CHAPITRE 1 SIGNAUX ET INFORMATION. Généralités sur l information

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1 CHAPITRE 1 SIGNAUX ET INFORMATION Généralités sur l information 7

2 DÉFINITION DU SIGNAL Définition (Le petit Larousse) Signal = Variation d une grandeur physique de nature quelconque porteuse d information. 8

3 DÉFINITION DE LA COMMUNICATION Définition (Le petit Larousse) Communication = Action, fait de communiquer, d établir une relation avec autrui. Échange d'information (sous forme de signal) entre un émetteur et un récepteur à l'aide d'un canal de transmission. 9

4 EXEMPLES DE COMMUNICATION Canal de communication / transmission Conversation humaine : air Liaison informatique Wi-Fi : air Liaison informatique filaire : câble réseau Codage de l information sous la forme d un signal physique Conversation humaine : son de la voix (onde sonore) Liaison informatique Wi-Fi : onde radioélectrique Liaison informatique filaire : trame Ethernet (signal électrique sur un câble) Liaison par fibre optique : lumière (onde lumineuse) 10

5 PROBLÈME : LE BRUIT Qu'est-ce que le bruit en communication? Lorsqu'on envoie un message de l émetteur au récepteur, le message subit une déformation pendant le transport, c'est le bruit. Signal émis (non bruité) Signal reçu (bruité) 11

6 EN INFORMATIQUE : QUELLE INFORMATION? Les informations multimédia : Texte Image fixe Son Vidéo : image animée + son 12

7 EN INFORMATIQUE : POUR QUELS USAGES? Acquisition : Capture Echantillonnage Quantification Transfert : Support magnétique Support électrique Support optique Traitement : Amplification Traitement Filtrage Effets spéciaux Transport : Local Réseau filaire Réseau sans-fil (Wi-Fi) 13

8 CHAPITRE 1 SIGNAUX ET INFORMATION Exemples de codages 14

9 EXEMPLE DE CODAGE : LES TEXTES Fichier texte brut «texte.txt» : 15

10 EXEMPLE DE CODAGE : LES SONS Fichier texte brut «son.wav» : 16

11 EXEMPLE DE CODAGE : LES IMAGES Fichier image compressée «image.png» : 17

12 EXEMPLE DE CODAGE : LES ANIMATIONS Fichier image animée «animation.gif» : 18

13 REMARQUES Format des fichiers numériques : Le format numérique est le format utilisé en informatique, que ce soit pour le stockage, les traitements mais aussi la transmission des données. Dans le représentation numérique de l information, il y a souvent un en-tête (header) qui décrit le type d information suivi par les données (data) elle-même Dans certains cas rares, on utilise les données brutes (sans en-tête) dans un fichier (fichier RAW) 19

14 CHAPITRE 1 SIGNAUX ET INFORMATION Définitions des signaux analogiques / numériques 20

15 ANALOGIQUE OU NUMÉRIQUE? Les médias comme le son, l image ou la vidéo sont analogiques à l origine Ils doivent être représentés numériquement pour leur traitement informatique Et repassés en analogique pour être écoutés et/ou visualisés 21

16 CHAÎNE D ACQUISITION 22

17 LES SIGNAUX ANALOGIQUES 23

18 DÉFINITION D UN SIGNAL ANALOGIQUE Définition Variation continue d une grandeur physique (souvent une tension ou un courant électrique). Signal obtenu à l aide d un capteur analogique ou par transformation d un signal numérique. Exemples : Magnétophone analogique (prise de son) Capteur de température ou de vitesse La voix humaine 24

19 DÉFINITION «PÉRIODE FRÉQUENCE» Période La période d un signal périodique est l intervalle de temps minimum qui sépare deux répétitions identiques du signal. On la note T (en secondes : s) Fréquence: La fréquence d un signal périodique est l inverse de la période. On la note F(en Hertz : Hz), avec F = 1 / T 25

20 EXEMPLES : SIGNAL SINUSOÏDAL La fonction la plus simple, et contenant le moins d information est le signal sinusoïdal Un signal sinusoïdal est un signal (onde) dont l amplitude, observée à un endroit précis, est une fonction sinusoïdale du temps. Exemple : sinus ou cosinus Les fonctions sinus et cosinus sont périodiques, de période T = 2π 6.28 s Leur fréquence vaut alors F = 1 / T 0.15 Hz 26

21 FRÉQUENCE ET LONGUEUR D ONDE La longueur d onde λ correspond à la distance parcourue par un signal pendant une période T Rayons gamma Rayons X Ultraviolets Spectre visible Infrarouges Ondes radio Spectre d onde électromagnétique 27

22 SIGNAL ANALOGIQUE QUELCONQUE Un signal analogique peut être représenter comme une combinaison de plusieurs signaux sinusoïdaux à des fréquences et amplitudes différentes. 28

23 LES SIGNAUX NUMÉRIQUES 29

24 DÉFINITION D UN SIGNAL NUMÉRIQUE Définition Variation discrète (ex : valeurs entières) d une grandeur (souvent une tension ou un courant électrique). Signal obtenu à l aide d un capteur numérique ou par transformation d un signal analogique Exemples : Appareil photo numérique Caméscope numérique Capteur numérique 30

25 SIGNAL NUMÉRIQUE PERTES D INFORMATION Lors de la phase d échantillonnage, il y a risque de perte d information. Claude E. Shannon a donné une condition pour ne pas perdre d information dans un signal (théorème de Shannon) : La fréquence d échantillonnage doit être au moins égale au double de la fréquence maximale du signal analogique : F e 2 x F max La distance entre deux échantillons se traduit par : T e 1 / (2 x F max ) 31

26 SIGNAL NUMÉRIQUE PERTES D INFORMATION Exemple : Les fréquences contenues dans le signal résultant sont : 50 Hz, 150 Hz, 250 Hz. La fréquence maximale est : F max = 250 Hz. La fréquence d échantillonnage numérique est : F e 500 Hz 32

27 EXEMPLE D APPLICATION La meilleure illustration de l application de ce théorème est la détermination de la fréquence d échantillonnage d un CD audio L oreille humaine peut capter les sons jusqu à 16 khz, voire jusqu à 20 khz Il convient d échantillonner le signal audio à au moins 40 khz L industrie a normalisé la fréquence à 44.1 khz, pour les CD Audio. 36

28 CHAPITRE 1 SIGNAUX ET INFORMATION Conversion analogique / numérique 37

29 CONVERSION ANALOGIQUE-NUMÉRIQUE Signal numérique Signal analogique échantillonné et quantifié 43

30 REMARQUES Lors d une transformation analogique/numérique, il y a perte d information si on ne respecte pas le théorème de Shannon. En informatique, on ne travaille que sur des signaux numériques. Grâce à des valeurs numériques, on code le texte, l image, le son et la vidéo. 44