UV Traitement du signal. Cours n 2 : Transformée de Fourier Discrète

Documents pareils
TD1 Signaux, énergie et puissance, signaux aléatoires

Traitement du signal avec Scilab : la transformée de Fourier discrète

Intérêt du découpage en sous-bandes pour l analyse spectrale

Chapitre I La fonction transmission

INTRODUCTION A L ELECTRONIQUE NUMERIQUE ECHANTILLONNAGE ET QUANTIFICATION I. ARCHITECTURE DE L ELECRONIQUE NUMERIQUE

LABO PROJET : IMPLEMENTATION D UN MODEM ADSL SOUS MATLAB

Systèmes de communications numériques 2

CHAPITRE V. Théorie de l échantillonnage et de la quantification

LABO 5 ET 6 TRAITEMENT DE SIGNAL SOUS SIMULINK

Projet de Traitement du Signal Segmentation d images SAR

Mesures de temps de propagation de groupe sur convertisseurs de fréquence sans accès aux OL

EMETTEUR ULB. Architectures & circuits. Ecole ULB GDRO ESISAR - Valence 23-27/10/2006. David MARCHALAND STMicroelectronics 26/10/2006

Dan Istrate. Directeur de thèse : Eric Castelli Co-Directeur : Laurent Besacier

Systèmes de transmission

Echantillonnage Non uniforme

J AUVRAY Systèmes Electroniques TRANSMISSION DES SIGNAUX NUMERIQUES : SIGNAUX EN BANDE DE BASE

Quantification Scalaire et Prédictive

8563A. SPECTRUM ANALYZER 9 khz GHz ANALYSEUR DE SPECTRE

Les techniques de multiplexage

Enregistrement et transformation du son. S. Natkin Novembre 2001

M1107 : Initiation à la mesure du signal. T_MesSig

Chaine de transmission

Codage hiérarchique et multirésolution (JPEG 2000) Codage Vidéo. Représentation de la couleur. Codage canal et codes correcteurs d erreur

TP 03 B : Mesure d une vitesse par effet Doppler

Traitement du signal avec Scilab : transmission numérique en bande de base

10ème Congrès Français d'acoustique Lyon, Avril 2010

SUJET ZÉRO Epreuve d'informatique et modélisation de systèmes physiques

Contexte. Pour cela, elles doivent être très compliquées, c est-à-dire elles doivent être très différentes des fonctions simples,

Communication parlée L2F01 TD 7 Phonétique acoustique (1) Jiayin GAO <jiayin.gao@univ-paris3.fr> 20 mars 2014

BTS Groupement A. Mathématiques Session Spécialités CIRA, IRIS, Systèmes électroniques, TPIL

Filtres passe-bas. On utilise les filtres passe-bas pour réduire l amplitude des composantes de fréquences supérieures à la celle de la coupure.

Chapitre 2 Les ondes progressives périodiques

Didier Pietquin. Timbre et fréquence : fondamentale et harmoniques

UNIVERSITE DE TECHNOLOGIE DE COMPIEGNE. Le Traitement du Signal aléatoire

Analyse spectrale. jean-philippe muller. version juillet jean-philippe muller

LES CARACTERISTIQUES DES SUPPORTS DE TRANSMISSION

5.2 Théorème/Transformée de Fourier a) Théorème

FAG Detector III la solution pour la surveillance et l équilibrage. Information Technique Produit

aux différences est appelé équation aux différences d ordre n en forme normale.

INTERPRÉTATION ET ANOMALIES DE LA PROSPECTION À RÉSONANCE MAGNÉTIQUE (MRS)

P1PY7204 Acquisition de données Cours

Caractéristiques des ondes

- Instrumentation numérique -

TRAVAUX PRATIQUES SCIENTIFIQUES SUR SYSTÈME

Continuité et dérivabilité d une fonction

5. Analyse des signaux non périodiques

Ecole Centrale d Electronique VA «Réseaux haut débit et multimédia» Novembre 2009

Projet audio. Analyse des Signaux ELE2700

Expérience 3 Formats de signalisation binaire

Analyses psychoacoustiques dans ArtemiS SUITE

Groupe symétrique. Chapitre II. 1 Définitions et généralités

Signaux numériques : Multiplexage temporel : TDM

Algorithmes pour la planification de mouvements en robotique non-holonome

Son et Mathématiques

G.P. DNS02 Septembre Réfraction...1 I.Préliminaires...1 II.Première partie...1 III.Deuxième partie...3. Réfraction

Champ électromagnétique?

FAG Detector II le collecteur et l analyseur de données portatif. Information Technique Produit

CAPTEURS - CHAINES DE MESURES

Mathématique et Automatique : de la boucle ouverte à la boucle fermée. Maïtine bergounioux Laboratoire MAPMO - UMR 6628 Université d'orléans

Traitement numérique du signal. Première partie : Bases mathématiques

I. Polynômes de Tchebychev

TP Modulation Démodulation BPSK

Analyse des bruits de clavier d ordinateur

SIGNAUX NUMERIQUES ET MODULATIONS NUMERIQUES

Partie Observer : Ondes et matière CHAP 04-ACT/DOC Analyse spectrale : Spectroscopies IR et RMN

Communications numériques

Transmission d informations sur le réseau électrique

Transmission des signaux numériques

Chapitre 2 : Techniques de transmission

Oscillations libres des systèmes à deux degrés de liberté

Exercices - Polynômes : corrigé. Opérations sur les polynômes

Statistique : Résumé de cours et méthodes

Data first, ou comment piloter l analyse par les données

Étude des Corrélations entre Paramètres Statiques et Dynamiques des Convertisseurs Analogique-Numérique en vue d optimiser leur Flot de Test

Nouveau Barème W.B.F. de points de victoire 4 à 48 donnes

Pompes à Chaleur & environnement acoustique. Recommandations pour la mise en œuvre des pompes à chaleur. Fiche technique n 1

Suites numériques 4. 1 Autres recettes pour calculer les limites

Recherche De Coalescences Binaires Étalonnage Du Détecteur

ALGORITHMIQUE II NOTION DE COMPLEXITE. SMI AlgoII

Angles orientés et trigonométrie

10ème Congrès Français d'acoustique Lyon, Avril 2010

Développements limités usuels en 0

Mesure agnostique de la qualité des images.

1.1.1 Signaux à variation temporelle continue-discrète

AudioSculpt. Manuel de l utilisateur. Alain LITHAUD

Capes Première épreuve

IV - Programme détaillé par matière (1 fiche détaillée par matière)

Résonance Magnétique Nucléaire : RMN

L analyse d images regroupe plusieurs disciplines que l on classe en deux catégories :

Géométrie discrète Chapitre V

Rapport de Stage de Master 2 ATIAM

Statistiques Descriptives à une dimension

TSTI 2D CH X : Exemples de lois à densité 1

Systèmes de communications numériques 2

Multichronomètre SA10 Présentation générale

Les Contrôles Non Destructifs

Chapitre 11. Séries de Fourier. Nous supposons connues les formules donnant les coefficients de Fourier d une fonction 2 - périodique :

La couche physique de l ADSL (voie descendante)

UEO11 COURS/TD 1. nombres entiers et réels codés en mémoire centrale. Caractères alphabétiques et caractères spéciaux.

Transcription:

UV Traitement du signal Cours n : Transformée de Fourier Discrète TF des signaux discrets vers TF discrète TF discrète d un signal périodique, d un signal limité TF discrète et convolution circulaire Précision et résolution de la TF discrète Effets de fenêtrage sur la resolution de la TF discrète Mise en oeuvre de la TFD par la transformée de Fourier rapide TF de signaux discrets vers TF discrète Objectif : Calculer la TF d un signal discret à l aide d un calculateur Difficulté : e calcul de la TF nécessite une infinité de points N de mesure. e calculateur ne peut calculer le contenu fréquentiel du signal discret qu en un nombre fini de points fréquentiels, or f varie continûment. Solution : Transformée de Fourier Discrète Question : Quel est l impact sur la précision et la resolution de l observation spectrale d un nombre fini N de points de mesure et d un nombre fini de points de calcul?

TF discrète d un signal périodique Signal discret périodique : x n N, n Calcul de la TF d un signal discret périodique points de mesure X f N x n e j n f x n sur un nb. fini N de et sur un nb. fini de points fréquentiels suite à une discretisation de la fréquence : f=k/ avec k=0,, N x n e j n k avec k=0,, 3 TF discrète d un signal périodique Définition : N x n W nk avec W e j et n=0,,n et k=0,, Propriétés : Suite périodique x n TFD de période N > Suite périodique X(k) de même période TFD Puisque TFD bijective, la Trans. de Fourier Discrète Inverse existe : X k e j n k k 0 X k W k 0 nk Avec n=0,,n et k=0,, 4

TF discrète d un signal périodique Définition : Propriétés : N x n W nk avec W e j et n=0,,n et k=0,, Séparabilité : W l k W l W k Périodicité : W l k W l Evaluation par la TZ : X z z e j k 5 TF discrète d un signal limité Soit un signal discret limité : x n U n U n N 0, n 0,, N 0, sinon x n, n 0,, N Calcul de la TF discrète d un signal discret limité x n sur un nb. fini N de points de mesure et sur un nb. fini de points fréquentiels : N j x n e n k N x n W nk avec W e j et n=0,,n et k=0,, 6

TF discrète Propriétés : Présente les propriétés classiques d une TF, mais tous les calculs d indices k et n se font modulo et N j X k e n k X nk k W Avec n=0,,n k 0 k 0 et k=0,, inéarité a x n b y n a X k b Y k Décalage temporel x n n 0 modn X k e j n 0 k Décalage fréquentiel ou modulation x n e j n Conservation de l énergie du signal 7 k 0 X k k 0 mod N n 0 x n k 0 X k TF discrète et convolution circulaire Soit x(n) et y(n) des signaux discrets limités constitués de N points, leur produit de convolution circulaire est un signal à support temporel discrets : {0,, N } N c n x n y n k 0 x k y n k mod N c(n) est un signal discret périodique de période N Propriétés : x n y n X k Y k x n y n X k Y k Exemple : Soit x(n)= pour n {0,,, 7} => conv. linéaire : x(n)*x(n) = {,,, 7, 8,,, } pour n {0,,, 5} => conv. circulaire : x(n) x x(n) = 8 pour n {0,,, 7} 8

Précision de la TF discrète Évaluer la précision de mesure de la fréquence d une seule sinusoide X(f) la précision dans le domaine spectral : fe/ f de f e ( de precision en temporel) du nombre de points fréquentiels rajout d échantillons nuls, puis interpolation entre échantillons Et si x(n) => raies spectrales non multiple de f e /? a TFD d une sinusoide pure apparaît sous forme de plusieurs valeurs non nulles, dont la plus importante en module est proche de la vraie fréq. => Si désigne le nb. de points de calcul de la TFD, la précision en fréquence est f e / [Hz]. 9 Résolution de la TF discrète Objectif : Évaluer le pouvoir de séparer fréquences voisines dans un signal Définition : Écart MIN en fréquence qu il faut mettre entre sinusoïdes d amplitudes différentes pour observer sur le spectre de leur somme un creux de plus de 3 db entre les maxima Problème : Si x(n) constitué de N points de mesure => apparition de lobes dans le spectre d une sinusoide, dont le lobe principal a une largeur égale à /N. Exemple : Soit x(n)= A cos(f n)+a cos(f n) un signal constitué de N points de mesure Si f f </N => les lobes principaux de chacune seront très proches qu il sera difficile de distinguer avec certitude => la résolution est de l ordre de f e /N [Hz] ou autrement est de l ordre de l inverse du temps total d analyse N T e 0

Effets de fenêtrage sur la resolution de la TF discrète N j x n e n k n x n w N j n e n k et n=0,,n et k=0,, w N n 0,, N n fenêtre rectangulaire de largeur N Convolution de la TF de x(n) avec la TF de w N (n) qui est : W N f sin N f sin f e j N f Ondulations dans le spectre ; Interprétation : a TFD est constituée d échantillons de la TF à temps discret filtrée à travers un filtre de réponse fréquentielle W N (f) Effets de fenêtrage sur la resolution de la TF discrète Objectif : Amélioration de l! analyse spectrale par pondération des échantillons avant filtrage Réalisation : Remplacement de la fenêtre rectangulaire par une fenêtre dont la TF présente des ondulations plus faibles Fenêtre de Hamming Fenêtre de Hanning w N n " 0,54# 0,46cos $ n N 0, sinon, n% 0,, N# w N n & ' cos ( n N 0, sinon, n) 0,, N* En général la résolution en fréquence est d autant meilleure : que le lobe principal est étroit et que les lobes secondaires sont bas => élargissement du lobe principal

& ' ' Exemples de fenêtres Hanning Hamming Kaiser 0.5 Rectangle Hanning Hamming A db 3 3 43 W(f) A S f Critères de selection : rapport A entre les maxima du lobe central et des lobes secondaires de la TFD de fenêtres atténuation S des lobes secondaires de la TFD de fenêtres largeur du lobe central 3 Transformée de Fourier rapide X 0 X X + Objectif :Trouver un algorithme de calcul efficace de la TFD de {x n } qui s écrit X k N W W x n W nk W 4 W 4 W + W + + + + Avec x 0 x x + W e j W + + W W 3 W W W 6 W + W 3 + W + + x x 3 x + X 0 X X + & T x 0 x x + 0 0 0 W 0 0 0 0 0 0 W + T x x 3 x + X 0,,, - X,,, - T T x pair. DT x pair/ DT x impair x impair 4

Transformée de Fourier rapide X 0,,, - X,,, - T T x pair. DT x pair/ DT x impair x impair e calcul d une TFD d ordre N necesite le calcul de TFD d ordre N/ + N/ Multiplications + N Additions Si N= m, on peut réitérer ce processus et le calcul de la TFD d ordre N se ramène au calculs de TFD d ordre N/, N/4,0, => m itérations Chaque itération nécessite N/ multiplications complexes et N additions Soit la complexité globale devient : N Multiplications et Additions log N N log N Contre N Multiplications et Additions pour la TFD 5