Numérisation du Signal Conversion Analogique / Numérique (CAN)

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1 Audio-vidéo Numérisation du Signal Conversion Analogique / Numérique (CAN)

2 Objectif Cette présentation reprend les notions de base : Signal analogique Caractéristiques des signaux analogiques Échantillonnage du signal analogique Fréquence d échantillonnage fs (ou fe) Théorème de Shannon / Nyquist Quantification, quantification delta / sigma CAN vidéo, influence du choix de fs Conclusion Objectif principal : Comprendre et évaluer les critères de conversion analogique/numérique

3 1- Signal analogique Oscilloscope Caméra analogique Micro Signal audio Signal vidéo variation continue de la tension en fonction du temps variation continue avec apparition d une périodicité Que représentent les signaux issus du micro et de la caméra analogique?

4 2- Caractéristiques des signaux analogiques Encombrement spectral des signaux analogiques : Amplitude Amplitude C Fréquence Y Fréquence 16Hz Basse Médium 16kHz Aigu f 50Hz Aplat de l image Détails de l image 6MHz(L) f Amplitude Signal audio Amplitude Signal vidéo 0 Tension alternative Temps 0 Tension positive Temps Noter les différences de caractéristiques des signaux analogiques.

5 3- Echantillonnage du signal analogique Échantillonner, c est prélever des échantillons à des intervalles de temps réguliers. Signal analogique Signal analogique Échantillons Horloge 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) Quelle structure est la plus à même de produire l horloge d échantillonnage? Cours de télévision (Dunod)

6 4- Fréquence d échantillonnage fs (ou fe) Le contenu du signal analogique original est correctement saisi si le nombre des échantillons prélevés est suffisant. Signal analogique Signal analogique Échantillons Horloge Horloge fs ou fe doit être : Échantillons - 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 Quelles fréquences d horloge sont nécessaires à l échantillonnage audio et vidéo? Relever les fréquences d échantillonnage et les applications AV correspondantes. Cours de télévision (Dunod)

7 5- Théorème de Shannon / Nyquist L analyse spectrale du signal échantillonné montre qu il faut fs ou fe $ 2fmax pour récupérer le signal. Pour se prémunir des signaux HF perturbateurs qui risquent de se superposer au signal analogique utile, un filtre passe-bas doit être placé en entrée du circuit d échantillonnage. Anti-aliasing filter Signal analogique Échantillonneur Signal analogique + bruit Horloge 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 être inférieure à 2.fs. Quelles peuvent être les conséquences d un mauvais réglage du filtre d antirecouvrement (anti-aliasing filter)? Cours de télévision (Dunod)

8 6- Quantification (linéaire) Chaque échantillon est maintenu puis quantifié. Échantillons Horloge La quantification (linéaire, LPCM) : - attribue une valeur (choisie dans une échelle) à chaque échantillon. - introduit une erreur de quantification L erreur de quantification (bruit de quantification) dépend du pas de quantification Le bruit de quantification diminue quand fs augmente Quantification Discuter les éléments de quantification et le rapport signal sur bruit. Cours de télévision (Dunod)

9 7- Quantification delta / sigma Modulation delta ( ) Le codage sur un bit résulte de la comparaison de l échantillon entrant avec l échantillon précédent (codage différentiel). Modulation Σ, démodulation Amélioration du codage, il permet de mieux prendre en compte les caractéristiques du signal audio, Le démodulateur Σ (lecteur SACD) est simplement réalisé à partir d un filtre passe-bas. Définir le principe de fonctionnement d un circuit de prédiction. Évaluer le principe d un codage différentiel. Quels sont les avantages d un codage delta / sigma?

10 8- CAN vidéo 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 Quelles sont les conséquences de la réduction de la fréquence d échantillonnage?

11 9- Conclusion 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)

12 Numérisation du Signal Conversion Analogique / Numérique Fin Merci de votre attention, Cours de télévision (Dunod)