Traitement du signal et Applications cours 6 - Université Paris 8

Traitement du signal et Applications
cours 6
Master Technologies et Handicaps
1 ère 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
- Téléphonie
- Radio/TV
- Internet
- Visio conférences
- ….
Support de transmission
Emetteur du signal (Signal
encodé) + Réception
Réception du signal Signal
encodé + Ré-Emission
éventuelle
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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 quantité
de 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 support
Signal 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 à
20Mbits/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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Résultat
Pour 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.
Compression
non destructrice
- Perte
d’informations
- 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 (

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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UNIVERSITY
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
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