NUMERISATION DE L'INFORMATION

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1 NUMERISATION DE L'INFORMATION I. LES CHAINES DE TRANSMISSION DE L'INFORMATION Chaine de transmission = ensemble des éléments permettant de transférer de l'information d'un lieu à un autre. Canal de transmission = dispositif par lequel les informations sont transmises de l'émetteur au récepteur. Suivant le milieu de transmission, les signaux sont de nature ou de fréquences différentes: atmosphère: signaux électromagnétiques, sons et ultrasons câbles: tensions et courants fibre optique: ondes électromagnétiques ( visible, IR ) Plusieurs évolutions techniques peuvent être soulignées: le passage de l'électricité à l'électronique le développement de l'informatique pour le codage le passage du fil de cuivre à la fibre optique pour la qualité et le débit la téléphonie mobile, le WIFI, le bluetooth pour les liaisons sans fil 1

2 II. LES DIFFERENTS TYPES DE SIGNAUX 1. Signal analogique et signal numérique Le monde qui nous entoure peut être décrit à l'aide de variables analogiques: intensité de la voix, pression atmosphérique, température d'un lieu Une variable analogique est une variable qui varie de façon continue au cours du temps. Un signal numérique varie de façon discrète, par paliers. 2. Le codage binaire Les signaux numériques sont codés en langage binaire: les circuits électroniques ne peuvent fournir que deux valeurs de tensions: une tension basse codée 0 une tension haute codée 1 Le bit est la plus petite information numérique: il ne peut prendre que les valeurs 0 ou 1. Ce format présente l'avantage d'être peu sensible aux perturbations et peut être facilement traité par un ordinateur. 3. Les convertisseurs analogique - numérique 2

3 Tout signal doit être numérisé avant d'être traité, exploité ou modifié. On utilise un convertisseur analogique - numérique ( CAN ). La numérisation s'effectue en trois étapes: l'échantillonnage la quantification le codage a) L'échantillonnage Le signal électrique est d'abord découpé à intervalle de temps régulier T e appelé période d'échantillonnage. La fréquence d'échantillonnage vaut f e = La période d'échantillonnage doit être suffisamment petite devant la période du signal analogique à traiter. (Pour info) critère de Shannon: La fréquence d'échantillonnage d'un signal analogique sinusoïdal doit au moins être égal au double de la fréquence du signal. b) La quantification et le codage Elle consiste à associer à chaque valeur de la tension retenue après échantillonnage un nombre binaire comportant une quantité identique de bits qui dépend de la résolution du CAN. 3

4 Exemple : un CAN à 8 bits a une résolution ou un pas de, ce qui veut dire que le nombre de valeurs possibles sera de = 255. Une tension variant de 0 à 5V codée sur 8 bits aura donc un pas de 5 / 255 = 19,5 mv. Les valeurs possibles seront donc 0 ; 19,5 mv; 39,0 mv; 58,5 mv Lors de la quantification, chaque valeur de la tension sera arrondie à la valeur la plus proche puis on lui associera le binaire correspondant. Tension ( V ) Valeur choisie ( V ) binaire 0,005 0, ,035 0, L'ensemble de ces nombres mis bout à bout constitue le signal numérique. La qualité de la conversion ou numérisation est d'autant plus grande que le pas du convertisseur est petit et que la fréquence d'échantillonnage est élevée. III. LES IMAGES NUMERIQUES Une image numérique est une image acquise, traitée ou stockée en langage binaire. En fait c'est un tableau de nombres. Traiter une image numérique revient à modifier la valeur des nombres dans le tableau. 1. Le codage des pixels en couleur Une image est subdivisée en pixels( "picture element "). Un pixel est le plus petit élément constitutif d'une image. On associe à chaque pixel un nombre binaire qui codent les couleurs. Parmi les différents types de codage possibles, le codage RVB est le plus répandu. Chaque pixel d'un écran est divisé en 3 sous - pixels: un vert, un bleu et un rouge. Chaque sous- pixel est codé sur un octet : 8 bits. Ex : 8 bits 2 8 = 256 nombres binaires possibles La couleur de la lumière émise par chaque sous-pixel peut être décomposée en 256 nuances. ( animation excel trichromie ) 4

5 décimal binaire hexadécimal couleur noir noir Rouge foncé FF blanc Chaque couleur est codée sur 3 octets, c'est - à - dire 24 bits. Pour chaque pixel, on a donc 256 * 256 * 256 = nuances de couleurs possibles soit environ 16 millions de couleurs. Exemple de codage pour un pixel: 206;208;18 = jaune Une image est donc un tableau de nombres binaires. 2. Le codage en niveaux de gris En codage 24 bits, il est possible de réaliser 256 niveaux de gris en affectant la même valeur à chaque sous - pixel. 3. Définition et taille d'une image numérique On distingue la définition et la taille d'une image. Définition: nombre de pixels qui constitue l'image. Ex = image 1280 * 960 soit 1280 colonnes par 960 lignes 5

6 La définition de cette image est donc 1280*960 = soit 1,3 MPix NB: Un capteur de 12 MPix derrière une lentille de mauvaise qualité permet juste d avoir les défauts de cette lentille avec une grande précision! Attention aux arnaques commerciales! Taille d'une image : place qu'occupe le codage de tous les pixels Taille = nombre d'octets par pixel * définition Ex pour un codage 24 bits ( 3 octets ) en couleur La taille de l'image précédente = 3 * = octets = 3,7 Mo Pour un codage en niveaux de gris : Taille = 1 * définition = 1,3 Mo NB: en informatique, le ko vaut 1024 octets = 2 10 et non La résolution d'une image est le nombre de pixels par unité de longueur. L'unité de résolution est le dpi ("dots per inch " ) ou le ppp ( "point par pouce ") nombre de pixels = taille * résolution Une image de 15 cm à une résolution de 300 dpi est donc formée de : 15 cm * 300 pixel/pouce * pouce/cm = 1771 pixels IV. TRANSMISSION ET STOCKAGE DE L'INFORMATION 1. Transmission d'informations a) Les différents types de transmission: transmissions par câbles: guides dans lequel un signal électrique se propage. transmissions par ondes hertziennes : les ondes électromagnétiques se propagent dans toutes les directions. C'est la propagation libre. Des bandes de fréquences doivent être allouées à chaque dispositif ( émetteur ). 6

7 transmissions par fibres optiques : les informations sont transmises sous forme d'ondes visibles. Lorsque la lumière se propage dans la fibre, seuls certains chemins peuvent être utilisés. Ils sont appelés modes de propagation de la fibre. Intérêt : propagation sans atténuation ou très peu sur de grandes distances. Signal transmis peu sensible aux perturbations Il existe plusieurs types de fibres optiques: NB: les fibres multimodales à saut d'indice ne sont plus utilisées aujourd'hui. Le signal de sortie est dégradé par rapport au signal d'entrée car deux signaux d'entrée simultanés peuvent avoir des parcours différents et donc des durées de propagation différentes. b) Atténuation du signal transmis L'atténuation est l'affaiblissement de l'amplitude du signal au cours de la transmission. 7

8 On définit un coefficient d'atténuation linéique : = L log ( e s ) L : longueur de la fibre ( m ) P e : puissance d'entrée ( W ) P s : puissance de sortie ( W ) : coefficient d'atténuation linéique ( db.m -1 ) NB: le rapport 10 * log ( e s est aussi appelé atténuation A du signal et son unité est le décibel ( db). " à mettre en parallèle avec le niveau sonore L " c) Débit binaire Lors de la transmission d'un signal numérique, on définit le débit binaire par le nombre de bits transmis par unité de temps. D = = N * k * f e N: nombre de signaux à transmettre K : nombre de bits utilisés F e : fréquence de l'échantillonneur Exemple: débit binaire d'un CD audio sur 2 voies ( stéréo ) échantillonné sur 16 bits à une fréquence de Hz D = 2 * 16 * = 4,41 Mbits.s Stockage et lecture de données a) Lecture optique 8

9 Dans les lecteurs CD ou DVD, les informations qu'ils contiennent sont codées en langage binaire et inscrits sur une piste disposée en spirale sous forme de creux et de plats. Pour lire l'information inscrite sur le disque, il faut utiliser les propriétés de la lumière: la réflexion sur un plat ou un creux donne une intensité constante le passage d'un plat à un creux ou d'un creux à un plat donne une interférence destructive car les faisceaux incident et réfléchi sont en opposition de phase. NB: la profondeur du sillon doit être égal à d'où l'intérêt du blue-ray ( plus petit pour le bleu que pour le rouge ) 9

10 b) Capacité de stockage La capacité de stockage d'un disque est limité par le phénomène de diffraction. Si on diminue la largeur des creux et des plats pour augmenter la capacité, il faut diminuer le diamètre du faisceau laser car la lumière va se diffracter. Pour un spot circulaire, le diamètre d est donné par la relation : d = 1,22 * NA: ouverture numérique ( pour un CD 0,45, pour un DVD 0,60 ) En diminuant la longueur d'onde du laser, donc de la tache de diffraction, on parvient à stocker plus d'informations. Actuellement, il est envisagé de graver la totalité du volume du disque et non sa surface afin d'augmenter les capacités de stockage. 10