[PDF] Physique pour laudiovisuel Cours • QCM et exercices corrigé

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ISBN:978-:2I07385

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Physique

pour l"audiovisuel

Traitement du signal numérique Optique

Photométrie

Colorimétrie

58
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€debocksuprubkibosibuc uki skeoouiibocksuprubki oucoobp fi i S S S fi fi fi fi fifi fi fi fi

Stéphane Gautier & Arnaud Margollé

Physique pourl'audiovisuel

Traitement du signal numérique

Optique

• Photométrie • Colorimétrie

Cours • QCM & exercices corrigés

BTS AUDIOVISUEL & DESIGN GRAPHIQUE

DUT & LICENCES AUDIOVISUEL, CINÉMA & SON2

e

édition

9782807327504_LimVol2.indd 113/03/2020 09:22

Pour le même public (ouvrage complémentaire)

Stéphane

GAUTIER & Arnaud MARGOLLÉ,

Physique pour l'audiovisuel

Traitement du signal analogique • Acoustique

Cours • QCM et exercices corrigés - BTS, DUT & Licence, 320 pag es Pour toute information sur notre fonds et les nouveautés dans votre d&omaine de spécialisation, consultez notre site web : www.deboecksuperieur.com

En couvertured: © Kaisprenger/Fotolia

Maquette intérieured: Hervé Soulard/Nexeme

Mise en pages des auteurs

Maquette de couverture : Primo&Primo

Couverture : SCM, Toulouse

Dépôt légal :

Bibliothèque royale de Belgique : 2020/13647/070

Bibliothèque nationale, Paris : avril 2020

ISBN : 978-2-8073-2751-1

Tous droits réservés pour tous pays.

Il est interdit, sauf accord préalable et écrit de l"éditeur , de reproduire (notamment par photocopie) partiellement ou totalement le présent ouvrage, de le stocker dans un e banque de données ou de le communiquer au public, sous quelque forme ou de quelque maniè re que ce soit. © De Boeck Supérieur SA, 2020 - Rue du Bosquet 7, B1348 Louvain-la -Neuve

De Boeck Supérieur - 5 allée de la 2

e

DB, 75015 Paris

9782807327504_LimVol2.indd 213/03/2020 09:22

Tabledesmati ères

Chapitre 1.Chaînede traitement numériquedusi gnal ..................1

1. Introduction1- 2.R eprésentationdel'information numérique 2- 3.N umérisation

des signauxanalogiques 6- 4.R estitutiondessignauxnumér iques13-Fichede synthèse14-QCM etex ercices16-CorrigésdesQCM etdes exer cices30 Chapitre 2.Transmissiondessignaux numériquesen bandedebase..........37

1. Chaîned etransmissionnumér ique37- 2.T ransmissionenbandedebase 38-

3. Lesdiffér entscodesenligne 41- 4.R éceptiondusignalnumér ique47-Fichede

synthèse50-QCM etex ercices52-CorrigésdesQCM etdes exer cices62 Chapitre 3.Transmissiondessignaux numériquesr fréquenceporteuse .......67

1. Transmissionsurfréquence porteuse 67- 2.M odulationparsautd 'amplitude

M-ASK (AmplitudeS hiftKeying)68- 3.M odulationparsautde phaseM-PSK (Phase ShiftK eying)71- 4.M odulationd'amplitudeen quadratureM-QAM( Quadrature

AmplitudeM odulation

73- 5.É tudecomparative desdifférentstypesdemodula-

tions74- 6.T echniquesdemultiplexage76- 7.M odulationmultiporteuseou OFDM OrthogonalFr equencyDivisionMultiplexing )78-Fichede synthèse80-QCM et exercices82-CorrigésdesQCM etdes exer cices93 Chapitre 4.Filtragenumérique ..................................97

1. Systèmesnumériques 97- 2.S tructureouschémafonctionnel100- 3.R éponse

temporelled 'unltre101- 4.T ransforméeenz104- 5.C onditiondestabilitéd 'un ltrenumér ique107- 6.R éponseenfréquence d'un ltrenumérique 108-Fichede synthèse112-QCM etex ercices113-CorrigésdesQCM etdes exer cices121 Chapitre 5.Optiquegéométrique ................................127

1. Propriétésdurayon lumineux127- 2.R éexion,réfraction 129- 3.I magefor-

mée parun miroir plan

132- 4.É tudedesmilieuxtr ansparents .133-Fichede

synthèse147-QCM etex ercices149-CorrigésdesQCM etdes exer cices158 Chapitre 6.Objectifsdep rise devue..............................165 deur dechamp

170- 4.F onctiondeTr ansfert deModulation(FTM)d'unobjectif173

- 5.Le téléobjectif178-Fichede synthèse181-QCM etex ercices182-Corrigés des QCMet desex ercices 193 IV

PHYSIQUE APPLIQUÉEÀ L'AUDIO VISUEL

Chapitre 7.Photométrie......................................203

1. Généralitéssurlephénomène lumineux203- 2.R ayonnementspectraledes

principalessour ceslumineuses208- 3.G randeursphotométriquesrelativ esàune source215- 4.G randeursphotométriquesrelativ esàunr écepteur223-Fichede synthèse230-QCM etex ercices232-CorrigésdesQCM etdes exer cices243 Chapitre 8.Colorimétrie......................................249

1. Physiologiedel 'oeil249- 2.S ynthèsesd'unecouleur 251- 3.F onctionscolori-

métriques252- 4.Espaces colorimétr iques256-Fichede synthèse268-QCM et exercices270-CorrigésdesQCM etdes exer cices280 Chapitre 9.Imageet vidéo numérique.............................291

1. Imagenumérique 291- 2.P rincipedelacompression dedonnées 296- 3.C om-

pressiond 'imagesxesenJP EG299- 4.D écompressionJPEG306- 5.C ompression d'imagesxes enJP EG2000 308- 6.C ompressionvidéonumériqueen MPEG 310 -Fichede synthèse314-QCM etex ercices316-CorrigésdesQCM etdes exer - cices329 degré337- 3.P ropriétésdespuissances337- 4.F onctionlogarithmedécimal 337-

5. Trigonométrie339- 6.G éométrie340- 7.S urfacealgébrique341

Bibliographie

Avant-propos

Unpr oduitaudiovisuelest lamiseenoeuvr ed 'unensemble decompétences spéci- ques àchaque corpsde métierset reposant surun soclecommun deconnaissances. Étudierles sciencesphysiques appliquéesà l'audio visuelper metde maîtriserles concepts scientiquessur lesquelsr eposenttoutes lestechnologiesactuelleset à venir. Consacréautr aitementet latransmissiondes signauxnumér iques, àl'optique

géométrique,auxobjectifs depr isede vue, àlaphotométrie ,à lacolorimétrie età la

vidéo numérique,plusspéciquesaux domainesde l'image .C etouvr ageconstitue le second desdeux volumes destinésprincipalementaux étudiantsdu BTSaudio visuel. Le premiervolume abordeletr aitementetlatr ansmissiondes signauxanalogiques ainsi quel 'acoustique.

Chaque chapitreestconstitué dequatr epar ties:

• uncours ponctuéd 'applicationssimples , • uneche desynthèse regr oupantles principalesnotionsàretenir , des QCMsuivis d'une séried'exer cicesdedifcultéscr oissantesainsiquedes extraitsde sujetdu BT Saudio visuelaveclesoptionsconcer nées, • unecorr ectiondétaillée. Ilest ànoter quele chapitre Filtr agenumér iqueneconcerne quelesoptionssonet exploitation. Àla nde cetouvr age, gurent unformulaireprésentant touslesoutils des termescaractér istiques,permettantunelectureciblée desthématiques. Cetter ééditionreprenantles sujetsduBTS2019, chaqueétudiant pourra ainsise situer parr apportauniveaud 'exigenceactuel del'examen.

Remerciements

Les auteursr emercienttousceuxquiont contribué àla réalisation dece second volume: Jean YvesT illard,ClaudeDelannoy ,ArnaudLajournade, Ser geLescoulier, de discussionset der éexionsqui ontpermisd 'améliorer defaçon signicativece document. Ilsremer cientégalementCarineS imonpour sesprécieuxconseilssur Illustratorainsique Delphine Mar chandetAlietteD elormepourleurrelectur e.

Chapitre1

Chaînede traitement numériquedu signal

1. Introduction

1.1. Signauxanalogiques etsignaux numériques

de valeurs.Enr evanche,les signauxnumériquessont: échantillonnés :ils sontdiscontinus dansle temps, carils n'existent qu'aux instants d'échantillonnage; La gure1.1illustr ela différenceentre unsignal analogique(continudansle tempset en valeurs)etun signalnumér ique(discontinu dansle tempsetnepr enantque huit valeursquantiées). t u(t) u n t

EchantillonsInstants d'échantillonnage

Valeurs

quantifiées

Figure1. 1.Signalanal ogiqueetsignalnuméri que

Remarque

Mathématiquement,un signalanalogique estune fonctiondu tempstandis qu'unsignal numérique estunesuitede valeurs entières .

1.2. Traitementnumériquedu signal

Les signauxexistant dansla nature sonttous analogiques,maisleur traitement numériquepr ésenteuncertain nombre d'avantages: souplesse :un traitement numériqueestfacilement ajustableouparamétr able en coursde fonctionnement; 2

PHYSIQUE APPLIQUÉEÀ L'AUDIO VISUEL

•mémorisation: ilest très facilede mettreunsignal numérique enmémoir eet de lestocker .Ilper metderéaliser desretards etd 'utiliserunegrande var iétéde ltres( cf.chapitre4).

Traitement

et/ou stockage analogique

Signal

analogiqueSignal analogique

Figure1. 2.Chaînede trai tementanalogique

La numérisationenelle-même peuttoutefois dégrader lesignal et,du faitdesar- rondis,lestr aitementsnumér iquesnesontpas exemptsd'erreurs .Le traitement numériqueest nécessairement pluslent,plusconsommateur etplus gourmand en ressourcesmatérielles quel'approche analogique. Cependant,lesprogrès delamicro- électroniquer éduisentdeplusen plusl 'impactde cesdéfauts .

Conversion

analogique numérique

Traitement

et/ou stockage numérique

Conversion

numérique analogique

Signal

analogiqueSignal analogiqueSignal numériqueSignal numérique

Figure1. 3.Chaînede traitement numérique

2. Représentationdel'informati onnuméri que

2.1. Numération

2.1.1. Based'un systèm edenumération

La based 'unsystèmedenumér ationest lenombr edesymbolesou chiffres utilisés pour écrireunnombre .Les principalesbasesutiliséessont: • labase 10,ou décimale: S0,1,2,3,4,5,6,7,8,9Tfi Con

10 symboles

• labase 2,ou binaire :S0,1Tfi Con

2 symboles

• labase 16,ou hexadécimale: S0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,FTfi Con

16 symboles

La base10 estcelle quenous employ onsnatur ellement(av ecnosdixdoigts)etla base

2 estcelle qu'utilisent lesordinateurs, carils fonctionnentdemanièreinterne avec des

signaux "toutour ien» (0ou1).Quantà labase 16,elle permet desimplierl'écr iture de labase 2mais n'a aucuner éalitématérielle. CHAPITRE1. CHAÎNEDE TRAITEMENT NUMÉRIQUE DUSIGNAL 3

2.1.2. Numérationdansles diNér entesbase s

Pourcompter naturellement danslesdifférentes bases, onpeut seréférer autableau

1.1 ci-après.

Base10 Base2 Base16

000 111
2102
3113
41004
51015
61106
71117

810008

910019

101010A

111011B

121100C

131101D

141110E

151111F

Table1.1. Numérationdans les dicérentesbases Danscette partie ,nousnoteronschaquenombr een précisantlabase enindice ,car d10e 10 bd10e 2 etd10e 2 bd10e 16

2.1.3. Changementsdebases

Décimalev ersbinaireOneffectue unesuccession dedivisions euclidiennes(divi- sions avecreste) par2eton noteles restes dansl 'ordr einv erse.

Exemple

Pourconv ertird12e

10 en basebinair e,oneffectueladivision euclidiennepar 2 cf.gure1.4). 13 6 2 32
12 021
0 1 1

Figure1. 4.Conversiondéci male-binaire

Onplace lesr estesdans leurordre inverse ,ce quidonned13e 10 bd1101e 2 4

PHYSIQUE APPLIQUÉEÀ L'AUDIO VISUEL

Binairevers décimaleOnutilise lafor mulesuiv ante: dNe 10 ba 0 P2 0 oa 1 P2 1 oP...a n P2 n (1.1) oùda n a 1 a 0 e 2 bdNe 2

Exemple

d1101e 2 b1P2 0 o0P2 1 o1P2 2 o1P2 3 b1o0o4o8bd13e 10

Exemple

d0101101e 2 bd010fiffi 2

1101fi

Con D e 2 bd2De 16 Hexadécimalev ersbinaireOneffectue l'opér ationinverse.Àchaque chiffrehexa- décimal correspondent4bits .O najouterades 0àgaucheau besoin.

Exemple

d40Fe 16 bd0100fi Con 4 0000 fi Con 0

1111fi

Con F e 2

2.2. Unitésde stockage dedonnéesnumérique

Unbit estun symbolebinair e. C'estla pluspetiteunitédedonnéesnumér iques: le nombreoumot d1101e 2 , parexemple ,contient4bits .C ependant,on utiliseplutôt l'octet(ou byteen anglais)qui correspond à8bits. Comme pourtoutes lesunités,il existe despr éxes( cf.tableau 1.2)à basede puissancesde 10et d'autr esà basede puissances de2 (nonconfor mesau systèmeinternational). k10 3 ki2 10 M10 6 Mi2 20 G10 9 Gi2 30
T10 9 Ti2 40

Table1.2. Préxes

2.3. Motbinaire

Unmot binaire estunensemblede bits(

cf.gure1.5). Lebit leplus àdr oiteest appeléless signicantbit (LSB), oubit depoids faibleet lebit leplus àgauche est appelémost signicantbit (MSB), oubit depoids fort. CHAPITRE1. CHAÎNEDE TRAITEMENT NUMÉRIQUE DUSIGNAL 5

MSBLSB

1010111000111100

Octetde poidsfor tOctetde poidsfaible

Motde 16bits ou2 octets

Figure1. 5.Mot binaire

2.4. Codagedel'info rmationnu mérique

Unmot binaire denbits peutêtr eutilisépourr eprésenter M2 n données diffé- rentes(nombr e,caractères, valeursd'unsignal...).Mest appelénombr edemoments. M2 n

HlogMlog2

n nlog2 soit : nlogMquotesdbs_dbs35.pdfusesText_40

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