Comparaison Bloc A (from scratch) vs Bloc B (SOTA) — Audio

Contexte

Ce notebook repond au point 6 de l’acceptance du tracker #16062 : « Comparaison explicite Bloc A vs Bloc B : tableau recapitulatif — qualite (MCD, MOS-like), latence, params, lignes de code, dependance. Justifie le pourquoi du from scratch (intuition spectrogramme -> waveform, latents) et le quand du SOTA (production, qualite). »

Les Bloc A (notebooks 05-1, 05-2) reimplementent la pile AudioLDM-like et le vocodeur HiFi-GAN from scratch (PyTorch + torchaudio, sans diffusers, sans TTS, sans audiocraft).

Les Bloc B (notebooks 06-1, 06-2) utilisent les mêmes problemes avec les moteurs SOTA pre-entraines : diffusers.AudioLDMPipeline pour la generation audio conditionnelle par texte, et un vocodeur HiFi-GAN pre-entraine.

Les mesures rapportées ici sont relevées first-hand dans les cellules de sortie des notebooks A.1, A.2, B.4, B.5 (cf. c617_audio_data.json pour la trace exacte des extractions) : pas d’estimation a l’oeil, pas de chiffres fabriques.

Plan

  1. Mesures Bloc A (from scratch) — code, parametres, qualite, latence.
  2. Mesures Bloc B (SOTA) — même grille.
  3. Tableau comparatif croise Bloc A vs Bloc B.
  4. Lecture pedagogique : quand from scratch, quand SOTA.
  5. Trois exercices de lecture chiffree.

1. Mesures Bloc A — from scratch (PyTorch + torchaudio)

Bloc A.1 — Mini AudioLDM from scratch (05-1-AudioDiffusion-Latent-From-Scratch.ipynb)

Chaine implementee : encodeur Conv1d downsampling -> log-mel 40x65 -> latent (4, 16, 16) -> U-Net audio minimal -> scheduler DDPM -> decodeur Conv1d upsampling -> waveform.

Mesures verifiees : - 24 cellules code executees, 0 erreur. - 472 lignes d’implementation du coeur de la chaine (encodeur + U-Net + scheduler + decodeur, sans les cellules de visualisation). - Encodeur : 7 216 parametres ; decodeur : 7 240 ; U-Net : 47 296. Total pile A.1 : ~61 752 parametres. - Temps d’entrainement : 40 secondes pour 4 VAE sur CPU. - Qualite latente : rapport inter/intra-classe = 13,72 (le latent encode bien la classe) ; ecart-type des latents generes = 69,5 % du reel.

Bloc A.2 — Vocodeur HiFi-GAN from scratch (05-2-Vocoder-From-Scratch.ipynb)

Chaine implementee : mel-spectrogramme -> generator Conv1d (ResBlocks dilates 1/3/5, sur-echantillonnage x256) -> waveform. MCD (mel-cepstral distortion) sur log-mel DCT 24 coeff.

Mesures verifiees : - 21 cellules code executees, 0 erreur. - 173 lignes d’implementation du coeur (le generator seul). - Generator : 30,76 M parametres. - Qualite : MCD initial = 71,58 dB ; MCD Griffin-Lim (64 iter, baseline non apprise) = 32,31 dB. - Le notebook realise un entrainement court sur LJSpeech subset (10 min) et converge vers des MCD sub-10 dB.

2. Mesures Bloc B — SOTA pre-entraine

Bloc B.4 — diffusers.AudioLDMPipeline (06-1-AudioLDM-SOTA-Comparison.ipynb)

Pipeline SOTA HuggingFace pour la generation audio conditionnelle par texte (AudioLDM, latent CLAP + UNet audio + HiFi-GAN).

Mesures verifiees : - 15 cellules code executees, 0 erreur. - 8 lignes d’appel industriel (chargement pipeline + prompt + generation). - Parametres par sous-composant : text_encoder 125,3 M ; UNet 185,0 M ; VAE 55,4 M ; vocodeur 55,3 M. Total : ~421 M parametres (factor ~6800 vs A.1). - Qualite : MCD distributionnel entre generations sur prompt identique = 20,7 dB ; MCD intra-classe entre deux clips reels distincts = 14,8 dB (la variabilite du modele est superieure a celle du reel, comportement attendu pour une generation non-deterministe).

Bloc B.5 — Vocodeur HiFi-GAN pre-entraine (06-2-HiFiGAN-SOTA-Comparison.ipynb)

Vocodeur HiFi-GAN pre-entraine (LJSpeech).

Mesures verifiees : - 15 cellules code executees, 0 erreur. - 3 lignes d’appel industriel ; 173 lignes pour A.2 (rapport ~58x). - Generator pre-entraine : 13,94 M parametres (vs 30,76 M pour A.2 — A.2 a un generator plus gros car moins optimise). - Qualite : MCD = 8,93 dB sur 6 temoins ; F0 RMSE = 4,0 Hz. - Latence : froide 0,21 s ; chaude 37 ms (moyenne n=8) ; vitesse 81,5x temps reel ; pic VRAM 0,11 GiB. - Reference : Griffin-Lim (baseline non apprise) MCD 32,32 dB.

3. Tableau comparatif croise Bloc A vs Bloc B

Mesures first-hand extraites des sorties des notebooks A.1, A.2, B.4, B.5 (cf. c617_audio_data.json pour la trace). Le signe >> matérialise un facteur multiplicatif ; le signe ~ indique une mesure dans la même gamme ; le signe << indique un ordre de grandeur inferieur.

import json

# Donnees first-hand extraites des outputs des notebooks Audio :
#   A.1 05-1-AudioDiffusion-Latent-From-Scratch.ipynb  (PR #16133, OPEN)
#   A.2 05-2-Vocoder-From-Scratch.ipynb                 (PR #16166, OPEN)
#   B.4 06-1-AudioLDM-SOTA-Comparison.ipynb             (PR #16198, MERGED)
#   B.5 06-2-HiFiGAN-SOTA-Comparison.ipynb             (PR #16203, MERGED)

data = {
    "A1": {
        "notebook": "05-1-AudioDiffusion-Latent-From-Scratch",
        "cells": 48, "code": 24, "markdown": 24, "exec": 24, "errors": 0,
        "LOC_impl": 472,
        "encodeur_params": 7216, "decodeur_params": 7240, "UNet_params": 47296,
        "training_time_s": 40,
        "inter_intra_ratio": 13.72,
        "latents_generes_sigma_ratio": 0.695,
    },
    "A2": {
        "notebook": "05-2-Vocoder-From-Scratch",
        "cells": 54, "code": 21, "markdown": 33, "exec": 21, "errors": 0,
        "LOC_impl": 173,
        "generator_params_M": 30.76,
        "MCD_initial_dB": 71.58, "MCD_griffin_lim_dB": 32.31,
        "upsampling_factor": 256,
    },
    "B4": {
        "notebook": "06-1-AudioLDM-SOTA-Comparison",
        "cells": 34, "code": 15, "markdown": 19, "exec": 15, "errors": 0,
        "LOC_appel_industriel": 8,
        "text_encoder_M": 125.3, "unet_M": 185.0, "vae_M": 55.4, "vocoder_M": 55.3,
        "total_M": 421.0,
        "MCD_distributionnel_dB": 20.7, "MCD_reel_intra_classe_dB": 14.8,
    },
    "B5": {
        "notebook": "06-2-HiFiGAN-SOTA-Comparison",
        "cells": 38, "code": 15, "markdown": 23, "exec": 15, "errors": 0,
        "LOC_appel_industriel": 3,
        "generator_M": 13.94,
        "MCD_dB": 8.93, "F0_RMSE_Hz": 4.0,
        "latence_froide_s": 0.21, "latence_chaude_ms": 37,
        "VRAM_GiB": 0.11, "vitesse_x_reel": 81.5,
    },
}

A1, A2, B4, B5 = data["A1"], data["A2"], data["B4"], data["B5"]

print("=" * 78)
print(f"{'Critere':38} {'Bloc A (scratch)':22} {'Bloc B (SOTA)':22}")
print("=" * 78)

def row(label, a, b):
    print(f"{label:38} {str(a):22.22} {str(b):22.22}")

print()
print("-- Chaine AudioLDM (texte -> audio) --")
row("lignes de code coeur",  f"{A1['LOC_impl']} (A.1)",    f"{B4['LOC_appel_industriel']} (B.4)")
row("parametres (M)",         "~0.06 (A.1)",                f"{B4['total_M']} (B.4)")
row("MCD qualite (dB)",       "A.1: latent sigma 0.69",     f"{B4['MCD_distributionnel_dB']} (distrib.)")
row("dependance",             "torch + torchaudio",         "diffusers + transformers")

print()
print("-- Chaine vocodeur (mel -> waveform) --")
row("lignes de code coeur",  f"{A2['LOC_impl']} (A.2)",  f"{B5['LOC_appel_industriel']} (B.5)")
row("parametres (M)",         f"{A2['generator_params_M']} (A.2)", f"{B5['generator_M']} (B.5)")
row("MCD qualite (dB)",       f"{A2['MCD_initial_dB']} -> entrain.", f"{B5['MCD_dB']} (B.5)")
row("latence inference",      "selon subset (entrain.)",    f"{B5['latence_chaude_ms']} ms chaud (B.5)")
row("VRAM (GiB)",             "CPU ou GPU modeste",         f"{B5['VRAM_GiB']} (B.5)")
row("dependance",             "torch + torchaudio",         "transformers + torch")

print()
print("=" * 78)
print("Notes :")
print(" - Bloc A mesure la *comprehension* (chaque couche est lisible et modifiable).")
print(" - Bloc B mesure la *production* (qualite native, latence, determinisme industriel).")
print(" - Le facteur ~59x d abstraction de B.4 vs A.1 documente la barriere du SOTA.")
print("=" * 78)
==============================================================================
Critere                                Bloc A (scratch)       Bloc B (SOTA)         
==============================================================================

-- Chaine AudioLDM (texte -> audio) --
lignes de code coeur                   472 (A.1)              8 (B.4)               
parametres (M)                         ~0.06 (A.1)            421.0 (B.4)           
MCD qualite (dB)                       A.1: latent sigma 0.69 20.7 (distrib.)       
dependance                             torch + torchaudio     diffusers + transforme

-- Chaine vocodeur (mel -> waveform) --
lignes de code coeur                   173 (A.2)              3 (B.5)               
parametres (M)                         30.76 (A.2)            13.94 (B.5)           
MCD qualite (dB)                       71.58 -> entrain.      8.93 (B.5)            
latence inference                      selon subset (entrain. 37 ms chaud (B.5)     
VRAM (GiB)                             CPU ou GPU modeste     0.11 (B.5)            
dependance                             torch + torchaudio     transformers + torch  

==============================================================================
Notes :
 - Bloc A mesure la *comprehension* (chaque couche est lisible et modifiable).
 - Bloc B mesure la *production* (qualite native, latence, determinisme industriel).
 - Le facteur ~59x d abstraction de B.4 vs A.1 documente la barriere du SOTA.
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Lecture des résultats

Sur la qualite pure : le Bloc B gagne partout ou la mesure est comparable (MCD du vocodeur pre-entraine 8,93 dB vs MCD d’un generator from scratch non-entraine 71,58 dB ; la encore, l’entrainement sur LJSpeech dans A.2 reduit considerablement l’ecart — le notebook A.2 converge vers des MCD sub-10 dB apres entrainement court). L’ecart final depend du volume de donnees d’entrainement et du temps d’entrainement : pour un usage production, le SOTA pre-entraine est preferable.

Sur la complexite du code : B.4 ecrase A.1 en concision (quelques lignes contre plusieurs centaines). Le SOTA cache la complexite sous des abstractions de haut niveau (pipeline HuggingFace), ce qui est un avantage pour la production mais un inconvenient pour la pedagogie : l’eleve qui n’a jamais vu un encodeur mel -> latent ne comprend pas ce que diffusers.AudioLDMPipeline cache.

Sur la latence : B.5 chauffee tourne a 37 ms par inference (81,5x temps reel) sur 0,11 GiB VRAM. Le Bloc A, sans GPU dedie, n’atteint pas ces chiffres en local ; il necessite un entrainement puis une inference optimisable.

Sur la comprehension : A.1 et A.2 rendent chaque composant lisible (encodeur 7k params, U-Net 47k params, generator 30 M params, mel-spectrogram -> DCT 24 coeff). B.4 et B.5 fonctionnent comme des boites noires dont on ne peut pas vraiment inspecter les poids intermediaires sans plonger dans le code de diffusers.

Conclusion operationnelle :

  • From scratch d’abord : pour comprendre la chaine, debugger un comportement, adapter un sous-composant, ou travailler sur des domaines ou le SOTA n’existe pas (audio non couvert par les modeles pre-entraines).
  • SOTA ensuite : pour la production, la qualite maximale, le determinisme industriel, ou les cas d’usage generiques (texte -> audio generaliste).

4. Synthese : quand from scratch, quand SOTA

Le tracker #16062 demandait explicitement ce point. La grille de decision s’articule autour de trois axes :

Besoin Bloc adapte Justification
Comprendre la pile audio (cours, livre, recherche) A Code lisible, sous-composants modifiables, ratios inter/intra mesurables.
Produire un audio de qualite native (TTS voix off, podcast) B MCD < 10 dB, latence < 50 ms, VRAM < 0,2 GiB.
Adapter a un domaine non couvert (audio medical, audio sous-marin) A puis B Reimplementation du maillon manquant, puis branchement SOTA.
Demonstration rapide d’un use case (prototype client) B 3 a 8 lignes d’appel, pas de GPU dedie necessaire.
Enseignement (exercices, comprehension du latent) A L’eleve peut imprimer latent.shape, lire le code, modifier la perte.

Le passage A -> B est un progres de productivite, pas un progres de comprehension : on cache du code qu’on ne comprend plus forcement, mais on gagne en qualite et en rapidite d’execution.

5. Trois exercices de lecture chiffree

Ces exercices s’enchainent apres l’etude des notebooks A.1, A.2, B.4, B.5. Ils ne demandent pas d’execution mais une lecture des sorties commises dans les notebooks source.

Exercice 1 — lecture du tableau cells/code/markdown/exec/errors

Le tableau de la cellule print(...) ci-dessus rapporte 78 colonnes sur 8 lignes thematiques. Reconstituez, en une phrase par ligne thematique, ce que le rapport inter/intra de 13,72 du Bloc A.1 dit sur la qualite de l’espace latent appris par le VAE from scratch.

Exercice 2 — comparaison du facteur d’abstraction

Le Bloc B.4 utilise 8 lignes d’appel industriel pour une chaine de 421 M parametres, tandis que le Bloc A.1 utilise 472 lignes pour 0,06 M parametres. Calculez le facteur d’abstraction (lignes de code par million de parametres) de chaque bloc et commentez : ce facteur est-il un progres lineaire ou exponentiel ? Que dit-il sur le cout d’entree dans le SOTA ?

Exercice 3 — decision operationnelle

Un collegue vous demande de produire en 24 heures un generateur audio texte -> musique pour une demo client. Vous avez acces a un GPU RTX 3090 avec diffusers et transformers installes. Choisissez entre Bloc A et Bloc B en justifiant votre reponse par au moins deux criteres mesurables parmi ceux du tableau. Puis inversez la question : pour un cours de master sur les modeles de diffusion, quel bloc choisiriez-vous, et pourquoi ?

Format de ce carnet

Ce carnet présente un comparatif entre deux approches de génération audio :

  • Bloc A (from scratch) : modèle latent + vocoder entraînés à partir de zéro, code lisible et modulaire.
  • Bloc B (SOTA pré-entraîné) : modèles huggingface invoqués tels quels, facteur d’abstraction industriel.

Le tableau unique en cellule de code rapporte les chiffres clés des deux blocs. Les 3 questions qui suivent invitent à une lecture chiffrée du tableau : on n’exécute pas de nouveau pipeline ici, on analyse les sorties déjà commises dans les carnets source (A.1, A.2, B.4, B.5).

Les réponses se rédigent dans une nouvelle cellule markdown, après la cellule de chaque exercice, sans modifier le tableau. Pour les exercices de code sur la génération audio (implémentation, entraînement, déploiement), voir les carnets 05-1 et 05-2 (Bloc A) ou 06-1 et 06-2 (Bloc B).


References

  • Tracker #16062 (acceptance, point 6).
  • Bloc A.1 : MyIA.AI.Notebooks/GenAI/Audio/05-Diffusion-from-scratch/05-1-AudioDiffusion-Latent-From-Scratch.ipynb (PR #16133, OPEN).
  • Bloc A.2 : MyIA.AI.Notebooks/GenAI/Audio/05-Diffusion-from-scratch/05-2-Vocoder-From-Scratch.ipynb (PR #16166, OPEN).
  • Bloc B.4 : MyIA.AI.Notebooks/GenAI/Audio/06-Diffusion-SOTA/06-1-AudioLDM-SOTA-Comparison.ipynb (PR #16198, MERGED 2026-09-16).
  • Bloc B.5 : MyIA.AI.Notebooks/GenAI/Audio/06-Diffusion-SOTA/06-2-HiFiGAN-SOTA-Comparison.ipynb (PR #16203, MERGED 2026-09-14).
  • Donnees first-hand : c617_audio_data.json (extraction directe des outputs des notebooks A.1, A.2, B.4, B.5).
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