Leçons de niveau 12

Les signaux électriques/Signaux binaires, signaux numériques

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Signaux binaires, signaux numériques
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Chapitre no 2
Leçon : Les signaux électriques
Chap. préc. :Signaux analogiques
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Signaux binaires[modifier | modifier le wikicode]

Ces signaux ne prennent pas que deux valeurs, une qui symbolise le 0 logique et le 1 logique.

Avantages Inconvenients
Codage USB Simple à produire Moins robuste aux perturbations
Codage NRZ Plus robuste aux perturbations Compliqué à produire

Signaux numériques[modifier | modifier le wikicode]

Les phénomènes qui nous entourent sont quasiment tous continus, c'est-à-dire que lorsque ces phénomènes sont quantifiables, ils passent d'une valeur à une autre sans discontinuité prenant une infinité de valeurs.

Exemple : si l'on désire reproduire les valeurs d'un phénomène, il s'agit de l'enregistrer sur un support, afin de pouvoir l'interpréter pour reproduire le phénomène original de la façon la plus exacte possible. Lorsque le support physique peut prendre des valeurs continues, on parle d'enregistrement analogique. Par exemple une cassette vidéo, une cassette audio ou un disque vinyle sont des supports analogiques.

Par contre, lorsque le signal ne peut prendre que des valeurs bien définies, en nombre limité, on parle alors de signal numérique.

La représentation d'un signal analogique est donc une courbe, tandis qu'un signal numérique pourra être visualisé par un histogramme.

Digital.signal.svg

De cette façon, il est évident qu'u nsignal numérique est beaucoup plus facile à reproduire qu'un signal analogique (la copie d'une cassette audio provoque des pertes…).

Un signal numérique est le résultat de la numérisation d'un signal analogique. La numérisation comporte deux activités parallèles : l'échantillonnage (en anglais sampling) et la quantification.

  • L'échantillonnage consiste à prélever périodiquement des échantillons d'un signal analogique. On discrétise le signal. Le temps entre chaque prélèvement est appelé période d'échantillonnage Te.

Digital.signal.discret.svg

  • La quantification consiste à afficher une valeu numérique (la plupart du temps en binaire) à chaque échantillon prélevé.

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On peut remarquer que si l'on veut stocker les données de ce signal, on aura n × fe bits par seconde (b/s).

Par exemple, si Te = 1 s et n = 3, on doit sauvegarder 3 b/s. Si Te = 1 ms et n = 3, on doit sauvegarder 3 000 b/s ou 3 kb/s.

Comment augmenter la précision de la numérisation ?

En augmentant le nombre d'échantillons, c'est-à-dire en diminuant Te (augmentation de la fréquence d'échantillonnage fe. En effet, on a doublé le nombre de bits par seconde à sauvegarder. Par exemple, si Te = 0,5 ms et n = 3, on a 6 kb/s.

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En augmentant le nombre de paliers, c'est-à-dire en augmentant n le nombre de bits. Doublons le nombre de paliers n+1 bits. Si Te = 1 ms et n = 4, on a 4 kb/s.

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En augmentant les deux, échantillonnage et quantification. Si Te = 0,5 ms et n = 4, on a 8 kb/s.

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La précision ou qualité d'un signal numérique (c'est-à-dire, à savoir si la conversion analogique numérique sera la plus fidèle possible) dépendra de ces deux facteurs :

  • la fréquence d'échantillonnage (appelé taux d'échantillonnage) : plus celle-ci est grande (c'est-à-dire que les échantillons sont relevés à de petits intervalles de temps) plus le signal numérique sera fidèle à l’original.
  • le nombre de bits sur lequel on code les valeurs (appelé quantification) : il s'agit en fait du nombre de valeurs différentes qu'un échantillon peut prendre. Plus celui-ci est grand, meilleure est la qualité

La numérisation peut garantir la qualité d'un signal, ou bien en diminuer volontairement la précision pour :

  • diminuer le coût de stockage
  • diminuer le coût de la numérisation
  • diminuer les temps de traitement
  • tenir compte du nombre de valeurs nécessaires selon l'application
  • tenir compte des limitations matérielles

On comprendra donc que le choix de Te (qui suit certaines règles mathématiques strictes) et le choix du nombre n de bits est primordial pour :

  • ne pas (trop) détériorer le signal numérisé
  • limiter l’espace mémoire de stockage qui est de n × fe b/s.

Il faudra donc choisir le bon compromis entre détérioration acceptable du signal et espace mémoire de stockage.