Conversion Analogique / Numérique(CAN)
Numérisation du Signal
Audio-vidéo
Cette présentation reprend les notions de base :Signal analogique
Caractéristiques des signaux analogiquesÉchantillonnage du signal analogique Fréquence d’échantillonnage fs (ou fe)Théorème de Shannon / NyquistQuantification, quantification delta / sigmaCAN vidéo, influence du choix de fs
Objectif principal : Comprendre et évaluer les critères de conversion analogique/numérique
Objectif
Source documentaire :
Conclusion
Que représentent les signaux issus du micro et de la caméra analogique ?
1- Signal analogique
Source documentaire :
Micro
Oscilloscope
Signal audio
→→→→ variation continue de la tensionen fonction du temps
Caméraanalogique
Signal vidéo
→→→→ variation continue avec apparition d’une périodicité
Techniques AV et MM (Dunod)
Noter les différences de caractéristiques des signaux analogiques.
2- Caractéristiques des signaux analogiques
Source documentaire :
Signal audio Signal vidéo
Techniques AV et MM (Dunod)
Amplitude
Temps
Amplitude
Temps
0
0→→→→ Tension alternative →→→→ Tension positive
Encombrement spectral des signaux analogiques :Amplitude
Fréquence
16Hz 16kHz
fBas
se
Méd
ium
Aig
u
50Hz 6MHz(L)
fAplat del’image
Détails del’image
Amplitude
FréquenceYC
Quelle structure est la plus à même de produire l’horloge d’échantillonnage ?
3- Echantillonnage du signal analogique
Source documentaire :Techniques AV et MM (Dunod)
Cours de télévision (Dunod)
Échantillonner, c’est prélever des échantillons à des intervallesde temps réguliers.
Signal analogique
Horloge
Échantillons
Signal analogique
Horloge
Échantillons
L’opération d’échantillonnage doit être précise :- la fréquence de l’horloge doit être fixée avec précision- l’horloge ne doit pas comporter de gigue de phase (gitter)
Quelles fréquences d’horloge sont nécessaires à l’échantillonnage audio et vidéo ?Relever les fréquences d’échantillonnageet les applications AV correspondantes.
4- Fréquence d’échantillonnage fs (ou fe)
Source documentaire :Techniques AV et MM (Dunod)
Cours de télévision (Dunod)
Le contenu du signal analogique original est correctement saisi si le nombre des échantillons prélevés est suffisant.
Signal analogique
Horloge
Échantillons
Signal analogique
Horloge
Échantillons fs ou fe doit être :- au moins supérieure au double de la fréquence supérieure
fmax du signal analogique à échantillonner ; - fs (sampling frequency) ou fe > 2.fmax
On dispose alors d’au moins 2 échantillons / période du signal analogique
Horloge
Échantillonneur
Signal analogique
Quelles peuvent être les conséquences d’un mauvais réglage du filtre d’anti-recouvrement (anti-aliasing filter) ?
5- Théorème de Shannon / Nyquist
Source documentaire :Techniques AV et MM (Dunod)
Cours de télévision (Dunod)
L’analyse spectrale du signal échantillonné montre qu’il fautfs ou fe $$$$ 2fmax pour récupérer le signal.
Pour se prémunir des signaux HF perturbateurs qui risquent dese superposer au signal analogique utile, un filtre passe-basdoit être placé en entrée du circuit d’échantillonnage.
Signal analogique + bruit
Anti-aliasing filter
La fréquence d’échantillonnage fs (ou fe) étant choisie, la bande de fréquence correspondant à 2.fs est appelée bande de Nyquist. La bande passante occupée par le signal à numériser doit toujours êtreinférieure à 2.fs.
Échantillons
Discuter les éléments de quantification et le rapport signal sur bruit.
6- Quantification (linéaire)
Source documentaire :Techniques AV et MM (Dunod)
Cours de télévision (Dunod)
Chaque échantillon est maintenu puis quantifié.
HorlogeLa quantification (linéaire, LPCM) :- attribue une valeur (choisie dans une échelle)
à chaque échantillon.
L’erreur de quantification (bruit de quantification) dépend du pas de quantification
Qua
ntifi
catio
n
- introduit une erreur de quantification
000001010011100101110111
101
Le bruit de quantification diminue quand fs augmente
Définir le principe de fonctionnement d’un circuit de prédiction. Évaluer le principed’un codage différentiel. Quels sont les avantages d’un codage delta / sigma ?
7- Quantification delta / sigma
Source documentaire :Techniques AV et MM (Dunod)
Modulation delta (∆∆∆∆) Le codage sur un bit résulte de la comparaison de l’échantillon entrant avec l’échantillon précédent (codage différentiel).
Modulation ∆Σ∆Σ∆Σ∆Σ, démodulationAmélioration du codage ∆, ∆, ∆, ∆, il permet de mieux prendre en compte
les caractéristiques du signal audio, Le démodulateur ∆Σ∆Σ∆Σ∆Σ (lecteur SACD) est simplement réalisé à
partir d’un filtre passe-bas.
Quelles sont les conséquences de la réduction de la fréquence d’échantillonnage ?
8- CAN vidéo
Source documentaire :Techniques AV et MM (Dunod)
Influence du choix de la fréquence d’échantillonnage Les convertisseurs analogique/numériques (SDTV) fonctionnent
avec une fréquence d’échantillonnage de 13,5 MHz.
Réduction de la fréquence d’échantillonnage
9- Conclusion
Source documentaire :Techniques AV et MM (Dunod)
Évaluer les avantages liés à la numérisation du signal.
Montrer en quoi l’erreur relative, due à la quantification, est plus importante pour les signaux de faible amplitude.
Quel(s) avantage(s) y a-t-il à choisir une fréquence d’échantillonnage fs >> à la fréquence fmax analogique ?
Quelle(s) conséquence(s) sont liées à une diminution de fs ?
Dans une chaîne d’acquisition de données, comment est-il préférable d’implanter le CAN ?
Conclure
Cours de télévision (Dunod)
Fin
Merci de votre attention, …
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