Conversion Analogique / Numérique(CAN)

Numérisation du Signal

Audio-vidéo

Cette présentation reprend les notions de base :Signal analogique

Caractéristiques des signaux analogiquesÉchantillonnage du signal analogique Fréquence d’échantillonnage fs (ou fe)Théorème de Shannon / NyquistQuantification, quantification delta / sigmaCAN vidéo, influence du choix de fs

Objectif principal : Comprendre et évaluer les critères de conversion analogique/numérique

Objectif

Source documentaire :

Conclusion

Que représentent les signaux issus du micro et de la caméra analogique ?

1- Signal analogique

Source documentaire :

Micro

Oscilloscope

Signal audio

→→→→ variation continue de la tensionen fonction du temps

Caméraanalogique

Signal vidéo

→→→→ variation continue avec apparition d’une périodicité

Techniques AV et MM (Dunod)

Noter les différences de caractéristiques des signaux analogiques.

2- Caractéristiques des signaux analogiques

Source documentaire :

Signal audio Signal vidéo

Techniques AV et MM (Dunod)

Amplitude

Temps

Amplitude

Temps

0

0→→→→ Tension alternative →→→→ Tension positive

Encombrement spectral des signaux analogiques :Amplitude

Fréquence

16Hz 16kHz

fBas

se

Méd

ium

Aig

u

50Hz 6MHz(L)

fAplat del’image

Détails del’image

Amplitude

FréquenceYC

Quelle structure est la plus à même de produire l’horloge d’échantillonnage ?

3- Echantillonnage du signal analogique

Source documentaire :Techniques AV et MM (Dunod)

Cours de télévision (Dunod)

Échantillonner, c’est prélever des échantillons à des intervallesde temps réguliers.

Signal analogique

Horloge

Échantillons

Signal analogique

Horloge

Échantillons

L’opération d’échantillonnage doit être précise :- la fréquence de l’horloge doit être fixée avec précision- l’horloge ne doit pas comporter de gigue de phase (gitter)

Quelles fréquences d’horloge sont nécessaires à l’échantillonnage audio et vidéo ?Relever les fréquences d’échantillonnageet les applications AV correspondantes.

4- Fréquence d’échantillonnage fs (ou fe)

Source documentaire :Techniques AV et MM (Dunod)

Cours de télévision (Dunod)

Le contenu du signal analogique original est correctement saisi si le nombre des échantillons prélevés est suffisant.

Signal analogique

Horloge

Échantillons

Signal analogique

Horloge

Échantillons fs ou fe doit être :- au moins supérieure au double de la fréquence supérieure

fmax du signal analogique à échantillonner ; - fs (sampling frequency) ou fe > 2.fmax

On dispose alors d’au moins 2 échantillons / période du signal analogique

Horloge

Échantillonneur

Signal analogique

Quelles peuvent être les conséquences d’un mauvais réglage du filtre d’anti-recouvrement (anti-aliasing filter) ?

5- Théorème de Shannon / Nyquist

Source documentaire :Techniques AV et MM (Dunod)

Cours de télévision (Dunod)

L’analyse spectrale du signal échantillonné montre qu’il fautfs ou fe $$$$ 2fmax pour récupérer le signal.

Pour se prémunir des signaux HF perturbateurs qui risquent dese superposer au signal analogique utile, un filtre passe-basdoit être placé en entrée du circuit d’échantillonnage.

Signal analogique + bruit

Anti-aliasing filter

La fréquence d’échantillonnage fs (ou fe) étant choisie, la bande de fréquence correspondant à 2.fs est appelée bande de Nyquist. La bande passante occupée par le signal à numériser doit toujours êtreinférieure à 2.fs.

Échantillons

Discuter les éléments de quantification et le rapport signal sur bruit.

6- Quantification (linéaire)

Source documentaire :Techniques AV et MM (Dunod)

Cours de télévision (Dunod)

Chaque échantillon est maintenu puis quantifié.

HorlogeLa quantification (linéaire, LPCM) :- attribue une valeur (choisie dans une échelle)

à chaque échantillon.

L’erreur de quantification (bruit de quantification) dépend du pas de quantification

Qua

ntifi

catio

n

- introduit une erreur de quantification

000001010011100101110111

101

Le bruit de quantification diminue quand fs augmente

Définir le principe de fonctionnement d’un circuit de prédiction. Évaluer le principed’un codage différentiel. Quels sont les avantages d’un codage delta / sigma ?

7- Quantification delta / sigma

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Modulation delta (∆∆∆∆) Le codage sur un bit résulte de la comparaison de l’échantillon entrant avec l’échantillon précédent (codage différentiel).

Modulation ∆Σ∆Σ∆Σ∆Σ, démodulationAmélioration du codage ∆, ∆, ∆, ∆, il permet de mieux prendre en compte

les caractéristiques du signal audio, Le démodulateur ∆Σ∆Σ∆Σ∆Σ (lecteur SACD) est simplement réalisé à

partir d’un filtre passe-bas.

Quelles sont les conséquences de la réduction de la fréquence d’échantillonnage ?

8- CAN vidéo

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Influence du choix de la fréquence d’échantillonnage Les convertisseurs analogique/numériques (SDTV) fonctionnent

avec une fréquence d’échantillonnage de 13,5 MHz.

Réduction de la fréquence d’échantillonnage

9- Conclusion

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Évaluer les avantages liés à la numérisation du signal.

Montrer en quoi l’erreur relative, due à la quantification, est plus importante pour les signaux de faible amplitude.

Quel(s) avantage(s) y a-t-il à choisir une fréquence d’échantillonnage fs >> à la fréquence fmax analogique ?

Quelle(s) conséquence(s) sont liées à une diminution de fs ?

Dans une chaîne d’acquisition de données, comment est-il préférable d’implanter le CAN ?

Conclure

Cours de télévision (Dunod)

Fin

Merci de votre attention, …

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