrètement

J'ai pour principe de ne jamais répondre sur les filières des amateurs crédules et béats d'enceintes truc et d'amplis bidules ... ce serait trop facile pour moi !

On m'a fait comprendre qu'il fallait que j'arrête de parler de scène sonore en trois dimensions, ça en vexait quelque z'uns qui ne comprenaient pas de quoi je parlais



Syber - tu touches pas à mes boules !