1ére partie - martinphysique

Thème 3 :
I) Signal analogique et numérique
Définition :
Un signal analogique est un signal variant continûment dans le temps.
II) Fichier numérique
Un fichier numérique est une succession de nombres binaires appelés «bits».
Exemple : Fichier musical numérique au format «MP3».
Remarque:
Chaque bit peut prendre la valeur 0 ou 1.
N bits codent 2x2x...x2=2N entiers de 0 à 2N-1.
Ainsi, N=8 bits (un octet) qui permettent de coder 256 entiers de 0 à 255 (28-1).
Le signal numérique ne peut prendre que des valeurs bien définies.
Le nombre de bits constituant un fichier numérique est généralement compté
en multiples de l'octet:
 Kilooctets: 1 𝑘𝑜=1024 𝑜𝑐𝑡𝑒𝑡𝑠≈103 𝑜𝑐𝑡𝑒𝑡𝑠
 Mégaoctets: 1 𝑀𝑜=103 𝑘𝑜≈106 𝑜𝑐𝑡𝑒𝑡𝑠
 Gigaoctet 1 𝐺𝑜=106 𝑘𝑜≈109 𝑜𝑐𝑡𝑒𝑡𝑠
 Téraoctets 1 𝑇𝑜=109 𝑘𝑜≈1012 𝑜𝑐𝑡𝑒𝑡𝑠
Le codage du nombre 13 sur 8 bits
est 00001101 car
13=0x27+0x26+0x25+0x24+
1x23+1x22+0x21+1x20
III. Conversion analogique-numérique
Le CAN opère un échantillonnage du signal s(t).
Echantillonner un signal revient à prélever à intervalle de temps
régulier Te (période d’échantillonnage), les valeurs s(nTe) du signal
où n est un entier.
• La fréquence d'échantillonnage 𝑓𝑒=1/𝑇𝑒 doit être
suffisamment grande pour pouvoir reconstituer
convenablement les variations du signal analogique
d'origine.
Quantification
À chacune des dates d'échantillonnage, le CAN opère
une quantification: il produit un nombre binaire de N bits
qui représentent la valeur du signal analogique s(nTe).
Dans une gamme [smin;smax], le CAN va utiliser
2N niveaux de quantification.
le signal s(nTe) sera codé par le nombre binaire 101.
IV) Images numériques et stockage optique
Une image numérique est une image acquise, créée, traitée par un système de
numérisation (appareil photo, scanner etc…). Elle est stockée en langage binaire sur
système de stockage (mémoire, disque optique etc…).
Image pixélisée
Codage d'une image numérique
Chaque pixel est codé par un nombre binaire.
Pour une image en niveaux de gris, le nombre binaire est associé à une des nuances
d'une palette allant du blanc au noir. Par exemple, si chaque pixel est codé par un octet,
l’image peut contenir 28=256 niveaux de gris.
Pour une image en couleurs, un nombre binaire est associé à chaque nuance de
rouge, de vert et de bleu, les couleurs primaires de la synthèse additive des couleurs.
On parle alors de codage RVB.
Ecran de smarphone vu
au microscope optique
V. Lecture optique
Les disques optiques, comme le CD (Compact Disc), le CD-ROM, le DVD (Digital
Versatile Disc) ou le disque Blu-ray, sont les supports du stockage optique. Les
informations (musique, vidéos, etc.) qu'ils contiennent sont codées en langage binaire,
c'est-à-dire par une succession de bits, et inscrites sur une piste disposée en spirale.
Les bits sont matérialisés de façon à créer un contraste optique (creux et plats pour les
disques préenregistrés).
Pour lire l'information inscrite sur le disque optique, on
exploite deux propriétés de la lumière: la réflexion et les
interférences entre deux lumières monochromatiques de
même longueur d'onde.
Lorsque le faisceau passe d'un
creux à un plat (et inversement),
le faisceau réfléchi par le creux et
celui réfléchi par le plat sont en
opposition de phase et interfèrent
de manière destructive.
La réflexion de la lumière sur un
creux ou un plat code le bit «0»,
tandis que la variation d'intensité
de la lumière due aux
interférences destructives
correspond au bit «1».
Capacités de stockage
Type
Longueur d’onde
Capacité :
CD
DVD
Blu-ray Disc
𝜆=780 𝑛𝑚
𝜆=650 𝑛𝑚
𝜆=405 𝑛𝑚
0,7 Go
4,7 Go
25 Go
VI. Transmission d’informations
Une chaîne de transmission est l'ensemble des dispositifs
permettant le transport d'une information sur des distances
souvent importantes.
Une chaîne de transmission comprend trois éléments essentiels:

une source

un canal de transmission

un destinataire
Propagation libre et propagation guidée
 Propagation libre quand le signal peut se propager librement suivant toutes
les directions.
 Propagation guidée lorsque le signal est contraint de se déplacer dans un
espace limité.
La propagation des signaux entre un
téléphone portable et une antenne relais
est libre. Entre l'antenne relais et le
centre d'appel, elle est guidée
Propagation guidée:
Dans un cable:
Comme le télégraphe et le téléphone filaire, reposent sur la propagation d'un
signal électrique guidé le long d’un conducteur électrique.
Dans une fibre optique:
Une fibre optique se compose d'un cœur et d'une gaine d'indice optique plus
faible. La lumière peut ainsi être piégée par réflexions totales successives à
l'intérieur du cœur de la fibre.
Une fibre optique est un
guide dans lequel un signal
lumineux (laser) peut se
propager.
Transmission libre :
Une information peut également être transmise dans l'air en utilisant une onde
électromagnétique de fréquence élevée comme support.
L’onde est alors modulée.
Caractéristiques d'une transmission
a. Signal et bruit
Toute transmission implique la superposition au
signal transmis de perturbations non désirées,
appelées « bruit » ou parasites.
Le rapport signal sur bruit est le quotient sans dimension de la
puissance du signal PS sur celle du bruit PB:
b. Atténuation
L'atténuation en décibel est définie par :
Remarque : On pose
c. Débit binaire:
Les signaux numériques sont constitués d'une
suite de bits, des nombres binaires.
Le débit binaire (ou bitrate) est la quantité d'information qui transite par unité de
temps sur un canal de transmission. Il s'exprime en bits par seconde (bps).
Exemple : Les ports USB
autorisent un débit binaire de
12Mbit.s-1 pour la technologie
USB1 et 480Mbit.s-1 pour
l'USB2.