PROGRESSION DEPUIS LE DEBUT DE L ANNEE SCOLAIRE ONDES 1. Ondes et particules 2. Caractéristiques des ondes 3. Propriétés des ondes ANALYSE CHIMIQUE 4. Analyse spectrale 5. Réaction chimique par échange de proton 6. Contrôle de la qualité par dosage TEMPS, MOUVEMENT ET EVOLUTION 7. Temps et évolution chimique : cinétique et catalyse 8. Cinématique et dynamique newtoniennes 9. Application des lois de Newton et des lois de Kepler 10. Travail et énergie 11. Temps et relativité restreinte SYNTHESE DE MOLECULES ORGANIQUES 12. Représentation spatiale des molécules 13. Transformation en chimie organique : aspect macroscopique 14. Transformation en chimie organique : aspect microscopique 15. Stratégie de synthèse et sélectivité en chimie organique ENERGIE ET DEVELOPPEMENT DURABLE 16. Transfert macroscopique d énergie 17. Transfert quantique d énergie et dualité onde-corpuscule 18. Les enjeux énergétiques 19. Une chimie pour un développement durable TRANSMETTRE ET STOCKER L INFORMATION 20. Numérisation de l information 21. Transmission et stockage de l information 22. Science et société
COURS 20 : NUMERISATION DE L INFORMATION Compétences exigibles au baccalauréat Identifier les éléments d une chaîne de transmission d informations. Recueillir et exploiter les informations concernant des éléments de chaînes de transmission d informations et leur évolution récente. Associer un tableau de nombres à une image numérique. Mettre en œuvre un protocole expérimental utilisant un capteur (caméra ou appareil photo numériques par exemple) pour étudier un phénomène optique. Reconnaître des signaux de nature analogique et des signaux de nature numérique. Mettre en œuvre un protocole expérimental utilisant un échantillonneur-bloqueur et/ou un convertisseur analogique-numérique (CAN) pour étudier l influence des différents paramètres sur la numérisation d un signal (d origine sonore par exemple)
I) LA CHAINE DE TRANSMISSION DE L INFORMATION La chaîne de transmission est l ensemble des éléments permettant de transférer une information d un lieu à un autre. Après avoir été codées, les informations empruntent un canal de transmission au cours duquel le signal émis couvre de grandes distances. Une fois réceptionnés, le décodeur permet une lecture du signal. «Je t invite pour mon anniversaire» Voici le message que vous souhaitez transmettre. Au fil des avancées technologiques, la chaîne de transmission n a cessé d évoluer et continuera à le faire : télephone filaire, téléphone sans fil, téléphone portable, Suivant le milieu de transmission, les signaux sont de nature et/ou de fréquences différentes. atmosphère : sons, ondes électromagnétiques câbles électriques : signaux électriques (tension, intensité) fibre optique : ondes électromagnétiques
II) ANALOGIQUE OU NUMERIQUE
Le signal analogique varie de façon continue au cours du temps. Le signal numérique varie par paliers. L ordinateur utilise des systèmes électroniques qui fournissent deux niveaux de tensions : une tension basse codée «0» On parle de langage binaire. une tension haute codée «1». Le codage en langage binaire permet un traitement informatique du signal numérique facilitant ainsi son stockage, sa duplication et sa transmission. Cependant, il ne permet pas de restituer fidèlement l information de départ. Une tension électrique sinusoïdale délivrée par un G.B.F. varie de façon continue dans le temps. On parle de signal analogique. Un oscilloscope utilisant le balayage d un faisceau d électrons reproduit fidèlement les variations de la tension électrique. On parlera d oscilloscope analogique. (figure 2.a) Un oscilloscope numérique utilisera un codage binaire. La tension électrique sera facilement stockée, dupliquée et transmise. Cependant, sa restitution à l écran ne sera pas fidèle à l originale. (visualisation «d escaliers» figure 2b) III) CONVERTISSEUR ANALOGIQUE-NUMERIQUE 1) Le système binaire Il s agit d un système de numération positionnelle à base 2 Base 2 : utilise deux symboles à savoir le «0» et le «1» Positionnelle : le poids du symbole va dépendre de sa position dans l écriture du nombre position du symbole dans l écriture du nombre 4 ème 3 ème 2 ème 1 ère poids du symbole 2 3 = 8 2 2 =4 2 1 =2 2 0 =1 Exemple de nombre binaire 1001 1 0 0 1 Le symbole «1» en première position n a pas le même poids que celui placé en quatrième position. CONVERTIR LE SYSTEME BINAIRE EN SYSTEME DECIMAL 1 x 2 3 + 0 x 2 2 + 0 x 2 1 + 1 x2 0 = 8 + 0 + 0 + 1 = 9
2) Le bit Un bit (de l anglais Binary Digit) peut prendre deux valeurs le «0» et le «1». Nombre de bit(s) nombre de possibilités en codage binaire Pour le système décimal, les nombres s échelonnent de 1 bit 2 0 à 1 2 2 x 2 = 4 0 à 3 4 2 x 2 x 2 x 2 = 2 4 0 à 15 8 (octet) 2 8 = 256 0 à 255 N 2 N 0 à (2 N ) - 1 3) Le convertisseur analogique-numérique Le signal analogique à convertir est une tension électrique variable issue d un capteur (microphone, thermomètre, voltmètre, ) ou d un circuit électrique. a. Echantillonnage-blocage L échantillonnage est la prise de mesures de la tension à intervalles de temps réguliers T e appelés période d échantillonnage. La fréquence f e d échantillonnage correspond au nombre de mesures réalisées par seconde. = 1 Le blocage permet de garder constante la tension échantillonnée pendant une durée égale à la période d échantillonnage T e. L échantillonnage-blocage entraînera une perte d informations sur les variations du temps du signal. Plus la période d échantillonnage T e sera faible (f e d autant plus élevée), plus les variations du temps seront reproduites fidèlement.
b. Quantification La plus petite variation de tension analogique que peut détecter le convertisseur est appelée le pas noté p (on trouve également les termes résolution, quantum). = 2 plage de mesures : différence entre les valeurs maximale et minimale de la tension mesurable par le convertisseur (V) n : nombre de bits p : pas du convertisseur (V) Pour chaque tension échantillonnée, le convertisseur attribuera une tension numérisée proportionnelle au pas du convertisseur. La valeur de la tension numérisée sera égale au multiple entier du pas immédiatement inférieur.
Exemples : tension échantillonnée pas du convertisseur tension numérisée retenue 490 mv 4,9 mv 100 x 4,9 = 490 492 mv 4,9 mv 100 x 4,9 = 490 La quantification s accompagne d une perte d informations sur la tension d autant plus faible que le pas est petit. c. Codage Lors du codage, le temps et la tension sont associés à un couple de valeurs numériques codées en binaire.
IV) IMAGE NUMERIQUE Un écran permettant de visionner une image numérique est divisé en pixels, chacun d'eux composés de trois types de sous-pixels : Rouge, Vert, Bleu La restitution des couleurs sur un écran est basée sur la synthèse additive. La vision des trois couleurs Rouge, verte et bleue sera interprétée différemment par le cerveau de l'observateur selon l'intensité lumineuse de chaque souspixel. Exemple: une intensité maximale pour chaque sous-pixel sera interprétée comme du blanc 1) Le codage des pixels en couleur Le codage RVB en 24 bits expliqué ci-dessous est le plus utilisé. Consulter le site de Gastebois: animation sur les couleurs Chaque sous-pixel est codé par une séquence de 8 bits appelée octet, pour un total de 24 bits pour un pixel. L'intensité lumineuse de chaque sous-pixel peut alors prendre 256 niveaux différents numérotés de 0 à 255, soit 256 x 256 x 256 = 16 777 216 couleurs possibles pour un pixel. Exemple:
2) Le codage en niveaux de gris Pour obtenir une nuance de gris, les trois sous-pixels doivent émettre avec la même intensité. Pour se faire, ils se voient affecter le même code. Ainsi, il est possible d'obtenir 256 niveaux de gris. Plus la valeur est faible, plus la nuance de gris se rapproche de la couleur. 3) Définition et taille d une image numérique La définition d'une image numérique correspond au nombre de pixels qui la constituent. Exemple: Une définition d'image de 640 x 480 signifie que les pixels sont réparties sur 640 colonnes et sur 480 lignes pour un nombre total de 640 x 480 = 307 200 pixels. La taille d'une image numérique exprimée en octet est la place occupée par le codage de l'ensemble des pixels. Codage RVB couleur 24 bits RVB nuance de gris 24 bits Nombre d'octet par pixel Résolution Taille (octet) 3 640 x 480 640 x 480 x 3 = 921 600 1 640 x 480 640 x 480 x 1 = 307 200 Remarque: En réalité, la taille du fichier correspond est légèrement supérieure, car quelques octets supplémentaires sont utilisés pour coder ses caractéristiques (format, nombre de lignes, de colonnes, nom du fichier, )
ANNEXE Etude documentaire pages 516 et 517 : Quelques chaînes de transmission d informations Correction :