Le Morse avait permis à la radio de transmettre des messages.
L’AM lui avait donné la parole.
La BLU avait supprimé ce qui n’était pas indispensable.
La FM avait appris à mieux résister aux parasites.
Restait encore une révolution à accomplir : transformer notre voix en nombres avant de l’envoyer sur les ondes.
Bienvenue dans l’univers de la voix numérique et, plus particulièrement, de FreeDV.
Une voix, cela représente beaucoup de données !
Commençons par notre microphone.
Pour numériser simplement une voix échantillonnée 8 000 fois par seconde avec une résolution de 16 bits, il faudrait transmettre :
8 000 × 16 = 128 000 bit/s.
Voilà qui est très raisonnable pour Internet.
Mais sur une liaison HF occupant quelques kilohertz ?
Impossible !
Il faut donc compresser énormément la parole avant de pouvoir l’envoyer par radio.
Et pas comme on compresse un fichier ZIP : il faut exploiter les particularités de la voix humaine.
Années 1990-2000 : faire parler la HF en numérique
L’idée d’utiliser la voix numérique sur les bandes radioamateurs n’est pas née avec FreeDV.
Dès les années 1990 et au début des années 2000, différents expérimentateurs travaillent sur la transmission numérique de la parole dans les canaux étroits disponibles en HF.
Le problème est double.
Il faut d’abord réduire considérablement le débit de la voix.
Il faut ensuite disposer d’un modem capable de transporter ces données à travers un canal HF particulièrement difficile : bruit, fading, multitrajets et brouillages.
Autre problème : les vocodeurs performants sont souvent propriétaires.
Pour un radioamateur qui souhaite comprendre, expérimenter et modifier son système, ce n’est pas idéal.
FDMDV prépare le terrain
Une étape importante est franchie avec FDMDV — Frequency Division Multiplex Digital Voice, développé notamment par Francesco Lanza HB9TLK.
Le principe consiste à répartir les données numériques sur plusieurs porteuses relativement lentes plutôt que de tout transmettre sur une seule porteuse rapide.
C’est particulièrement intéressant en HF, où les réflexions ionosphériques peuvent fortement perturber le signal.
L’expérience acquise avec FDMDV servira directement à la conception de FreeDV. L’interface et plusieurs principes de conception de FreeDV s’en inspireront.
Mais il manque encore un élément essentiel :
un codec vocal ouvert et suffisamment économe en données.
Vers 2009 : David Rowe ressort Codec 2
L’ingénieur et radioamateur australien David Rowe VK5DGR reprend alors des travaux qu’il avait commencés plusieurs années auparavant sur le codage de la parole.
Son objectif est particulièrement intéressant pour les radioamateurs :
créer un codec vocal à très faible débit et open source.
Il deviendra :
Codec 2.
Contrairement à une transmission PCM classique qui cherche à transmettre chaque échantillon sonore, Codec 2 analyse les caractéristiques de la parole et en produit une représentation numérique extrêmement compacte.
Au récepteur, ces informations permettent de reconstruire la voix.
Nous ne transportons donc plus véritablement la forme d’onde originale.
Nous transportons suffisamment d’informations pour que le correspondant puisse la reconstituer.
Codec 2 est aujourd’hui un codec vocal open source spécialement conçu pour les communications numériques à faible débit.
De 128 000 bit/s à quelques milliers
Mesurons le chemin parcouru.
Notre voix PCM précédente demandait :
128 000 bit/s.
Les différentes générations de Codec 2 fonctionnent avec des débits de seulement quelques milliers, voire quelques centaines de bits par seconde selon les modes.
La qualité n’est évidemment pas celle d’un enregistrement Hi-Fi.
Mais ce n’est pas le but.
Pour une communication radio, nous recherchons avant tout :
l’intelligibilité avec le moins de données possible.
Et soudain, transmettre de la voix numérique dans quelques kilohertz de spectre devient envisageable.
Codec 2 réduit fortement le débit de la voix pour permettre sa transmission dans un canal HF étroit.
2012 : FreeDV est né
En 2012, FreeDV franchit une étape décisive.
Le projet associe plusieurs éléments :
Codec 2 + modem numérique + synchronisation + éventuellement correction d’erreurs.
FreeDV constitue donc beaucoup plus qu’un simple codec : c’est un protocole de voix numérique conçu pour fonctionner sur une liaison radio.
Et surtout, FreeDV peut être utilisé avec un transceiver HF BLU classique.
Le logiciel transforme la parole numérique en un signal audio adapté à l’entrée du poste.
Le transceiver BLU fait ensuite ce qu’il sait parfaitement faire :
transporter ce signal audio sur les ondes.
Il n’est donc pas nécessaire, à l’origine, de posséder un émetteur-récepteur spécialement conçu pour la voix numérique.
Un ordinateur, une interface audio et un poste BLU peuvent suffire.
Dans les entrailles d’une transmission FreeDV
Suivons maintenant notre voix.
Nous parlons devant le microphone.
Le signal est :
numérisé → analysé → compressé par le codec → transformé en bits.
Ces bits peuvent ensuite recevoir des informations supplémentaires permettant la synchronisation ou la correction de certaines erreurs.
Le modem transforme enfin les données en un signal audio que notre transceiver BLU peut transmettre.
Chez notre correspondant, tout se déroule à l’envers :
signal HF → modem → bits → décodage → Codec 2 → voix reconstruite.
Le haut-parleur ne reproduit donc pas directement la voix que nous avons envoyée.
Il reproduit une voix reconstruite à partir des informations numériques reçues.
De la voix aux bits, puis des ondes à la voix : la chaîne complète d’une communication FreeDV.
FreeDV 1600 : quinze petites porteuses
Le mode historique FreeDV 1600, apparu en 2012, illustre parfaitement cette philosophie.
Son signal comporte 14 porteuses DQPSK, espacées de 75 Hz, auxquelles s’ajoute une porteuse DBPSK utilisée notamment pour la synchronisation et l’estimation du décalage de fréquence.
Au total :
15 porteuses.
Et tout cela tient dans environ :
1,125 kHz !
Comparons grossièrement :
AM : environ 6 kHz
BLU : environ 2,4 à 3 kHz
FreeDV 1600 : environ 1,1 kHz
Voilà qui aurait probablement fait sourire les pionniers de la radio !
Nous transmettons maintenant une conversation entière dans une largeur de spectre plus petite que celle utilisée par une émission BLU classique.
Mais la HF est un drôle de tuyau !
Sur Internet, un bit envoyé dans une fibre optique possède de bonnes chances d’arriver correctement.
La HF est beaucoup moins coopérative.
Notre signal peut atteindre l’antenne du correspondant après plusieurs réflexions ionosphériques.
Certaines parties arrivent légèrement plus tard que d’autres.
Le niveau monte et descend.
Des parasites apparaissent.
Une autre station se trouve à proximité.
Bref :
des bits peuvent être perdus ou modifiés.
Les générations suivantes de FreeDV vont donc chercher à améliorer la résistance à ces conditions difficiles.
2017-2022 : FreeDV devient une famille
FreeDV ne désigne progressivement plus un seul mode, mais plusieurs formes d’onde adaptées à différents compromis.
En 2017 apparaît 700C.
En 2018, 700D utilise notamment un modem OFDM/QPSK et une correction d’erreurs LDPC. Sa largeur RF est d’environ 1 000 Hz.
En 2019, FreeDV 2020 introduit le codec neuronal LPCNet.
En 2020 apparaît 700E.
Puis viennent 2020B et 2020C en 2022.
Les différences concernent le codec, le modem, la largeur occupée, la correction d’erreurs et la capacité à supporter les différents types de propagation HF.
La voix numérique amateur devient un véritable laboratoire.
La correction d’erreurs entre dans la conversation
Certains modes FreeDV utilisent une technique appelée :
FEC — Forward Error Correction.
Le principe consiste à transmettre des informations redondantes permettant au récepteur de retrouver certains bits erronés sans demander leur retransmission.
Pour une conversation en temps réel, c’est indispensable.
Nous ne pouvons pas interrompre notre correspondant toutes les deux secondes en disant :
« Attends, renvoie-moi le paquet précédent ! »
Des modes comme 700D utilisent ainsi des codes LDPC capables de corriger une partie des erreurs provoquées par le canal radio.
BLU et FreeDV ne meurent pas de la même façon
Voilà une différence immédiatement perceptible à l’écoute.
En BLU analogique, lorsque le signal devient plus faible :
la voix se couvre progressivement de bruit.
Nous continuons parfois à comprendre quelques mots au milieu du souffle.
Avec une transmission numérique, le comportement est différent.
Tant que le modem arrive à récupérer suffisamment d’informations, la parole peut rester étonnamment intelligible.
Puis les erreurs augmentent.
La voix commence à présenter des artefacts.
Et lorsque le système ne parvient plus à récupérer suffisamment de données :
le décodage s’effondre.
Il existe donc un effet de seuil beaucoup plus marqué que pour la BLU analogique.
FreeDV est surtout une radio que l’on peut ouvrir
Il existe de nombreux systèmes de voix numérique.
Mais FreeDV possède une particularité fondamentale :
il est open source.
Le protocole, les codecs, les modems et les logiciels peuvent être étudiés par les radioamateurs. Codec 2 est lui-même distribué comme codec vocal open source à faible débit.
Cela change profondément la philosophie du système.
Nous pouvons l’utiliser.
Mais nous pouvons également :
l’étudier, l’expérimenter, le mesurer et participer à son amélioration.
Voilà qui correspond particulièrement bien à l’esprit du service amateur.
Et DMR, D-STAR ou C4FM ?
FreeDV n’est évidemment pas la seule façon de transmettre numériquement la voix par radio.
Les radioamateurs connaissent notamment :
D-STAR, DMR, C4FM/System Fusion, M17…
Ces systèmes ont trouvé une place importante, particulièrement en VHF/UHF et dans les réseaux de relais.
FreeDV poursuit historiquement un objectif différent :
faire fonctionner efficacement la voix numérique sur les bandes HF, notamment à travers un canal de largeur comparable ou inférieure à celui de la BLU.
Il ne s’agit donc pas de déterminer lequel est « meilleur ».
Ils répondent à des architectures et à des usages différents.
2019 : quand un réseau neuronal reconstruit notre voix
Avec FreeDV 2020, une nouvelle étape est franchie.
Le mode utilise LPCNet, un système de codage vocal reposant notamment sur des techniques neuronales.
Nous changeons alors progressivement de philosophie.
Le système ne cherche plus seulement à compresser très fortement une forme d’onde.
Il transmet une représentation compacte à partir de laquelle un modèle peut produire la parole à la réception.
L’idée de la voix reconstruite prend alors une dimension nouvelle.
Et l’histoire ne s’arrête pas là.
2026 : RADE ouvre une nouvelle époque
Aujourd’hui, FreeDV explore une approche encore plus ambitieuse avec RADE — Radio Autoencoder.
Cette technologie combine apprentissage automatique et traitement numérique classique du signal pour transmettre directement une représentation de la parole adaptée au canal radio.
La version FreeDV 2.0.0 a intégré officiellement RADE V1. Le projet annonce pour cette technologie une largeur d’environ 1 500 Hz et un fonctionnement pouvant descendre jusqu’à environ −2 dB de SNR dans certaines conditions.
Nous sommes bien loin du premier FreeDV 1600 de 2012.
Et pourtant l’objectif reste identique :
faire passer une conversation intelligible dans un canal HF aussi efficacement que possible.
De Codec 2 à RADE, FreeDV évolue sans cesse pour rendre la voix numérique HF plus efficace.
Quelques dates à retenir
Années 1990-2000 — Expérimentations autour de la voix numérique HF à faible débit.
Années 2000 — FDMDV prépare plusieurs concepts repris ensuite par FreeDV.
Vers 2009 — Développement de Codec 2 par David Rowe VK5DGR.
2012 — Apparition de FreeDV 1600.
2017 — FreeDV 700C.
2018 — FreeDV 700D et sa correction d’erreurs LDPC.
2019 — FreeDV 2020 et le codec neuronal LPCNet.
2020 — FreeDV 700E.
2022 — FreeDV 2020B et 2020C.
2026 — FreeDV 2.0.0 intègre officiellement RADE V1.
Quand la voix devint numérique…
En un peu plus d’un siècle, notre voix aura subi une étonnante transformation.
Avec l’AM, nous faisions directement varier l’amplitude d’une porteuse.
Avec la BLU, nous avions compris qu’une porteuse et une deuxième bande latérale pouvaient être supprimées.
Avec FreeDV, nous allons encore beaucoup plus loin.
La voix elle-même n’est plus directement transmise.
Elle est analysée, transformée en informations numériques, protégée contre certaines erreurs, transportée par un modem puis reconstruite chez notre correspondant.
Et avec les nouvelles techniques comme RADE, apprentissage automatique et radio commencent désormais à se rencontrer jusque sur nos bandes HF.
Nos anciens auraient probablement eu quelque difficulté à reconnaître leur bonne vieille phonie.
Mais l’objectif, lui, n’a pas changé :
prendre un microphone, lancer un appel et entendre, quelques instants plus tard, la voix d’un autre radioamateur parfois situé à l’autre bout du monde.
Seule la façon de faire voyager cette voix a changé.
Et cette fois, elle voyage en nombres.
