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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

��������������

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