Thème 3 : Défis du XXIe siècle.

D26 Transmettre et stocker de l’information.

Informations et chaînes de transmission.

I) Signal analogique et numérique Définition : Un signal analogique est un signal variant continûment dans le temps. Au contraire, un signal numérique est un signal variant de façon discontinue 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. Quantifier le signal s(nTe), c’est définir un nombre binaire dont le niveau est le plus proche de s(nTe) . Remarque : Quantifier un signal analogique introduit une perte d’information. Il faut choisir l’intervalle [smin;smax] encadrant au plus près le signal analogique. 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…). Une image numérique est subdivisée en cases, appelées pixels (contraction de l'anglais « picture élément »). Pixels Image pixélisée

Une image «4608x3456» (ou «16MP») contient 4608 pixels en largeur et 3456 en hauteur, soit 4608x3456=15,95x106pixels (16 mégapixels).

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

Exemple : Dans le codage RVB 24 bits (ou «couleurs vraies»), chaque couleur primaire est codée par un octet. Un pixel est donc codé par 3 octets. Il existe 28=256 nombres binaires possibles (numérotés de 0 à 255), pour décrire chaque couleur. Il y a donc 256x256x256=17 millions de couleurs possibles. Conclusion : Une image numérique est un tableau de nombres: chaque pixel est codé par un nombre binaire qui correspond à un niveau de gris, ou par trois nombres correspondant à une nuance de rouge, de vert et de bleu pour les couleurs (codage RVB).

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 A cause de la diffraction le faisceau du laser n'est pas ponctuel ; c'est une tache de diamètre d proportionnel à la longueur d'onde 𝜆 de la lumière dans le vide. De ce fait, la capacité de stockage est d'autant plus élevée que la longueur d'onde 𝜆 du laser qui lit le disque optique est petite. Type CD DVD Blu-ray Disc Longueur d’onde 𝜆=780 𝑛𝑚 𝜆=650 𝑛𝑚 𝜆=405 𝑛𝑚 Capacité : 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.

FIN D26