INTRODUCTION AU TRAITEMENT NUMÉRIQUE DU SIGNAL
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- Nadine Bonnet
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1 3 INTODUCTION AU TAITEMENT NUMÉIQUE DU SIGNAL APEÇU DU CHAPITE 3 Concepts de base du traitement numérique du signal 3 Conversion de signaux analogiques sous forme numérique Méthodes de conversion analogique-numérique Processeur de signal numérique (DSP) Méthodes de conversion numérique-analogique OBJECTIFS DU CHAPITE Nommer les éléments essentiels d un système de traitement numérique du signal. Expliquer comment convertir des signaux analogiques sous forme numérique. Discuter du rôle du filtrage. Décrire un processus d échantillonnage. Expliquer l utilité d une conversion analogique-numérique. Décrire le fonctionnement d un convertisseur analogiquenumérique (CAN).
2 Discuter de concepts de base d un processeur de signal numérique (DSP). Décrire l architecture d un processeur de signal numérique. Nommer différentes fonctions effectuées par un processeur de signal numérique. Décrire l utilité d une conversion numérique-analogique. Décrire le fonctionnement d un convertisseur numériqueanalogique (CNA). TEMES CLÉS Convertisseur analogique-numérique (CAN) Processeur de signal numérique (DSP) Convertisseur numérique-analogique (CNA) Échantillonnage Fréquence de Nyquist Distorsion de repliement (aliasing) Quantification Cœur de DSP MIP/s Mégaflops MMAC/s Traitement pipeline Extraction Décodage Exécution INTODUCTION Le traitement numérique du signal est une technologie de pointe utilisée à vaste échelle dans nombre d applications comme dans les automobiles, les appareils domestiques, industriels, médicaux ou militaires, la reproduction d images, les télécommunications, l instrumentation et bien d autres. Le traitement numérique du signal fait appel aux mathématiques, à la programmation logicielle et à du matériel informatique de traitement pour manipuler des signaux analogiques. Il peut servir à améliorer la qualité d images, à compresser des données pour un stockage ou des transmissions plus efficaces, dans la synthèse de la parole, pour la reconnaissance vocale et ainsi de suite. Ce chapitre présente un aperçu des nombreuses possibilités du traitement numérique du signal. Une étude approfondie de ce sujet nécessiterait beaucoup plus qu un simple chapitre; c est pourquoi nous vous proposons une liste d ouvrages dédiés au traitement numérique du signal à la fin de ce chapitre. Vous pouvez également obtenir les données et fiches techniques des composants de la famille TMS3 sur le site Web de Texas Instruments à de même que sur des processeurs de signaux numériques à et CICUITS LOGIQUES À FONCTION FIXE ADC84 POCESSEUS DE SIGNAUX NUMÉIQUES TMS3C6xx TMS3C64xx TMS3C67xx 743
3 744 INTODUCTION AU TAITEMENT NUMÉIQUE DU SIGNAL 3 CONCEPTS DE BASE DU TAITEMENT NUMÉIQUE DU SIGNAL Le traitement numérique du signal permet de convertir des signaux captés sous leur forme analogique naturelle (sons, vidéo et informations de détecteurs) en données numériques et incorpore des techniques de correction et de modification des données de signaux analogiques pour différentes applications. Après l étude de cette section, vous pourrez Définir un convertisseur analogique-numérique (CAN) Définir un processeur de signal numérique (DSP) Définir un convertisseur numérique-analogique (CNA) Dessiner le schéma de principe d un système de traitement numérique du signal Un système de traitement numérique du signal convertit d abord des données analogiques en une suite de niveaux distincts. La forme graphique d une telle séquence de niveaux représentant les variations du signal analogique ressemble à un escalier, comme le montre la figure 3. Le processus de modification du signal analogique en une approximation «en escalier» est accompli par un circuit échantillonneur bloqueur. FIGUE 3 Signal analogique original (onde sinusoïdale) et son approximation «en escalier». Échantillon Maintien Chaque niveau maintenu est converti en un code binaire par le CAN. FIGUE 3 Schéma de principe d un système de traitement numérique du signal. L approximation en forme d escalier est ensuite quantifiée en une suite de codes binaires, où chacun de ces codes définit une marche particulière de l escalier, grâce à un processus appelé conversion analogique-numérique. Le circuit responsable de cette transformation est le convertisseur analogique-numérique (CAN). Une fois converti sous forme numérique, le signal analogique est dirigé vers un processeur de signal numérique (DSP). Un DSP peut effectuer différents traitements sur les données entrantes : élimination d interférences parasites, augmentation ou réduction en amplitude de certaines fréquences du signal, codage de données pour des transmissions plus sûres, détection et correction d erreurs dans les codes transmis et ainsi de suite. Un DSP peut servir, entre autres, à corriger des enregistrements sonores, à éliminer l effet d écho sur des lignes de communication, à augmenter la précision d images de tomodensitogrammes pour des diagnostics médicaux plus précis ou à brouiller les conversations au téléphone cellulaire pour le droit au domaine privé. Une fois traités par le DSP, les signaux peuvent être reconvertis en une version améliorée du signal analogique d origine par un convertisseur numérique-analogique (CNA). La figure 3 montre le schéma de principe d un système de traitement numérique du signal. En réalité, les DSP sont des microprocesseurs spécialisés, sensiblement différents des microprocesseurs d usage général. Contrairement à ces derniers qui fonctionnent avec des Signal analogique Filtre antirepliement Circuit échantillonneur bloqueur CAN DSP CNA Filtre de reconstruction Signal analogique corrigé
4 CONVESION DE SIGNAUX ANALOGIQUES SOUS FOME NUMÉIQUE 745 logiciels complexes afin d accomplir un grand nombre de tâches génériques, les processeurs de signaux numériques servent dans des applications spécialisées. Les DSP peuvent ainsi dévorer d imposantes quantités de nombres beaucoup plus rapidement et travailler en temps réel, en traitant les informations à mesure qu elles se produisent grâce à des algorithmes spéciaux. D une part, le convertisseur analogique-numérique (CAN) d un système doit être en mesure d échantillonner les données entrantes à une vitesse suffisante pour calquer toutes les variations importantes de l amplitude du signal. D autre part, le DSP doit être capable de suivre la vitesse d échantillonnage du CAN et accomplir ses calculs à une vitesse égale ou supérieure au flux de données échantillonnées qu il reçoit. Une fois traitées par le DSP, les données numériques sont dirigées vers un convertisseur numériqueanalogique (CNA) pour être reconverties sous forme analogique. SECTION 3 ÉVISION Les réponses se retrouvent à la fin du chapitre.. Qu est-ce qu un DSP?. Que signifie l abréviation CAN? 3. Que désigne l abréviation CNA? 4. Quel type de circuit peut transformer un signal analogique sous forme binaire? 5. Quel type de circuit peut transformer un signal numérique sous forme analogique? 3 CONVESION DE SIGNAUX ANALOGIQUES SOUS FOME NUMÉIQUE Avant de traiter des signaux à l aide de techniques numériques, il faut d abord convertir le signal analogique sous une forme numérique. Après l étude de cette section, vous pourrez Expliquer le processus de base de conversion d un signal analogique sous forme numérique Décrire l utilité d un circuit échantillonneur bloqueur Définir la fréquence de Nyquist Expliquer les causes de la distorsion de repliement (aliasing) et comment l éliminer Décrire le rôle d un convertisseur analogique-numérique (CAN) Filtrage et échantillonnage Les deux premiers blocs du schéma de principe de la figure 3 correspondent à un filtre anti-repliement et à un circuit échantillonneur bloqueur. Ce dernier circuit joue deux rôles, le premier étant l échantillonnage. L échantillonnage désigne le processus de capture d un nombre suffisant de valeurs discrètes en différents points d une forme d onde, afin de la représenter numériquement. Plus le nombre d échantillons est élevé, plus la forme d onde sera reproduite avec précision. L échantillonnage convertit ainsi un signal analogique en une suite d impulsions, où chacune d elles représente l amplitude du signal à un moment précis. La figure 33 illustre le principe de l échantillonnage. Avant d échantillonner un signal analogique, il faut respecter certains critères afin d obtenir une représentation fidèle du signal d origine. À l exception des ondes sinusoïdales pures, tout signal analogique se compose d un spectre de fréquences composites appelées harmoniques. Les harmoniques d un signal analogique sont en fait des ondes sinusoïdales, chacune d une fréquence et d une amplitude distincte. C est ainsi qu en combinant les harmoniques d une forme d onde périodique donnée, on peut obtenir le signal original. Cependant, tout signal à échantillonner doit d abord traverser un filtre passe-bas anti-repliement pour éliminer les harmoniques de fréquences supérieures à une certaine valeur nommée fréquence de Nyquist. Théorème de l échantillonnage Notez la présence de deux formes d ondes d entrée à la figure 33, l une représentant le signal analogique et l autre la forme d onde des impulsions d échantillonnage. L une des règles de l échantillonnage stipule que pour reproduire adéquatement un signal analogique, la vitesse d échantillonnage doit être
5 746 INTODUCTION AU TAITEMENT NUMÉIQUE DU SIGNAL FIGUE 33 Principe de l échantillonnage. Signal d entrée analogique Circuit d échantillonnage Impulsions d échantillonnage Version échantillonnée du signal d entrée supérieure au double de la composante de fréquence la plus élevée contenue dans le signal analogique, f a(max). En d autres termes, la fréquence analogique la plus élevée ne doit pas dépasser la moitié du taux d échantillonnage. L équation 3 donne le calcul pour la fréquence f a(max), connue sous le nom de fréquence de Nyquist. Équation 3 FIGUE 34 Analogie simple de la théorie de l échantillonnage. f échantillonnage f a(max) Pour mieux comprendre le théorème de l échantillonnage, nous pouvons faire appel à la simple analogie d une balle qui rebondit. Même si cette comparaison n offre pas une représentation très précise de l échantillonnage de signaux électriques, elle permet d illustrer le principe de base. Si vous prenez une seule photo (échantillon) d une balle alors qu elle rebondit, comme le montre la figure 34 a), vous pouvez voir qu elle est suspendue au-dessus du sol, mais vous ne pouvez rien déduire de son parcours. Il vous est impossible de déterminer si la balle monte ou descend, ni deviner la courbe de son bond. Maintenant, si vous photographiez cette balle à deux intervalles égaux pendant qu elle rebondit comme à la partie b), vous obtenez un minimum d informations sur son mouvement, mais aucune indication sur la courbe de son bond. Ici, vous pourriez déduire que la balle demeure à une certaine hauteur d une photo à l autre et que sa hauteur maximale est sans doute supérieure à ce que vous apercevez sur chaque photographie. Enfin, si vous photographiez cette balle quatre fois comme à la partie c), vous pouvez commencer à voir plus clairement la véritable trajectoire de la balle alors qu elle rebondit. En conséquence, plus vous prenez de photos (échantillons), plus il vous est facile de déterminer le parcours de la balle lors de son bond. a) Échantillon unique du saut d une balle. b) Deux échantillons d une balle pendant son saut donne un minimum d informations sur son déplacement, sans toutefois décrire clairement son parcours. c) Quatre échantillons d une balle alors qu elle rebondit crée une image plus précise de sa véritable trajectoire.
6 CONVESION DE SIGNAUX ANALOGIQUES SOUS FOME NUMÉIQUE 747 Nécessité du filtrage Il est essentiel de traiter un signal analogique avec un filtre passebas pour extirper les composantes (harmoniques) de fréquences supérieures à la fréquence de Nyquist, afin d éviter de générer une distorsion de repliement ou aliasing. Un alias désigne un signal parasite qui se produit lorsque le taux d échantillonnage est inférieur au double de la fréquence du signal échantillonné. Comme la fréquence d un alias est inférieure à la fréquence la plus élevée du signal échantillonné, elle se retrouve dans le spectre de fréquences du signal analogique et cause inévitablement une distorsion. Le terme alias découle du fait que ce genre de signal parasite «se fait passer» pour une composante du signal d origine, alors qu en réalité il ne doit pas en faire partie. Un autre moyen de visualiser la distorsion de repliement est de considérer que les impulsions d échantillonnage produisent un spectre de fréquences harmoniques au-dessus et au-dessous du taux d échantillonnage, comme le montre la figure 35. Si le signal analogique contient des fréquences supérieures à la fréquence de Nyquist, elles empiéteront sur le spectre de la forme d onde échantillonnée et créeront des interférences. Les composantes de basses fréquences de la forme d onde d échantillonnage, ainsi mélangées avec le spectre de la forme d onde analogique, génèrent une condition d aliasing. Spectre non filtré des fréquences analogiques Spectre du signal d échantillonnage FIGUE 35 Illustration d une situation où f échantillonnage < f a(max). L empiétement cause de la distorsion de repliement f échantillonnage f Un filtre passe-bas anti-repliement doit être utilisé afin de limiter le spectre des fréquences du signal analogique à un taux d échantillonnage donné. Pour éviter une condition d aliasing, le filtre doit au moins éliminer toutes les fréquences analogiques supérieures à la fréquence minimale du spectre d échantillonnage, comme le montre la figure 36. On peut également contourner la distorsion de repliement en augmentant suffisamment la fréquence d échantillonnage. Toutefois, le taux d échantillonnage maximal est habituellement limité par la performance du convertisseur analogique-numérique (CAN) utilisé. Spectre filtré des fréquences analogiques Spectre du signal d échantillonnage FIGUE 36 En utilisant un filtre passe-bas, les spectres du signal analogique et du signal d échantillonnage ne se chevauchent plus, pour ainsi éliminer la distorsion de repliement. f échantillonnage f Application Un exemple d application d échantillonnage se retrouve dans les chaînes audionumériques, qui emploient des taux d échantillonnage de 3 khz, 44, khz et 48 khz (nombre d échantillons par seconde). Quoique le taux de 48 khz demeure le plus commun, la vitesse d échantillonnage de 44, khz sert pour les CD audio et les bandes préenregistrées. Suivant le principe de la fréquence de Nyquist, le taux d échantillonnage doit être supérieur au double de la fréquence la plus élevée du signal audio. Par conséquent, le taux de 44, khz utilisé pour les CD permet de capturer des fréquences jusqu à khz, une limite supérieure à la norme de khz commune à la majorité du matériel audio. De nombreuses applications ne requièrent pas une réponse en fréquence très large pour obtenir une reproduction sonore acceptable. Par exemple, puisque la voix humaine contient
7 INTODUCTION AU TAITEMENT NUMÉIQUE DU SIGNAL quelques harmoniques au-dessus de khz, elle requiert normalement un taux d échantillonnage d au moins khz. Toutefois, on peut aisément comprendre une conversation lorsque le spectre de fréquences est limité à 4 khz (avec idéalement un taux d échantillonnage de 8 khz). Si par contre le signal sonore n est pas échantillonné à un taux suffisamment élevé, le niveau de distorsion de repliement devient trop prononcé. Maintien de la valeur échantillonnée Le maintien est l une des tâches accomplies par le circuit échantillonneur bloqueur, illustré plus tôt dans le schéma de principe de la figure 3. Après avoir été filtré et capturé, le niveau échantillonné doit être maintenu à une valeur constante jusqu à la prise de l échantillon suivant, de manière à ce que le CAN dispose du temps requis pour traiter la valeur échantillonnée. Cette opération d échantillonnage et de maintien crée une onde en forme d escalier, c est-à-dire une approximation de la forme d onde d entrée analogique, comme le montre la figure 37. Version échantillonnée du signal d entrée Échantillonnage Maintien Échantillonneur bloqueur Approximation du signal d entrée par le circuit échantillonneur bloqueur FIGUE 37 Fonctionnement d un circuit échantillonneur bloqueur. Conversion analogique-numérique Une conversion analogique-numérique est un traitement qui consiste à convertir la sortie d un circuit échantillonneur bloqueur en une suite de codes binaires représentant l amplitude de l entrée analogique liée à chaque échantillon. Comme un échantillonneur bloqueur garde l amplitude de l entrée analogique à un niveau constant entre les impulsions d échantillonnage, la conversion analogique-numérique peut être accomplie à partir d une valeur constante et non en suivant les variations du signal analogique durant chaque intervalle de conversion, soit entre les impulsions d échantillonnage. Le fonctionnement de CAN FIGUE 38 Fonctionnement de base d un convertisseur analogique-numérique (CAN). L illustration montre des codes binaires et un nombre de bits arbitraires, ainsi que la forme d onde de sortie du CAN qui représente ces codes.
8 CONVESION DE SIGNAUX ANALOGIQUES SOUS FOME NUMÉIQUE 749 base d un convertisseur analogique-numérique (CAN) est illustré à la figure 38, où les lignes pointillées désignent les intervalles d échantillonnage. Quantification Le processus de conversion d une valeur analogique en un code numérique s appelle quantification. Durant cette action, le CAN convertit chaque valeur échantillonnée du signal analogique en code binaire. Plus le nombre de bits utilisé pour représenter chaque valeur est élevé, plus la reproduction est conforme à l original. La figure 39 illustre ce principe avec la quantification d une forme d onde analogique avec deux bits, c est-à-dire sur quatre niveaux. Notez que chaque niveau de quantification correspond à un code de deux bits sur l axe vertical, avec chaque intervalle d échantillonnage inscrit sur l axe horizontal. Le tableau 3 résume ce processus de quantification sur deux bits. Niveau de quantification (code) 3 () FIGUE 39 Forme d onde de sortie d un circuit échantillonneur bloqueur avec quatre niveaux de quantification. La courbe représente la forme d onde analogique originale. () () () Intervalles d échantillonnage INTEVALLE NIVEAU DE CODE D ÉCHANTILLONNAGE QUANTIFICATION TABLEAU 3 Quantification sur deux bits de la forme d onde de la figure 39. Si nous voulons imiter l action d un convertisseur numérique-analogique (CNA) en reprenant les codes numériques de deux bits résultants pour reconstruire la forme d onde originale, nous obtiendrions la forme d onde illustrée à la figure 3. Comme vous pouvez le voir, une précision de seulement deux bits donne une reproduction peu fidèle des valeurs échantillonnées.
9 75 INTODUCTION AU TAITEMENT NUMÉIQUE DU SIGNAL FIGUE 3 Forme d onde de la figure 39 reconstruite avec une quantification sur quatre niveaux (deux bits). La courbe représente la forme d onde analogique originale. Valeurs binaires Intervalles d échantillonnage Examinons maintenant comment l usage d un plus grand nombre de bits peut améliorer la précision. La figure 3 illustre la même forme d onde, mais reproduite cette fois sur seize niveaux distincts (quatre bits). Le tableau 3 résume cette quantification sur quatre bits. FIGUE 3 Forme d onde de sortie d un circuit échantillonneur bloqueur avec seize niveaux de quantification. La courbe représente la forme d onde analogique originale. Niveau de quantification (code) 5 () 4 () 3 () () () () 9 () 8 () 7 () 6 () 5 () 4 () 3 () () () () Intervalles d échantillonnage TABLEAU 3 Quantification sur quatre bits de la forme d onde de la figure 3. INTEVALLE NIVEAU DE CODE D ÉCHANTILLONNAGE QUANTIFICATION
10 MÉTHODES DE CONVESION ANALOGIQUE-NUMÉIQUE 75 Si nous reprenions les codes numériques de quatre bits résultants pour reconstruire la forme d onde d origine, nous obtiendrions la forme d onde illustrée à la figure 3. Vous constatez ici que le résultat est beaucoup plus proche de la forme d onde originale, comparativement à la quantification à quatre niveaux de la figure 3. L emploi d un plus grand nombre de bits pour la quantification assure donc une reproduction plus fidèle. La précision de la plupart des CAN à CI varie de huit à 4 bits. En outre, certains circuits comportent même une fonction d échantillonneur bloqueur. Valeurs binaires Intervalles d échantillonnage FIGUE 3 Forme d onde de la figure 3 reconstruite avec une quantification sur seize niveaux (quatre bits). La courbe représente la forme d onde analogique originale. SECTION 3 ÉVISION. Que signifie le terme échantillonnage?. Pourquoi faut-il maintenir le niveau d une valeur échantillonnée? 3. Si la composante de fréquence la plus élevée d un signal analogique est de khz, quel est le taux d échantillonnage minimal? 4. Que signifie le terme quantification? 5. Quel paramètre détermine la précision d une quantification? 33 MÉTHODES DE CONVESION ANALOGIQUE-NUMÉIQUE Nous avons vu qu une conversion analogique-numérique permet de convertir une quantité analogique sous forme numérique. Ce processus est requis pour transformer des données mesurées en codes numériques, avant de les traiter ou de les stocker. Cette section présente divers types communs de CAN. Nous examinons aussi deux importants paramètres des CAN : la résolution, qui désigne le nombre de bits, et la capacité de traitement, c est-à-dire le taux d échantillonnage qu un CAN peut supporter. Après l étude de cette section, vous pourrez Décrire un amplificateur opérationnel (ampli-op) de base Expliquer comment utiliser un ampli-op comme amplificateur inverseur ou comme comparateur Décrire le fonctionnement d un CAN simultané Discuter de CAN à double pente Décrire le fonctionnement d un CAN à approximations successives Décrire un CAN deltasigma Discuter de la vérification d un CAN pour identifier un code manquant, un code inexact ou une erreur de décalage
11 75 INTODUCTION AU TAITEMENT NUMÉIQUE DU SIGNAL Vue d ensemble d un amplificateur opérationnel (ampli-op) Avant de commencer notre étude du convertisseur analogique-numérique (CAN), examinons brièvement un élément commun à la plupart des CAN et que l on retrouve aussi dans le convertisseur numérique-analogique (CNA) : l amplificateur opérationnel ou ampli-op. Un ampli-op est un amplificateur linéaire muni de deux entrées (l une inverseuse et l autre sans inversion) et une sortie. Un ampli-op se caractérise par un gain en tension très élevé, une impédance d entrée très élevée et une impédance de sortie très faible. La figure 33 a) montre le symbole d un ampli-op. La configuration permettant de faire fonctionner un ampliop comme un amplificateur inverseur est illustrée à la partie b). La résistance de rétroaction r et la résistance d entrée e déterminent le gain en tension conformément à la formule de l équation 3, où V sor /V en représente le gain en tension en boucle fermée. Une boucle fermée fait référence à une rétroaction produite par le réacheminement de la sortie vers l entrée par le biais de la résistance r. Le signe négatif indique une inversion. Équation 3 V sor V en =- r e Dans la configuration d amplificateur inverseur, la tension à l entrée inverseuse de l ampli-op est environ égale au potentiel de la masse ( V), puisque la rétroaction et le gain en boucle ouverte extrêmement élevé du composant limitent la tension différentielle entre les deux entrées à une valeur très faible. Comme l entrée sans inversion est branchée à la masse, l entrée inverseuse vaut à peu près V; c est ce qu on appelle la masse virtuelle. La figure 33 c) illustre la configuration d un ampli-op câblé pour fonctionner comme un comparateur, dans laquelle deux tensions sont appliquées aux entrées. Lorsque les niveaux de ces tensions diffèrent, même par une très faible quantité, l ampli-op est actionné dans l un ou l autre de ses états de saturation de sortie. Ces états produisent un niveau de sortie HAUT ou BAS, selon la tension d entrée la plus élevée. Entrée inverseuse Sortie Entrée sans inversion a) Symbole d un ampli-op V en e V r V sor eprésente l impédance d entrée interne élevée b) Ampli-op utilisé comme amplificateur inverseur, avec un gain égal à r / e V en V en V sor c) Ampli-op utilisé comme un comparateur FIGUE 33 Amplificateur opérationnel (ampli-op). Convertisseur analogique-numérique simultané (flash) La méthode de conversion simultanée ou flash utilise des comparateurs pour opposer la tension d entrée analogique à différentes tensions de référence. Lorsque la tension d entrée excède la tension de référence d un comparateur donné, un niveau HAUT est produit à sa sortie. La figure 34 illustre un convertisseur de trois bits utilisant sept circuits de comparateurs. Notez qu un comparateur n est pas requis pour la condition où il n y a que des zéros. Un convertisseur quatre bits de ce type nécessite donc quinze comparateurs. En général, il faut une quantité de comparateurs égale à n pour obtenir un code binaire composé de n bits. Le nombre de bits utilisé dans un CAN définit sa résolution. Le grand nombre de comparateurs nécessaires pour obtenir un nombre binaire de taille modeste demeure l un des inconvénients du CAN simultané. Son principal avantage réside dans son temps de conversion très rapide, en raison de sa capacité de traitement élevée. La tension de référence de chaque comparateur est déterminée par un circuit à diviseur de tension résistif. La sortie de chaque comparateur est connectée à l entrée d un codeur de priorité. Lorsqu une impulsion est produite à l entrée de validation, le codeur prend un échantillon et produit un code de trois bits proportionnel à la valeur de l entrée analogique. Ce code est déterminé par l entrée de poids le plus fort couramment au niveau HAUT.
12 MÉTHODES DE CONVESION ANALOGIQUE-NUMÉIQUE 753 V EF Comparateurs à ampli-op Entrée du circuit échantillonneur bloqueur Codeur de priorité VAL 4 D D D Sortie binaire parallèle Impulsions de validation FIGUE 34 CAN simultané de trois bits. La vitesse des impulsions d échantillonnage et le nombre de bits déterminent l exactitude avec laquelle la séquence de codes binaires représente la variation du signal à l entrée analogique du CAN. Il faut normalement une impulsion de validation pour chaque niveau échantillonné du signal d entrée. EXEMPLE 3 Déterminez le code binaire de sortie du CAN simultané de trois bits en réponse au signal analogique d entrée de la figure 35 et aux impulsions de validation du codeur illustrées. Pour cet exemple, V EF 8 V. FIGUE 35 Échantillonnage de valeurs sur une forme d onde pour une conversion en codes binaires. 8 7 V 6 Tension 5 d entrée 4 analogique 3 t Impulsions de validation
13 754 INTODUCTION AU TAITEMENT NUMÉIQUE DU SIGNAL Solution La séquence numérique résultante à la sortie est énumérée ci-dessous et illustrée sur le diagramme de formes d ondes de la figure 36 par rapport aux impulsions d échantillonnage.,,,,,,,,,,, Impulsions de validation D D D FIGUE 36 Sortie numérique résultante pour les valeurs du circuit échantillonneur bloqueur. La sortie D correspond au bit le moins significatif du code binaire de trois bits. Exercice connexe* Si la fréquence des impulsions de validation est diminuée de moitié à la figure 35, déterminez les nombres binaires représentés par la séquence numérique résultante de sortie pour six impulsions. Certaines informations sont-elles perdues? *Les réponses sont données à la fin du chapitre. Convertisseur analogique-numérique à double pente Le CAN à double pente est un convertisseur d usage répandu dans les multimètres numériques et autres appareils de mesure communs. Un intégrateur sert à générer la rampe à double pente. Le schéma de principe d un CAN à double pente est montré à la figure 37. FIGUE 37 CAN à double pente de base. Entrée analogique (V en ) C V EF INT A A Intégrateur (générateur Comparateur de rampes) HOLOGE emise à zéro n C Compteur Commande d interruption Logique de commande VAL Verrous D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 D D D Sortie binaire ou DCB
14 MÉTHODES DE CONVESION ANALOGIQUE-NUMÉIQUE 755 La figure 38 illustre une conversion à double pente. Supposons que le compteur est initialement à l état ESET et que la sortie de l intégrateur vaut zéro. Une tension d entrée positive est ensuite appliquée à l entrée via l interrupteur (INT), conformément à la V en I INT V EF Tension variable C V A A Intervalle fixe V t = n comptes Pente variable HOLOGE HAUT Logique de commande C n VAL Compte jusqu à n puis se réinitialise Verrous a) ampe allant vers le négatif à intervalle fixe, pendant laquelle le compteur compte jusqu à n. D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 D D D V en C INT V EF V V A A HOLOGE HAUT n C Compteur réinitialisé Logique de commande VAL Verrous b) Fin de l intervalle fixe, alors que le compteur émet une impulsion à la logique de commande pour connecter la tension V EF à l entrée. D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 D D D V en INT V EF I C V A A Temps variable HOLOGE n C Compte jusqu à ce que la rampe soit égale à V ampe à pente fixe Logique de commande VAL Compte chargé dans les verrous c) ampe allant vers le positif à pente fixe, pendant laquelle le compteur recommence à compter. Lorsque la rampe atteint V, le compteur s arrête et sa sortie est chargée dans les verrous. D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 D D D FIGUE 38 Conversion à double pente.
15 756 INTODUCTION AU TAITEMENT NUMÉIQUE DU SIGNAL sélection de la logique de commande. Comme l entrée inverseuse de A est au niveau de la masse virtuelle et que la tension V en demeure constante pendant un certain temps, le courant traversant la résistance d entrée et le condensateur C sera constant. Ce dernier se chargera de façon linéaire en raison de la constance du courant et produira une rampe de tension linéaire allant vers le négatif à la sortie de A, comme l illustre la figure 38 a). Lorsque le compteur atteint un compte particulier, il est réinitialisé et la logique de commande connecte la tension de référence négative V EF à l entrée de A, comme le montre la figure 38 b). À ce moment, le condensateur est chargé à une tension négative (V) proportionnelle à la tension analogique de l entrée. Ensuite, le condensateur commence à se décharger de façon linéaire en raison du courant constant de V EF, tel qu illustré à la figure 38 c). Ce déchargement linéaire produit une rampe allant vers le positif à la sortie de A,débutant à V et dont la pente constante est indépendante de la tension de charge. À mesure que le condensateur se décharge, le compteur amorce sa séquence à partir de l état ESET. Le temps de décharge du condensateur jusqu à dépend de la tension V initiale (proportionnelle à V en ), puisque le taux de déchargement (pente) est constant. Lorsque la tension de l intégrateur (A ) atteint zéro, le comparateur (A ) passe au niveau BAS et bloque le signal d horloge vers le compteur. Le compte binaire est alors verrouillé, ce qui complète un cycle de conversion. Le compte binaire est proportionnel à V en puisque le temps de déchargement du condensateur ne dépend que de la tension V. Convertisseur analogique-numérique à approximations successives La méthode de conversion analogique-numérique sans doute la plus répandue est celle par approximations successives. Elle est beaucoup plus rapide que les autres méthodes, à l exception de la méthode simultanée (flash). Le temps requis par ce type de conversion est toujours le même, peu importe la valeur de l entrée analogique. La figure 39 illustre le diagramme d ensemble d un CAN à approximations successives de quatre bits contenant un CNA (que nous étudierons à la section 35), un registre à approximations successives (AS) et un comparateur. Examinons maintenant son fonctionnement. Les bits d entrée du CNA sont validés (mis à l état ) un à la fois, en commençant par le bit le plus significatif (MSB). À mesure que chaque bit est validé, le comparateur produit une sortie indiquant si la tension analogique de l entrée est supérieure ou inférieure à la sortie du CNA. Si la sortie du CNA est plus élevée que l entrée analogique, la sortie du comparateur passe au niveau BAS et réinitialise le bit dans le registre. Si la sortie est inférieure à l entrée analogique, le bit égal à est conservé dans le registre. Le système V sor Convertisseur numériqueanalogique (CNA) D Signal d entrée Comparateur HOLOGE (MSB) D C AS (LSB) D D D 3 Sortie binaire série Sortie binaire parallèle FIGUE 39 CAN à approximations successives.
16 MÉTHODES DE CONVESION ANALOGIQUE-NUMÉIQUE 757 commence avec le bit le plus significatif et poursuit avec les bits des rangs décroissants suivants. Le cycle de conversion est complet lorsque tous les bits du CNA ont été traités. Afin de mieux comprendre le fonctionnement du CAN à approximations successives, examinons l exemple spécifique d une conversion de quatre bits. La figure 3 illustre la conversion étape par étape d une tension analogique constante à l entrée (dans le cas présent, 5, V). Supposons que le CNA possède les caractéristiques de sortie suivantes : V sor 8 V pour le bit de poids 3 (MSB), V sor 4 V pour le bit de poids, V sor V pour le bit de poids et V sor V pour le bit de poids (LSB). 5, V 8 V CNA 4 V CNA 3 3 5, V BAS D C 3 AS HAUT D C 3 AS a) Essai du MSB Bit réinitialisé b) Essai du bit de poids Bit conservé 5, V 6 V CNA 5 V CNA 3 3 5, V 3 BAS D C 3 AS 4 HAUT D C 3 AS c) Essai du bit de poids Bit réinitialisé d) Essai du LSB (conversion complétée) Bit conservé FIGUE 3 Conversion par approximations successives. La figure 3 a) illustre la première étape du cycle de conversion avec le bit de poids le plus fort (MSB) égal à. La sortie du CNA vaut 8 V. Comme cette tension est supérieure à l entrée analogique de 5, V, la sortie du comparateur passe au niveau BAS et réinitialise le MSB à dans le registre à approximations successives (AS). La figure 3 b) montre la deuxième étape du cycle de conversion avec le bit de poids égal à. Comme la tension de sortie du CNA de 4 V est inférieure à l entrée analogique de 5, V, la sortie du comparateur passe au niveau HAUT et ce bit est conservé dans le AS. La figure 3 c) illustre la troisième étape du cycle de conversion avec le bit de poids égal à. La sortie du CNA vaut 6 V car un est présent à l entrée du bit de poids et à l entrée du bit de poids :4 V V 6 V. Comme cette tension est supérieure à l entrée analogique de 5, V, la sortie du comparateur passe au niveau BAS et réinitialise ce bit à. La figure 3 d) montre la quatrième et dernière étape du cycle de conversion avec le bit de poids égal à. La sortie du CNA vaut 5 V, car un est présent à l entrée du bit de poids et à l entrée du bit de poids :4 V V 5 V. Le traitement de ces quatre bits complète ainsi le cycle de conversion. Le code binaire contenu dans le registre à ce moment est, c est-à-dire la valeur binaire approximative de l entrée analogique de 5, V. L ajout d un plus grand nombre de bits permettrait évidemment d obtenir un résultat plus précis. Un autre cycle de conversion peut maintenant s amorcer en répétant le même processus de base. Le AS est réinitialisé au début de chaque cycle.
17 758 INTODUCTION AU TAITEMENT NUMÉIQUE DU SIGNAL CONVETISSEU ANALOGIQUE-NUMÉIQUE ADC84 Le composant ADC84 est un exemple de CI contenant un CAN à approximations successives. La figure 3 montre son diagramme de base. Ce circuit fonctionne à partir d une tension d alimentation de 5 V et possède une résolution de huit bits avec un temps de conversion de µs. Il contient aussi un générateur de signal d horloge intégré. Les sorties de données sont à trois états et peuvent être mises en interface avec les bus d un système à microprocesseur. FIGUE 3 Convertisseur analogiquenumérique ADC84. CS D W ENTÉE HOLOGE Entrée analogique () () (3) (4) (6) V en (7) V en (9) EF/ V CC () ADC84 (5) (9) (8) (7) (6) (5) (4) (3) () () INT SOTIE HOLOGE D D D D Sorties 3 de données D 4 numériques D 5 D 6 D 7 (8) () MASSE analogique MASSE numérique Le fonctionnement du circuit ADC84 équivaut à celui d un réseau de CNA à 56 résistances. La logique par approximations successives traverse le réseau pour égaler la tension d entrée différentielle (V en V en ) en déterminant une sortie dans le réseau résistif. Le bit le plus significatif est testé en premier. Après huit comparaisons (64 périodes de signal d horloge), un code binaire de huit bits est transféré aux verrous de sortie et la sortie d interruption (INT) passe au niveau BAS. Le composant peut aussi fonctionner en mode libre en connectant la sortie INT à l entrée d écriture (W) et en maintenant la broche de démarrage de conversion (CS) à un niveau BAS. Pour démarrer le CI peu importe les conditions, on place un niveau BAS à l entrée W lorsque le composant est mis sous tension. Un niveau BAS subséquent sur CS interrompt le cycle de conversion. Lorsque l entrée W passe au niveau BAS, le registre à approximations successives (AS) et le registre à décalage de huit bits sont réinitialisés. Le CAN demeure à l état ESET aussi longtemps qu un niveau BAS est maintenu aux entrées CS et W. La conversion s amorce entre une et huit périodes de signal d horloge après la transition de niveau BAS à niveau HAUT de CS ou de W. Lorsqu un niveau BAS est appliqué aux entrées CS et D, le verrou de sortie à trois états est validé et le code de sortie est placé sur les lignes de D à D 7. Lorsque l une ou l autre des entrées CS ou D passe au niveau HAUT, les sorties de D à D 7 sont bloquées. Convertisseur analogique-numérique sigma-delta L appellation sigma-delta désigne une méthode de conversion analogique-numérique très répandue, surtout dans les télécommunications utilisant des signaux audio. Ce type de conversion emploie la modulation delta, qui quantifie la différence (augmentation ou diminution en amplitude) entre deux échantillons subséquents, au lieu d utiliser la valeur absolue des échantillons comme dans les autres techniques de conversion analogiquenumérique. La modulation delta est une méthode de quantification à un bit. La sortie d un modulateur delta génère un flux de données monobit où le nombre relatif de et de indique le niveau d amplitude du signal d entrée. La quantité de générés pendant un certain nombre de cycles établit l amplitude du signal durant cet intervalle. Le nombre maximal de correspond à la tension d entrée positive maximale, tandis qu une
18 MÉTHODES DE CONVESION ANALOGIQUE-NUMÉIQUE 759 quantité de égale à la moitié du maximum indique une tension d entrée nulle. De même, l absence de correspond à la tension d entrée négative maximale, comme l illustre la figure 3. Supposons que 4 96 bits de valeur sont produits au cours de l intervalle où la tension du signal est à son maximum positif. Comme le zéro correspond au point à michemin dans l échelle dynamique du signal d entrée, 48 bits de valeur seront générés durant l intervalle où le signal vaut zéro. Le nombre de varie ainsi proportionnellement pour les autres niveaux intermédiaires. MAX Signal d entrée de l échantillonneur bloqueur FIGUE 3 Conversion analogique-numérique sigma-delta. MAX Sortie quantifiée du convertisseur sigma-delta 48 bits de valeur 4 96 bits de valeur Aucun bit de valeur Diagramme d ensemble d un CAN sigma-delta Le schéma de principe illustré à la figure 33 accomplit la conversion montrée à la figure 3. Les signaux analogiques de l entrée et du flux de bits quantifié du CNA placé dans la boucle de rétroaction sont appliqués au point de somme (Σ). Le signal de différence d amplitude ( ) en provenance de Σ est dirigé dans l intégrateur, tandis que le CNA d un bit augmente ou diminue le nombre de en conséquence. Cette action tente de garder le signal quantifié de rétroaction à la même valeur que le signal analogique de l entrée. Un quantificateur d un bit regroupe essentiellement un comparateur et un verrou. Signal d entrée analogique Point de somme Σ Intégrateur Quantificateur d un bit La sortie quantifiée génère un flux de données monobit. FIGUE 33 Diagramme d ensemble d un CAN sigma-delta. CNA Une méthode particulière permettant de compléter le processus de conversion sigma-delta consiste à convertir le flux de données monobit en une série de codes binaires, comme le montre la figure 34. Le compteur compte les générés dans le flux de données quantifié lors d intervalles successifs. Le code dans le compteur représente alors l amplitude du signal FIGUE 34 Type particulier de CAN sigma-delta. Signal d entrée analogique Point de somme Σ Intégrateur Quantificateur d un bit Compteur de n bits. Verrou. Sortie des codes binaires CNA d un bit
19 76 INTODUCTION AU TAITEMENT NUMÉIQUE DU SIGNAL d entrée analogique correspondant à chacun des intervalles, tandis que ces codes sont décalés dans le verrou pour un stockage temporaire. La sortie du verrou correspond donc à une série de codes de n bits, qui représentent le signal analogique dans son intégralité. Une autre méthode, qui emploie un filtre de décimation numérique pour produire la sortie au lieu d un compteur et d un verrou, n entre pas dans les limites de ce livre. Vérification d un convertisseur analogique-numérique La figure 35 illustre une méthode de vérification d un CAN. Ce banc d essai utilise un CNA pour convertir la sortie du CAN sous une forme analogique afin de la comparer au signal de la source d entrée. Le signal de test produit par la source et appliqué à l entrée du CAN possède une forme de rampe linéaire. La séquence binaire résultante à la sortie du CAN est ensuite appliquée à l entrée d un CNA, puis convertie en un signal en forme d escalier. Les rampes d entrée et de sortie sont ensuite comparées pour identifier les possibles erreurs. SAVE/ECALL MEASUE ACQUIE AUTOSET MENUS ampe analogique d entrée Source de signal de test CAN Code binaire CNA Sortie analogique UTILITY CUSO DISPLAY VETICAL POSITION POSITION MATH MENU CUSO CUSO CH CH MENU MENU VOLTS/DIV VOLTS/DIV 5 V mv 5 V mv HADCOPY HOIZONTAL POSITION HOIZONTAL MENU SEC/DIV 5 s 5 ns UN/STOP TIGGE LEVEL HOLDOFF TIGGE MENU SET LEVEL TO 5% FOCE TIGGE TIGGE VIEW n POBE COMP 5 V CH CH EXT TIG FIGUE 35 Méthode de vérification d un CAN. Erreurs de conversion analogique-numérique Nous utilisons une fois de plus une conversion de quatre bits pour illustrer les principes. Supposons que le signal de test à l entrée est une rampe linéaire idéale. Code manquant La sortie en forme d escalier de la figure 36 a) indique que le code binaire n apparaît pas à la sortie du CAN. Notez que la valeur se poursuit durant deux intervalles et que la sortie passe ensuite directement à la valeur Entrée analogique a) Code manquant b) Codes inexacts c) Erreur de décalage FIGUE 36 Erreurs de conversion analogique-numérique.
20 MÉTHODES DE CONVESION ANALOGIQUE-NUMÉIQUE 76 Dans un CAN simultané, par exemple, une défaillance d un des comparateurs pourrait causer une erreur de code manquant. Codes inexacts La sortie en forme d escalier de la figure 36 b) montre que plusieurs mots de code binaire produits à la sortie du CAN sont inexacts. Dans ce cas particulier, une analyse indique que la ligne du bit de poids semble bloquée sur un niveau BAS () constant. Erreur de décalage La figure 36 c) illustre une condition de décalage. Dans cette situation, le CAN interprète une valeur de tension d entrée analogique plus élevée que sa véritable valeur. EXEMPLE 3 Le CAN flash de quatre bits illustré à la figure 37 a) est vérifié sur un banc d essai identique à celui de la figure 35. La figure 37 b) montre la sortie analogique reconstruite résultante. Identifiez le problème et la cause la plus probable de cette défaillance. V EF ampe analogique d entrée VAL a) b) FIGUE 37 Solution Exercice connexe Le code binaire est manquant à la sortie du CAN, comme on peut le remarquer dans la forme d onde de sortie. Il est probable que la sortie du comparateur 3 soit bloquée sur un niveau BAS constant. edessinez la sortie analogique du CAN de la figure 37 a) lors d un banc d essai identique à celui de la figure 35 si le comparateur 8 est bloqué sur un niveau de sortie HAUT constant.
21 76 INTODUCTION AU TAITEMENT NUMÉIQUE DU SIGNAL SECTION 33 ÉVISION. Quelle est la méthode de conversion analogique-numérique la plus rapide?. Quelle méthode de conversion analogique-numérique produit un flux de données monobit? 3. Un convertisseur à approximations successives possède-t-il un temps de conversion fixe? 4. Nommez deux types d erreurs pouvant être mesurées à la sortie d un CAN. 34 POCESSEU DE SIGNAL NUMÉIQUE (DSP) Essentiellement, un processeur de signal numérique (DSP) désigne un type spécial de microprocesseur capable de traiter des données en temps réel. Il se destine à des applications de traitement de données numériques représentant des signaux analogiques. Comme tout microprocesseur, un DSP comprend une unité centrale de traitement (UCT) et des unités de mémoire, en plus de nombreuses fonctions d interfaçage. Chaque fois que vous vous servez de votre téléphone cellulaire, vous utilisez un DSP et ce n est là qu une de ses nombreuses applications. Après l étude de cette section, vous pourrez Expliquer les concepts de base d un processeur de signal numérique (DSP) Énumérer différentes applications de DSP Décrire les principales fonctions d un DSP Discuter des DSP de la famille de circuits TMS3C6 Le processeur de signal numérique ou DSP (digital signal processor), cœur de tout système de traitement des signaux, reçoit ses données d entrée d un CAN et produit une sortie qui est acheminée vers un CNA, comme le montre la figure 38. Nous avons vu qu un CAN transforme une forme d onde analogique en une série de codes binaires. Ces données, qui sont ensuite acheminées et traitées par le DSP, aboutissent à un CNA pour retrouver leur forme analogique d origine. FIGUE 38 Un processeur de signal numérique (DSP) comporte une entrée numérique et produit une sortie numérique. Entrée analogique CAN Entrée numérique du CAN DSP Sortie numérique vers le CNA CNA Sortie analogique Programmation d un processeur de signal numérique (DSP) Les processeurs de signaux numériques (DSP) sont typiquement programmés en langage assembleur ou en C. Comme l exécution de programmes écrits en langage assembleur est habituellement plus rapide et que la vitesse est un paramètre crucial dans la plupart des applications de DSP, le langage assembleur sert beaucoup plus dans les DSP que dans les microprocesseurs d usage général. En outre, les programmes et jeux d instructions pour DSP sont généralement plus beaucoup plus simples que ceux des microprocesseurs traditionnels, puisqu ils servent à des applications très spécialisées. Applications de DSP Contrairement aux microprocesseurs d usage général, les DSP traitent habituellement les données en temps réel, c est-à-dire à mesure qu elles sont produites. La plupart des applications utilisant des DSP ne peuvent tolérer de délai important, d où la nécessité d une très grande rapidité d exécution pour ces composants. Les applications pour DSP sont très nombreuses : ordinateurs multimédia, caméras numériques, lecteurs de disques compacts, unités de disques durs, modems, télévision et ainsi de suite.
22 POCESSEU DE SIGNAL NUMÉIQUE (DSP) 763 Les DSP sont indispensables dans les applications de compression et de décompression de signaux. Par exemple, la musique d un disque compact est toujours sous forme compressée afin d utiliser un minimum d espace. Ces données doivent toutefois être décompressées avant d être reproduites. De même, les téléphones cellulaires utilisent également la compression des signaux pour permettre un maximum d appels simultanés dans chaque station ou cellule locale. Télécommunications Le domaine des télécommunications implique le transfert de nombre de types d informations d un emplacement à un autre, comme les conversations téléphoniques, les signaux de télédiffusion et les données numériques. Parmi d autres fonctions, les DSP simplifient le multiplexage de nombreux signaux sur les canaux de transmission, puisqu il est facile de multiplexer et de démultiplexer des informations sous forme numérique. Un DSP utilisé comme élément de transmission dans un système de télécommunications peut servir à compresser les signaux vocaux numérisés tout en conservant leur largeur de bande passante. Le terme compression désigne ici un processus de réduction du taux de données. La conversion d un signal de voix s effectue généralement à 8 échantillons par seconde, en prenant comme référence une fréquence de Nyquist de 4 khz. Si l on utilise huit bits pour coder chaque échantillon, le débit atteint alors 64 kbit/s. En général, la compression d un débit des données de 64 kbit/s à 3 kbit/s n implique aucune réduction de la qualité sonore. Par contre, une compression jusqu à 8 kbit/s ajoute un niveau de distorsion facilement perceptible au contenu sonore. Certaines applications, qui n impliquent que la reconnaissance de mots et où la qualité sonore importe peu, utilisent une compression de kbit/s. Un DSP utilisé comme élément de réception dans un système de télécommunications peut décompresser les données et restaurer le signal sous sa forme d origine. Le phénomène d écho, problème commun à de nombreuses connexions téléphoniques interurbaines, se produit lorsqu un signal vocal est renvoyé avec un délai. Sur des distances plus courtes, ce retard est quasi imperceptible. Toutefois, ce délai responsable de l effet d écho augmente à mesure que la distance croît entre l émetteur et le récepteur. Un DSP peut aisément éliminer cet écho indésirable et garantir une communication vocale impeccable. Traitement de la musique Les DSP sont couramment employés dans le domaine de la musique pour filtrer, ajouter, extraire ou éditer des signaux lors de la préparation et de l enregistrement de trames sonores ou d œuvres musicales. Une autre application courante des DSP consiste à ajouter divers effets d écho ou de réverbération pour améliorer l acoustique restreinte d un studio d enregistrement ou afin de simuler des environnements d écoute idéaux comme de grandes salles de concert. Synthèse de la parole et reconnaissance vocale Les DSP sont utilisés dans la synthèse de la parole et pour la reconnaissance vocale, afin de rehausser la convivialité des communications entre l homme et la machine. La méthode la plus courante de production de parole synthétique utilise des enregistrements numériques. Une voix humaine est d abord enregistrée et stockée sous une forme numérique et habituellement compressée. Lors de la lecture, les données vocales stockées sont décompressées et restaurées sous leur forme analogique d origine. Le stockage d une heure de parole nécessite environ trois mégaoctets de mémoire. La reconnaissance vocale est une tâche beaucoup plus complexe que la synthèse de la parole. Les DSP sont ici employés pour isoler et analyser chaque mot contenu dans un signal vocal. Divers paramètres sont ensuite identifiés dans chaque mot perçu et comparés avec de nombreux exemples de mots stockés pour déterminer la plus proche similitude. La plupart des systèmes sont limités, au mieux, à quelques centaines de mots. De plus, des pauses sont habituellement requises entre chaque mot et le système doit d abord être «formé» pour la voix particulière d une seule personne. Les recherches incessantes dans le domaine de la reconnaissance vocale lui promettent toutefois un bel avenir dans de nombreuses applications commerciales. adar Dans les applications de radiodétection, les DSP permettent d augmenter la précision des évaluations de distance en utilisant des techniques de compression de données. Avec leurs fonctions de filtrage, les DSP aident aussi à diminuer le bruit pour augmenter la portée des radars et optimiser leur habileté à détecter des cibles spécifiques. Les DSP sont également employés de manière similaire avec les systèmes de sonar. Traitement des images Les DSP sont employés dans des applications de traitement des images comme la tomodensitométrie et l imagerie par résonance magnétique. La tomodensitométrie, très répandue dans le domaine médical, permet de scruter n importe quelle partie du NOTE INFOMATIQUE Les cartes de son utilisées dans les ordinateurs emploient un CAN pour convertir les ondes sonores provenant du microphone, du lecteur CD ou d une autre source en signaux numériques. Le CAN est branché à un processeur de signal numérique (DSP). À partir d instructions provenant d une mémoire OM, le DSP compresse les signaux numériques de façon à minimiser l espace de stockage sur disque. Le DSP dirige ensuite les données compressées au processeur de l ordinateur, qui à son tour stocke les données sur disque dur ou sur CD-OM. Pour lire un son enregistré, le processeur récupère les données stockées et les dirige jusqu au DSP, qui les décompresse et les achemine vers un CNA. La sortie du CNA, qui contient la reproduction du signal sonore original, est finalement dirigée vers des haut-parleurs.
I- Définitions des signaux.
101011011100 010110101010 101110101101 100101010101 Du compact-disc, au DVD, en passant par l appareil photo numérique, le scanner, et télévision numérique, le numérique a fait une entrée progressive mais
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