Traitement du signal et Applications cours 6
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Traitement du signal et Applicationscours 6
Master Technologies et Handicaps1ère année
Philippe Foucher
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Introduction� Potentialités du traitement du signal sont
énormes� Mais traitement du signal n’a aucun intérêt
si impossibilité de transférer les données� Transmission des données = à la frontière
du TS et de la physique
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Transmission des signaux� Le but de la transmission des signaux est:
- Communiquer entre personnes ou machines.- Traiter l’information à distance.- Stocker les données.
� Impératifs: transmettre la bonne information au bon endroit. Si possible rapidement…
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Information� Pour transmettre des signaux- émetteur- encoder les signaux pour qu’ils soient
compréhensibles pour l’émetteur et le récepteur (on parle de modulation pour signaux analogiques).
- avoir le maximum d’informations dans un minimum de place
- supports- récepteur
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Exemples
Réception du signal Signalencodé + Ré-Emissionéventuelle
Support de transmission
Emetteur du signal (Signalencodé) + Réception
- Téléphonie- Radio/TV- Internet- Visio conférences- ….
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Transmission� Monodirectionnelle
- antennes Télécoms vers récepteur Radio/TV.
� Bidirectionnelle- Téléphones- Internet, multimedia (sons, images, videos,
texte,…)
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Supports de transmission� Permet de transporter le signal le plus
fidèlement possible.� Les signaux subissent des transformations
au cours de la transmission (distorsion, affaiblissements,…)
� Problème de distance, de débit, de quantitéde signal
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Émetteurs/Récepteurs/cables� Ondes EM: Antennes
(Emissions/Réceptions d’ondes hertziennes, RF, IR via antennes terrestres ou satellites) � Radio, téléphonie mobile, TV.
� Signal électrique transmission par câble, pas d’antenne mais des connecteurs entre câble et appareil � Internet, Téléphone
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Supports� Guides avec supports physiques:
- Câbles (locaux, sous-marins, aériens,…)- fibres optiques.
� Guides avec supports non physiques:- Ondes mécaniques ou ondes électromagnétiques
(hertziennes, RF, IR)- Antennes émettrices et réceptrices- Relais satellites…
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Déformations� Distorsions
- déformation du signal � Affaiblissement (Atténuation)
- l’amplitude du signal s’affaiblit� Diaphonie
- exemple: « friture » au téléphone
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Causes des déformations� Distorsion
- matériels d’émission et/ou de réception non adaptés au signal (problèmes de réflexions, de saturation en amplitude,…)
� Diaphonie- interférences entre deux signaux (problèmes électromagnétiques liés par exemple à l’orage)
� Atténuation- tout signal s’affaiblit lorsqu’il est transmis (bande passante à -3dB)- Atténuation augmente avec la distance- problèmes de connectique- causes externes (températures, humidité,…)
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Résolution� On arrive facilement à limiter ces
problèmes:- câbles coaxiaux- Meilleure émission/Réception- Fibres optiques…
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Transmission en analogique ou numérique ?� Pour un gain de temps et d’efficacité,
autant transmettre les signaux tels qu’ils sont (analogiques et numériques)
� Les téléphones utilisent (aient) les signaux analogiques, donc transmission en analogique
� Les ordinateurs utilisent le numérique donc transmission en numérique
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En fait…� Transmission en numérique meilleure
- Moins de distorsions, atténuation, parasites,…- Compression plus facile- Modélisation plus facile- Plus rapide.- Plus de potentialités à long terme
- Mais déformation à grande distance
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Alors pourquoi l’analogique ?� C’est moins cher.� Équipements sont encore en grande partie
analogique (notamment tous les câbles sous-marins)
� Plus sûr pour les grandes distances� Nécessité de CAN.� Exemple: Ligne Numeris
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Caractéristiques d’un supportSignal numérique� Bande passante: intervalle de fréquences
pour lesquelles la transmission est bonne.� Vitesse de transmission ou débit (nombre
de bits par sec) dépend de la bande passante.
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Vitesse de transmission et débit� La vitesse de transmission dépend aussi
- du support, de l’émetteur et du récepteur (modem, câbles…) - de son encombrement (ou sa disponibilité)
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Débit� Débit: nombre de bits transmis par
seconde.- pour un modem (bas-débit): 56 kbits par sec. - pour adsl (haut-debit): on arrive à20Mbits/sec
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Exemple (1)� Une vidéo = succession d’images� couleur, 10 à 15 images par sec pendant 1
minute.Si image (320*240) en couleur RGB: 46 Mo- 56 kbits/sec � 10 minutes de téléchargement- 20 Mbits/sec � environ 25 secondes
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Exemple (2): film� Film: 25 images/sec� Résolution 800*600� Couleur: 3 octets� 2 h de films = 7200 sec� Il faut 259,2 Go pour stocker le film�Soit 55 DVDs pour un film … muet.
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RésultatPour visionner ou télécharger une vidéo� Il faut alléger la vidéo � Compression des
données.� Augmenter le débit � Ligne très haut débit
(limite techniques)� Augmenter les capacités de stockage
(limites techniques)
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Compression� La compression d’un fichier (images, audio,
vidéo, autres) permet de réduire la taille du fichier.
� Comment ?- Élimination de l’information redondante/inutile- Codage différent de l’information
� Compression: partie essentielle du TS
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Compression: 2 grandes méthodes� Compression
destructrice.
- Perte d’informations
� Compression non destructrice
- Codage différent- Pas de perte
d’informations
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Compression destructrice� On élimine les fréquences du signal qui
sont inutiles ou qui sont cachées.� On réduit la qualité du signal (par analyse
spectrale)
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Exemple� Fichier sonore:
- Élimination des fréquences inaudibles- Élimination des fréquences à très faibles
amplitudes.- Élimination des fréquences inutiles (Exemple, si
on enregistre un bruit très soutenu (passage d’une voiture), on peut éliminer le bruit d’une mouche
- Élimination de certaines harmoniques (T. Fourier)
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Avantages/inconvénients� Avantages:
- très fort taux de compression - Rapidité et simplicité
� Inconvénient:- impossible de revenir en arrière et de retrouver le
signal initial.- Signal de moins bonne qualité
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Compression non destructrice
� L’ensemble de l’information est sauvegardée
� On la code différemment, en utilisant un système qui prend moins de place.- recherche de redondances- mesures statistiques…
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Exemple� Fichier sonore
�Fichier de plusieurs secondes présentant 10 fois la même fréquence.
�On code une fréquence que l’on répète dix fois au lieu de coder 10 fois la même fréquence.
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Exemples (2)� Une image présentant 100 fois le même
pixel.�On code une fois le même pixel que l’on
répète 100 fois�Au lieu de coder 100 fois les pixels
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Methodes non destructrices (RLE)� Méthode (RLE, Run Length Encoding)
- recherche des répétitions de pixels dans une image- on peut gagner jusqu’à 90% de place- très simple mais toujours performant (en terme de gain de place, parfois on augmente même la taille)
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Algorithme de Huffman� On code les valeurs qui reviennent souvent
sur peu de bits et les valeurs rares sur beaucoup de bits
� Méthode plus compliquée mais très performante
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Avantages/inconvénients� Avantages
- pas de perte d’information
� Inconvénients- Taux de compression limité (<50%)
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Normes de compression� La compression est codifiées selon
certaines normes.� 1 Groupe de travail (1988) a mis au point la
norme Mpeg (Moving Picture Expert Group)
� Format Mp3: Mpeg (Mpeg audio layer 3) permet la compression de fichier audio
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Fichier Mp3� Compression avec destruction de l’information.� Taille d’un fichier grandement réduite (1/12)� Comment ?
- suppression de l’information sonore peu audible (au-delà de 8kHz)- suppression des signaux aigus cachés par signaux graves.- Suppression des harmoniques en musique.
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Fichier jpeg� Norme de compression d’images: Joint
Photographic Experts Group (1986).� Compression destructrice� Taille réduite des images (90% de
réduction)� Différences souvent imperceptibles à l’œil
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Exemples (images)
� Fichier bmp (640*480): 900Ko
� Fichier jpg (640*480): 144ko
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Fichier Mpeg� Adapté pour fichier vidéo. � Redondance spatiale (Standard M-Jpeg)� Redondance temporelle: on ne recode ce
qui ne change pas d’une image à l’autre.
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Codecs� Le COdage et la COmpression permet de
sauvegarder les vidéos� Le DECodage et la DECompression
permet de lire les vidéos� Pour ces deux opérations, on utilise donc
des logiciels appelés codecs.� Codecs adaptés à l’utilisation
(professionnel ou utilisateur).
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Application pour le handicap� Dispositif d’interprétation en LSF à distance
(en utilisant la vidéo conférence).
� Envoi de vidéos de bonne qualité(résolution de l’image, couleur) et en direct (haut-débit)
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UNIVERSITYUNIVERSITY
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Université ou école
Interprète délocalisé
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Conclusion� Traitement du signal sans intérêt si pas de
transmission.� Compression du signal avec ou sans perte
d’informations.� Toujours s’adapter à l’application et non
l’inverse