Numérisation de l’information Programme officiel

http://yb-isn.fr/ts/?p=298

ou édumédia

1) Signal analogique ou numérique

1-1) Qu’est ce qu’un signal ? Le terme signal vient du génie électrique .C’est une grandeur physique mesurable par un capteur, pouvant varier avec le temps. Ce terme désigne une grande variété de signaux physiques, comme le son les signaux radars ou bien les images et les vidéos. Le signal de sortie du capteur étant souvent une tension électrique, on obtient une courbe avec t en abscisse et U (en Volt) en ordonnée.

1-2) Signal analogique Un signal analogique est un signal qui varie de façon continue au cours du temps. exemples : la pression atmosphérique Le signal reçu par un microphone

1-3) Signal numérique

1-4) Le langage binaire

3 2 1 « dizaines » 0 « unités »

1000=103 100=10

2 10=10

1 1=10

0

8=23 4=2

2 2=2

1 1=2

0

Un signal numérique est un signal qui varie de façon discrète (discontinue) dans le temps. C'est une succession de 0 et de 1, Appelés bits. On dit que le signal est codé en binaire.

12310=3*1+2*10+1*100

1012=1*1+0*2+1*4=5

Vérifier avec la calculatrice de windows en mode programmeur

http://www.edumedia-sciences.com/fr/v15-convertisseur-analogique-numerique

2) De l’analogique au numérique

La conversion analogique numérique peut être divisée en trois étapes : L’échantillonnage temporel, la quantification et le codage.

2-1) convertisseur analogique numérique La transformation d'un signal analogique en signal numérique est appelée conversion numérique ou numérisation. Un signal analogique, pour être converti en signal numérique par un convertisseur analogique numérique (CAN).

Exemple1 : carte son

Exemple 2

2-2) échantillonage La première étape de numérisation consiste à mesurer l’amplitude du signal (en Volt) à intervalles de temps réguliers : c'est l'échantillonnage. Sur le logiciel audacity on vous propose les 2 réglages suivants :

L'échantillonnage consiste à prélever périodiquement (Te) des échantillons d'un signal analogique selon une période que l'on appellera période d'échantillonnage.

fe est la fréquence d’échantillonnage :

.

Plus la fréquence d'échantillonnage utilisée sera grande, plus les mesures seront fidèles au signal original. Problème : plus la fréquence d’échantillonnage est grande plus le nombre d’échantillons est important. Théorème de Shannon : Fe > 2fmax

sons audibles 20<f<20000Hz fmax =20000Hz Fe >40000Hz Norme CD audio 44100Hz

Voix 300<f<3000Hz fmax=3000Hz Fe >6000Hz Norme : 8000Hz

2-3) résolution Les convertisseurs ne sont pas parfaits : il existe des variations de tension que les CAN ne détecteront pas. La plus petite variation de tension analogique que peut repérer un CAN est appelée la résolution ou le pas du convertisseur. Elle dépend du calibre et du nombre de bits utilisés pour la conversion.

Exemple : sur le calibre -5/+5V calibre =10V La carte sysam numérise sur 12 bits

On peut donc coder valeurs : 4096 valeurs

Une tension mesurée entre -5 et +5V est codée en binaire par un nombre compris entre 0 et 4095

activité Un signal sonore enregistré sur audacity en 8bit a des valeurs comprises entre -1 et +1 . 1) Déterminer la résolution de cette conversion. Ci-dessous une mesure effectuée sur regressi avec deux échantillons sont consécutifs. 2) Trouver la fréquence d’échantillonnage. 3) Comparer l’écart avec la valeur de la résolution calculée

2-4) quantification La quantification consiste à affecter une valeur numérique binaire la plus proche à chaque mesure effectuée. Cette affectation entraine une erreur qui dépend de la résolution du convertisseur et de la fréquence d’échantillonnage.

Sur le fichier son enregistré en 8 bit on voit clairement la quantification

Numérisation de l’information Programme officiel

http://yb-isn.fr/profisn/spc/2013/04/11/analogique-ou-numerique/

ou édumédia

1) Signal analogique ou numérique

1-1) Qu’est ce qu’un signal ? Le terme signal vient du génie électrique .C’est une grandeur physique mesurable par un capteur, pouvant varier avec le temps. Ce terme désigne une grande variété de signaux physiques, comme le son les signaux radars ou bien les images et les vidéos. Le signal de sortie du capteur étant souvent une tension électrique, on obtient une courbe avec t en abscisse et U (en Volt) en ordonnée.

1-2) Signal analogique Un signal analogique est un signal qui varie de façon continue au cours du temps. exemples : la pression atmosphérique Le signal reçu par un microphone

1-3) Signal numérique

Un signal numérique est un signal qui varie de façon discrète (discontinue) dans le temps. C'est une succession de 0 et de 1, Appelés bits. On dit que le signal est codé en binaire.

1-4) Le langage binaire

3 2 1 « dizaines » 0 « unités »

1000=103 100=10

2 10=10

1 1=10

0

8=23 4=2

2 2=2

1 1=2

0

12310=3*1+2*10+1*100

1012=1*1+0*2+1*4=5

Vérifier avec la calculatrice de windows en mode programmeur

http://www.edumedia-sciences.com/fr/v15-convertisseur-analogique-numerique

2) De l’analogique au numérique La conversion analogique numérique peut être divisée en trois étapes : L’échantillonnage temporel, la quantification et le codage.

2-1) convertisseur analogique numérique La transformation d'un signal analogique en signal numérique est appelée conversion numérique ou numérisation. Un signal analogique, pour être converti en signal numérique par un convertisseur analogique numérique (CAN).

Exemples : carte son , carte vidéo ,de nombreux circuits intégrés

Carte sysam sp5 : voir tp

2-2) échantillonage La première étape de numérisation consiste à mesurer l’amplitude du signal (en Volt) à intervalles de temps réguliers : c'est l'échantillonnage. L'échantillonnage consiste à prélever périodiquement (Te) des échantillons d'un signal analogique selon une période que l'on appellera période d'échantillonnage.

fe est la fréquence d’échantillonnage :

.

Plus la fréquence d'échantillonnage utilisée sera grande, plus les mesures seront fidèles au signal original. Problème : plus la fréquence d’échantillonnage est grande plus le nombre d’échantillons est important. Théorème de Shannon : Fe > 2fmax

sons audibles 20<f<20000Hz fmax =20000Hz Fe >40000Hz Norme CD audio 44100Hz

Voix 300<f<3000Hz fmax=3000Hz Fe >6000Hz Norme : 8000Hz

2-3) résolution Les convertisseurs ne sont pas parfaits : il existe des variations de tension que les CAN ne détecteront pas. La plus petite variation de tension analogique que peut repérer un CAN est appelée la résolution ou le pas du convertisseur. Elle dépend du calibre et du nombre de bits utilisés pour la conversion.

Exemple : sur le calibre -5/+5V calibre =10V La carte sysam numérise sur 12 bits

On peut donc coder valeurs : 4096 valeurs

Une tension mesurée entre -5 et +5V est codée en binaire par un nombre compris entre 0 et 4095

2-4) quantification La quantification consiste à affecter une valeur numérique binaire la plus proche à chaque mesure effectuée. Cette affectation entraine une erreur qui dépend de la résolution du convertisseur et de la fréquence d’échantillonnage.

3) Cas des images numériques Il y a deux types d’images :

bitmap(ou matricielles)

vectorielle. Les images bitmap sont définies comme un ensemble de points appelés pixels. Exemples jpeg ,bmp, png ,gif Les images vectorielles sont définies comme un ensemble de formes géométriques simples. Exemples : wmf,ai,svg,eps Avantage : la qualité de l’image n’est pas modifiée par agrandissement et le fichier est léger. Inconvénient :l’image ne doit pas être compliquée

<---Image au format eps insérée et agrandie.

Image format bmp insérée et agrandie

3-1) Caractéristiques d’une image bitmap

Définition : Hauteur (112) et largeur (82) données en pixels Chaque pixel est codé sur 32bit profondeur 32 bit Taille ou Poids 36792 octets Nombre de pixels : 112x82 =9184 pixels 9184x32=293888bit 1octet= 8 bit 293888/8=36736octets

3-2) cas du codage RVB Caractéristiques d’une image Exemple : un carré cyan réalisé avec photofiltre

Un pixel est codé en 3 sous pixels :

R pour rouge

V pour vert

B pour Bleu On utilise donc la synthèse additive des couleurs. Le gris s’obtient avec 3 valeurs identiques pour les trois couleurs primaires. Le carré cyan précédent est transformé en niveaux de gris par photofiltre.

Un sous pixel est codé sur 8bit soit 256 couleurs (de 0 à 255).

28=256 On dispose au total d’une palette de 16 millions de couleurs. 256x256x256=224=16x106

Le pixel est donc codé sur 24 bit. On voit bien sur les caractéristiques de l’image une profondeur de 24 bit.

Exercice page 536

Chaine de transmission de l’information

1) La chaine de transmission Voir activité 1 : pages 516 et 517

Généralisation

La chaine de transmission de l'information correspond à l'ensemble des éléments permettant de transférer des

informations d'un point à un autre.

2) Propagation libre ou guidée

La propagation du signal peut être libre ou guidée.

Propagation guidée: les signaux se propagent à travers une ligne de transmission (physique) entre

l'émetteur et le récepteur.

Exemples : Les câbles électriques, les fibres optiques. Les informations sont transmises sous forme d’ondes

électromagnétiques.

Propagation libre: les ondes hertziennes peuvent se déplacer dans toutes les directions.

Exemples : téléphonie, radio

3) Qualité de la transmission

Toute transmission de signal s'accompagne de perte d’énergie donc de puissance. L'atténuation A d'u signal se

propageant dans un câble ou une fibre optique est égale à:

Ps

PeA log.10

Pe: puissance fournie par l'émetteur en watt (W)

Ps: puissance reçue par le récepteur en watt (W)

A: atténuation en décibel (dB)

Le coefficient α d'atténuation linéique en décibel par mètre (dB.m-1

) pour une longueur de ligne L (en m)

L

Aα

A: atténuation en décibel (dB)

L: longueur du fil (m)

4) Stockage des données sur un disque optique Activités 3 ,4 et 5 pages544 à 546 Exercices n°30 page 558 n°23 page 555