Conversion analogique – numérique
Les convertisseurs analogiques - numérique CAN ou « Analog to digital converter On peut définir le pas de quantification (ou quantum) égal à la valeur ...
introduction a lelectronique numerique echantillonnage et
Quantification -Échantillonnage. Caractéristique de transfert d'un CAN – Quantification à 4 bits q est le pas de quantification : il correspond à la plus
Conversions analogique - numérique et numérique - analogique.
Le pas de quantification et la précision d'un CAN dépendent du nombre de bits en sortie appelé résolution. Pour un CAN à N bits
Conversion Analogique-Numérique (CAN)
Résolution et pas d'un Convertisseur Analogique-Numérique (CAN). les valeurs du pas et de la résolution du CAN. ... La quantification s'accompagne.
COURS 5 : CONVERSIONS CNA & CAN Pas de quantification et
pas de quantification et rythme de quantification N bits ? 2N niveaux de quantification ... Analogique= CAN = ADC = Analog-to-Digital Converter.
B13. Convertisseurs Analogique / Numérique (CAN)
Résolution ou "pas de quantification" ou "incrément" : ?Ve = q = CAN (bus parallèle par exemple à 8 bits) relie la sortie du compteur à l'entrée du ...
TP 7 : Numérisation dun signal : quantification et traitement numérique
Ce convertisseur possède tout comme le CAN
TP 7 : Numérisation dun signal : quantification et traitement numérique
Ce convertisseur possède tout comme le CAN
Quantifier pour Quantifier pour numériser
Le pas de quantification dépend donc du nombre de bits du CAN. On considère un signal analogique d'amplitude maximale de 10 V. Pour une tension de 5V.
Cours : Numériser le signal audio.
Le convertisseur analogique numérique ou CAN est un circuit intégré électronique finesse des tranches est le pas de quantification. Définition :.
[PDF] Conversions analogique - numérique et numérique - analogique
Le pas de quantification et la précision d'un CAN dépendent du nombre de bits en sortie appelé résolution Pour un CAN à N bits le nombre d'états
[PDF] introduction a lelectronique numerique echantillonnage et
L'opération de quantification consiste à attribuer un nombre binaire à toute valeur prélevée au signal lors de l'échantillonnage C'est le CAN (convertisseur
[PDF] Conversion analogique – numérique - Canal U
On peut définir le pas de quantification (ou quantum) égal à la valeur maximale de la tension échantillonnée sur le nombre N de niveaux de quantification La
[PDF] Conversion Analogique-Numérique (CAN) - Eduscol
La quantification s'accompagne d'une perte d'information sur la tension d'origine Le pas de numérisation correspond au plus petit écart de tension en volt V
[PDF] CONVERSIONS CNA & CAN Pas de quantification et Rythme de
COURS 5 : CONVERSIONS CNA CAN 35 Elec / ETI 2S H Benisty ESO1 /2014 • période d'échantillonnage Pas de quantification et Rythme de quantification
[PDF] CONVERSION ANALOGIQUE/NUMERIQUE
Chaque échelon situé entre 2 niveaux de décision successifs s'appelle résolutionou de pas de quantification ou encore largeur de quantification
Conversion dun signal analogique en signal numérique - Maxicours
Un signal numérique ne peut prendre que certaines valeurs : c'est la quantification assurée par un convertisseur analogique-numérique (C A N )
[PDF] 1 Le problème :
Le bruit de quantification est crée par l'erreur que quantification sur le bit de poids faible Comme le bruit est blanc l'erreur est purement aléatoire si la
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? Erreur de quantification ? Vitesse maximale de variation de Ve(t) admise par le convertisseur au cours d'une phase de conversion Cette valeur est
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diminuer le « pas » de quantification (fonction du nombre de bits du CAN) pour obtenir une numérisation le plus fidèle du signal analogique à convertir en
Le pas de quantification et la précision d'un CAN dépendent du nombre de bits en sortie, appelé résolution. Pour un CAN à N bits, le nombre d'états
Comment déterminer le pas de quantification ?
Le pas de quantification sera de q = E/(2n)= 8 / 8 = 1 V. Toutes les tensions comprises entre 0 et 8 V auront comme valeur binaire 000 et ainsi de suite jusqu'à 111 correspondant à la valeur maximale de la tension E, soit 8 V.C'est quoi le pas de quantification ?
L'intervalle de tension entre deux valeurs numériques binaires successives s'appelle le pas de quantification, pour le déterminer on divise l'intervalle de tension par la résolution.Quel est le principe de la quantification ?
La quantification consiste à affecter une valeur numérique à chaque échantillon prélevé. Lors de la quantification, on affecte une valeur binaire à la tension. Avec 8 bits de quantification, on peut écrire 256 nombres différents.- l'échantillonnage prélève, le plus souvent à intervalles réguliers, la valeur du signal ; la quantification transforme une valeur quelconque en une valeur prise dans une liste finie de valeurs valides pour le système ; le codage fait correspondre à chaque valeur valide pour le système un code numérique.
Jean-Paul Stromboni, ESSI le 02/03/2005
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N uu u mm m rr r ii i ss s ee e rr r ll l ee e ss s ii i gg g nn n aa a ll l aa a uu u dd d ii i o o oPrécision : Questions à résoudre : Votre but est d'apprendre résoudre les questions de la liste suivante en utilisant les
informations qui leur sont attachées, à savoir : - des liens vers les notions nécessaires documentées dans le contenu du cours - des réponses brutes (sans explications) aux questions - des procédures suggérées pour aboutir aux réponses attendues1. Connaître les composants de la chaîne de numérisation
2. Savoir lire un chronogramme
3. Savoir numériser un signal audio
4. Choisir la fréquence d'échantillonnage
5. Calculer la taille d'un fichier audio
6. Tirer les conséquences de la contrainte de Shannon
Précision : Contenu du cours : L'objectif de ce chapitre consiste à introduire le concept de signal numérique et
l'opération de numérisation. De multiples applications de la technologie moderne utilisent des sons et des images numériques, voir les CD, DVD, appareils photos, caméscopes, téléphone, radio, les ordinateurs, internet ... d'où l'intérêt de bien cerner les tenants et les aboutissants de l'opération de numérisation. Pour cela, voici précisément la liste des thèmes développés :1. Comment les ordinateurs numérisent les sons
2. Les différentes formes possibles du signal audio
3. Les paramètres de la numérisation du signal audio
4. Comment bien choisir la fréquence d'échantillonnage
5. Quel est l'impact de la longueur binaire choisie
6. Comment calculer débit et taille d'un son numérisé
Jean-Paul Stromboni, ESSI le 02/03/2005
THÈME 1
COMMENT LES ORDINATEURS NUMÉRISENT LES SONS.
Les ordinateurs savent numériser un son, puis le traiter, par exemple le compresser, le filtrer, lui ajouter des effets sonores, et enfin le jouer sur les haut-parleurs. Pour ce faire, le son est d'abord transformé par le micro en signal audio électrique qui est présenté à la carte son qui va le numériser avant le traitement par l'ordinateur. Le signal traité peut être transformé en son par les haut-parleurs. haut- parleurs microCANCNAle son
s(t) signalélectrique
signal bloquésignal s(t) numérisé signal traité carte son DSP le sonTraitement
du signal numérisé micro- processeur haut- parleurs microCANCNAle son
s(t) signalélectrique
signal bloquésignal s(t) numérisé signal traité carte son DSP le sonTraitement
du signal numérisé micro- processeurTraitement
du signal numérisé micro- processeurDéfinition : son
Le son est une vibration de l'air qui se propage avec des caractéristiques variables d'intensité, de fréquence, de portée, d'écho, ... L'oreille humaine est sensible aux sons dans certaines limites d'intensité et de fréquence, c'est le processus de l'audition. Quand les cordes vocales créent des sons, c'est la voix et le processus de la phonation.Définition : micro
Le microphone (abréviation micro) est le capteur utilisé par l'ordinateur pour transformer le son en signal électrique, que l'on appelle signal audio. Le micro est ainsi un transducteur électro-acoustique.Définition : carte son
La carte son réalise l'interface entre l'unité centrale de l'ordinateur, le micro et les haut-parleurs. On y trouve des bornes électriques pour échanger les signaux :1. la borne micro reliée à l'entrée du CAN, acronyme pour Convertisseur Analogique
Numérique afin de numériser le signal électrique issu du micro.2. la borne haut-parleur est reliée à la sortie du CNA ou Convertisseur Numérique
Analogique qui synthétise des sons audibles par blocage d'ordre zéro.3. la borne line, qui permet d'échanger des signaux audio avec d'autres appareils
Si la carte son est amovible, on y trouve également un connecteur de bus pour les échanges de données avec l'unité centrale. Parfois, on y trouve aussi un processeur DSP pour traiter le signal audio directement dans la carte son.Jean-Paul Stromboni, ESSI le 02/03/2005
Exemple : carte son
Sur la carte son amovible représentée ci-dessous, on peut repérer à droite les bornes électriques utilisables pour brancher micro et haut-parleurs, et le connecteur de bus en bas. Sur la carte, on repère le CNA (en anglais DAC), le DSP, microprocesseur spécialisé, et sans doute le CAN en bas au centre.Définition : CAN
Le convertisseur analogique numérique ou CAN est un circuit intégré électronique capable de numériser le signal électrique présenté à la borne micro de la carte son.Définition : CNA
Le CNA (pour convertisseur numérique analogique) est un circuit intégré qui constitue à partir d'un signal numérique un signal électrique utilisable sur la borne haut-parleur de la carte son en utilisant la technique du bloqueur d'ordre zéro.Définition : haut-parleurs
Les haut-parleurs sont des transducteurs électroacoustiques capables de traduire un signal électrique en vibration sonore de l'air, d'où un son. C'est l'inverse du micro.Définition : DSP
Un DSP est un microprocesseur spécialisé capable de traiter les signaux associés aux sons plus rapidement et plus efficacement que les microprocesseurs à usage général. DSP est l'acronyme pour Digital Signal Processor, qui signifie Processeur de Signal Numérique. Digital est la traduction anglaise de numérique.Trois bornes :
micro, line et haut-parleursLiaison par bus avec le
micro processeur CNA CANJean-Paul Stromboni, ESSI le 02/03/2005
THÈME 2
LES DIFFÉRENTES FORMES POSSIBLES DU SIGNAL AUDIO. Les propriétés du signal audio électrique issu du microphone subissent plusieurs transformations dans la carte son. C'est au départ un signal continu et un signal analogique, avant de devenir un signal discret et surtout un signal numérique.Définition : signal audio
Un signal habituellement est une fonction du temps créée par un capteur pour mesurer une grandeur physique. Le signal audio est un cas particulier de signal qui traduit la mesure d'un son. Présenté à l'entrée du CAN, ce signal issu du micro est en réalité une tension électrique qui reproduit les vibrations de l'air. Cette tension est proportionnelle à tout instant à la pression de l'air mesure donc l'intensité instantanée du son. On la représente aisément dans un chronogramme.Formalisation : signal audio
On note s(t) l'intensité ou valeur instantanée du signal audio, en Volt à la sortie du micro et à l'entrée des haut-parleurs, t est le temps exprimé en seconde (s).Précision : signal audio
L'intervalle des valeurs permises au signal audio )(ts reste limité à ]1,1[IVP, c'est-à-dire que tts ],1,1[)( ou encore que tts,1)(1.Définition : chronogramme
Quand on représente au cours du temps un signal audio, avec le temps en abscisse et l'intensité en ordonnée, on obtient un chronogramme.Jean-Paul Stromboni, ESSI le 02/03/2005
Exemple : chronogramme, signal audio, Goldwave
Le chronogramme d'un signal audio est tracé ici par Goldwave. On peut y lire la durée sec5,9 et l'ordre de grandeur de l'intensité %10.Définition : signal sinusoïdal
Un signal sinusoïdal est un signal dont l'intensité prend la forme suivante : )2cos()( 0 tfats ou )2sin()( 0 tfts, où a est l'amplitude, la phase ou déphasage, et 0 f la fréquence.Précision : signal sinusoïdal
On appelle note pure un signal audio sinusoïdal, c'est la note de musique la plus simple. Ainsi, la tonalité téléphonique est une note pure LA3 de fréquence 440 Hz que tout un chacun peut entendre avant de composer un numéro de téléphone. Exemple : signal continu, signal sinusoïdal, signal analogique, Le chronogramme suivant est tracé par la fonction plot(.) de Matlab à partir de l'expression mathématique du signal )4402cos(9.0)(tts C'est le chronogramme d'un signal sinusoïdal, analogique et continu. Sur le chronogramme, on propose de s'exercer à retrouver :1. 5 périodes du signal, et une durée d'environ 11ms,
2. la période ms2,2 du signal et sa fréquenceHz440, 3. l'amplitude : 9.0 de la sinusoïde.Jean-Paul Stromboni, ESSI le 02/03/2005
Définition : signal analogique
Un signal audio est analogique quand l'intensité peut prendre toute valeur dans l'intervalle IVP des valeurs permises soit ]1,1[ , c'est le cas du signal issu du micro.Définition : signal continu
Un signal est continu (abréviation de " à temps continu») quand on peut mesurer son intensité à tout instant de l'enregistrement, c'est le cas du signal issu du micro.Définition : signal discret
Un signal discret (à temps discret) est une suite de valeurs mesurées périodiquement sur un signal continu, son intensité n'est connue qu'aux instants de mesure.Exemple : signal discret
Le signal suivant est constitué de 100 mesures représentées en rouge et opérées sur un signal continu qui est indiqué par un trait pointillé bleu.Définition : signal numérique
Un signal numérique possède une intensité quantifiée qui ne peut prendre qu'un nombre fini de valeurs différentes dans l'intervalle des valeurs permises1,1IVP.
Exemple : signal numérique
Le signal ci-dessous (en rouge) est numérique dans la mesure où on peut vérifier qu'il ne sait prendre que 8 valeurs différentes sur la figure.On complétera ces valeurs :
,...75.0,5.0,25.0,0.Jean-Paul Stromboni, ESSI le 02/03/2005
Définition : Matlab
MATLAB (ou Matrix Laboratory) est un logiciel de calcul et de simulation basé sur le calcul matriciel et utilisé dans le domaine du Traitement du Signal et des Images, et dans de nombreux domaines scientifiques et techniques. Il sera utilisé dans la suite de ce cours pour analyser, traiter et représenter les sons numériques, ce qui donnera l'occasion d'apprendre à s'en servir. Quand on parle de Matlab, il peut être intéressant de connaître l'existence de Scilab proche de MATLAB, et pourtant gratuit, créé et développé par l'INRIA Rocquencourt.Définition : Goldwave
Goldwave est un shareware qui peut être utilisé en Travaux Pratiques pour enregistrer, observer et traiter les sons numériques, la version d'évaluation est accessible sur le site www.goldwave.comDéfinition : bloqueur d'ordre zéro
Un bloqueur d'ordre zéro constitue un signal continu c'est-à-dire qui dure dans le temps en partant d'une suite de valeurs instantanées arrivant à intervalles de temps réguliers. Le principe est de maintenir la dernière valeur arrivée jusqu'à l'arrivée de la valeur suivante, il en résulte un signal constant par morceaux que l'on appelle signal bloqué. Blocage d'Ordre Zéro (ou BOZ) se dit Zero Order Hold (ZOH) en anglais. Exemple : bloqueur d'ordre zéro, signal bloqué Le chronogramme créé ci-dessous avec la fonction stairs(.) de MATLAB met enévidence l'aspect caractéristique d'un signal bloqué, ou créé par blocage d'ordre zéro,
c'est-à-dire constant par morceaux. On vérifie qu'il s'agit d'un signal à temps continu.Jean-Paul Stromboni, ESSI le 02/03/2005
THÈME 3 LES PARAMÈTRES DE LA NUMÉRISATION DU SIGNAL AUDIO Pour numériser un signal audio, il faut choisir une fréquence d'échantillonnage et fixer une longueur binaire ou nombre de bit pour coder chaque échantillon.Définition : numériser
La numérisation d'un signal audio consiste en pratique à le découper doublement :1/ d'abord selon l'axe des temps, et on nomme échantillonnage ce découpage et
période d'échantillonnage l'épaisseur des tranches de temps2/ ensuite, selon l'axe des intensités, et on nomme quantification ce découpage dont la
finesse des tranches est le pas de quantification.Définition : échantillonnage
L'échantillonnage du signal audio est la mesure périodique de son intensité, au rythme de la période d'échantillonnage. On nomme échantillons les valeurs mesurées aux instants d'échantillonnage.Exemple : échantillonnage
Le CAN ou Convertisseur Analogique Numérique est le circuit intégré électronique de la carte son qui mesure l'intensité du signal audio du micro au rythme d'une période d'échantillonnage, et qui le code en binaire dans des mots de longueur binaire donnée.Formalisation : échantillonnage
Les instants d'échantillonnage sont les instants en nTt, avec n entier. Les échantillons sont les valeurs de )(ts aux instants d'échantillonnage. e nTte tsnTs On peut les déterminer (1) sur le chronogramme et (2) à partir de l'expression )(ts.Définition : période d'échantillonnage.
La période d'échantillonnage est le laps de temps qui sépare deux échantillons successifs. On note e T la période d'échantillonnage qui s'exprime en seconde (s).Jean-Paul Stromboni, ESSI le 02/03/2005
Définition : fréquence d'échantillonnage. La fréquence d'échantillonnage est le nombre d'échantillons mesurés par seconde, c'est donc exactement l'inverse de la période d'échantillonnage.On note
e f la fréquence d'échantillonnage qui s'exprime en Hertz (Hz) : ee Tf/1.Exemple : fréquence d'échantillonnage.
On rencontre couramment les valeurs suivantes pour la fréquence d'échantillonnage : Hzf e8000 (pour le téléphone) et Hzf
e44100 (pour les CD audio).
Définition : quantification
On dénomme quantification l'effet produit sur l'intensité du signal audio par le codage en binaire de chaque échantillon avec une longueur binaire fixée. C'est un effet non linéaire, car l'intensité du signal codé ne peut prendre qu'un nombre limité de valeurs séparées par un ou plusieurs pas de quantification .Définition : longueur binaire
C'est le nombre de bits utilisés pour coder en binaire chaque échantillon. Si B est la longueur binaire des échantillons, on dispose seulement de B2 codes
binaires différents pour coder l'intensité des échantillons, laquelle peut pourtant prendre toutes les valeurs de l'intervalle ]1,1[ IVP.Exemple : longueur binaire
Ainsi, une longueur binaire bitB8 donne 256 codes différents, pas un de plus !Une longueur binaire
16B autorise 65536 valeurs binaires différentes, ...
Définition : pas de quantification
Le pas de quantification est l'écart inévitable entre deux valeurs successives possibles pour les échantillons après codage en binaire surB bit.
Définition : loi de quantification
La loi de quantification indique l'intensité associée à chacun des codes binaires possibles. Avec B bit, l'intervalle des intensités permises ]1,1[ IVP est partitionné en B2 sous-intervalles, et une valeur d'intensité est associée à chaque sous-intervalle.
Précision : loi de quantification
Une loi de quantification est dite uniforme quand les B2 pas de quantification sont de
taille identique. Pour un signal audio quantifié avecB bit, cette taille vaut alors
B P2/2Exemple : loi de quantification
La loi de quantification du CAN découpe l'intervalle ]1,1[IVP en B2 sous
intervalles égaux notés iP, i de 0 à 12
BSi on note les bornes inférieures
1210B mmm, la règle d'association est la suivante : si )( e nTs est inclus dans le pas de quantification i
P on lui associe le code i en binaire
surB bit et la valeur d'intensité quantifiée
in ms .Jean-Paul Stromboni, ESSI le 02/03/2005
La variante qui consiste à associer à )(
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