Mots clés :
numérique, conversion, analogique, mémoire, stockage, traitement

De l'intérêt de passer dans le monde numérique

Mathilde Glénat

Delphine Chareyron

École Normale Supérieure de Lyon

Mathilde Glénat

29 - 06 - 2012

Résumé

Cet article, introduction du dossier «Traitement du signal», permet de faire un point sur la place des informations numériques dans le monde qui nous entoure. Il présente les intérêts et les limitations du tout numérique.

Un article du dossier « Traitement du signal ».


Le monde qui nous entoure nous est perçu de manière analogique…

Nos cinq sens nous donnent une approche analogique du monde, ils nous permettent de percevoir une très large palette de sensations.

Les signaux analogiques sont de type continu, ils se présentent comme des variations de grandeurs physiques pouvant prendre n’importe quelle valeur de façon continue entre deux intervalles de temps.

Mais lorsqu’il s’agit de transmettre de l’information comme de la voix, de l’image animée ou fixe, de stocker cette information ou encore de la travailler, le format analogique devient alors vite limitant (stockage, traitement des données...).

Vers la voix du numérique, le siècle dernier aura connu un essor considérable dans le monde des télécommunications : radiodiffusion, télévision, internet, téléphonie mobile…

La découverte de l’effet transistor et l’émergence des circuits intégrés à semiconducteurs, la mise au point des lasers solides et la fibre optique ont permis l’explosion de l’information numérique.

Transmettre de l’information : l’ajout des services.

A partir du moment où le support numérique est mis en place, le contenu des informations peut prendre toutes les formes, il n’y a plus aucune restriction qui pourrait être due à la spécificité du signal, ce qui entraine une multitude de services comme valeur ajoutée à l’information.

Parmi les applications on trouve :

  • La téléphonie, avec possibilité de reconnaître le n° entrant, échange de photo ou vidéo, accès Internet…
  • Les messageries électroniques, tchat, et tweet dans toutes les sphères de la société.
  • La télévision (depuis le début de l’année 2012) est passée numérique. Cela permet d’offrir toujours plus de chaines grâce aux nouveaux supports à large bande sur fibre optique et satellite qui gardent l’avantage d’une couverture planétaire à partir de plusieurs plateformes géostationnaires. A spectre de fréquences disponibles donné, les techniques de transmissions numériques offrent des possibilités d’augmenter le produit quantité-qualité (qualité de l’image plus élevée, choix de la langue, du sous-titrage, guide des programmes, ...).

Stockage de l’information

Face à cette quantité énorme d’information échangée, les 10 dernières années ont connu un essor dans le développement des capacités de stockage. Le compromis volume d’enregistrement versus encombrement a permis de mettre quelques téraoctets dans quelques cm2.

Plusieurs livres numérisés peuvent tenir dans la poche d’un pantalon sur une clé USB. On voit ainsi que le numérique a tenu son pari.

Afin de pérenniser les documents anciens ou précieux, les archives sont aussi actuellement activement numérisées dans toutes les institutions.

Aujourd’hui, les supports de stockage de l’information sur le marché offrent à peu près ces possibilités :

Type de support

Clé USB

CD

DVD (simple couche)

Blue-ray (simple couche)

Disque dur

Quantité stockée

4 à 256 Go

700 Mo

4,7 Go

25 Go

250 Go à 12 To

De plus, ces volumes ne prennent pas en compte les algorithmes de compression qui peuvent être utilisés afin de réduire encore la place des données. Environ 10 chansons sous format MP3 occuperont autant de place mémoire qu’une seule directement issue d’un CD (qualité Hifi).

Traitement de l’information

Le traitement d'un signal analogique est aussi plus coûteux en terme de temps et ne permet pas d'effectuer des calculs mathématiques rapides sur le signal ce qui rend son utilisation moins souple et adaptable que le format numérique.

Ainsi, pour les activités liées aux traitements de données, le numérique offre un avantage considérable. Ces quelques illustrations témoignent de la versatilité des fonctionnalités :

  • Traitement d’image pour le grand public (a)
  • Imagerie médicale (b)
  • Recherche scientifique (c)

Figure 1: Quelques illustrations. a. Image retouchée, b. Echographie, c. Dissolution d'une particule

Numérique versus Analogique

Ce dernier paragraphe vise à faire un point entre ces deux représentations du monde et ce qu’elles entraînent.

Avantages

Le signal numérisé se résume en une suite de nombres, représentés en binaire par des 1 et 0, ou encore des niveaux de tensions correspondant respectivement à des niveaux hauts et des niveaux bas. Sous cette forme, le signal devient beaucoup plus robuste aux petites perturbations.

Figure 2: Signal numérique à transmettre (en rouge) et signal numérique bruité reçu (en noir)

De part ces deux états bien distincts, le signal numérique présente l'avantage d'être facilement et fidèlement reproductible. Un signal peut être copié des milliers de fois et restera toujours conforme à l'original.

Par contre le signal analogique est sensible aux parasites et peut s'altérer dans le temps. Les amplificateurs sont sujets à des variations de gain en fonction de la température, de l'humidité et du temps. Une bande magnétique s'étire et se rétrécit provoquant des distorsions de l'enregistrement. Les variations de vitesse du moteur entrainant la bande provoquent aussi des distorsions du signal. Le signal se dégradera un peu avec le temps et à chaque lecture. Les copies successives seront donc de moins en moins bonnes.

Dans le cas d’un signal numérique les contraintes liées à la température sont écartées puisque les informations sont stockées grâce à des systèmes électroniques composés de circuits logiques bloqués dans un état haut pour « 1 » et bas pour « 0 ».

Lors de la transmission du signal, l'information peut être contrôlée par des programmes de détections d'erreurs assurant une grande fiabilité au message (par exemple séquence de bits de détection d’erreur dans une trame TCP/IP). 

Le signal numérique est aussi facilement cryptable et cela permet d'améliorer la sécurité des transmissions.

Inconvénients

Le numérique a aussi bien sûr ses failles :

La courte durée de vie des technologies matérielles peut entrainer brutalement la perte de beaucoup d’information. Pour les CD et DVD, les ordres de grandeur de durée de vie sont de quelques dizaines d’années. De plus le format de l’enregistrement sera aussi très dépendant de la durée d’existence des logiciels utilisés.

Cependant, il est important de noter que l'analogique constituera toujours les points d'entrée (microphone, capteurs) et les points de sortie (haut parleur, capteurs...) notamment dans le domaine de l'audio.

Le prochain article décrit les différentes étapes de la numérisation d’un signal, et sera suivi de sa réalisation en laboratoire.

Références

  • Le Réseau Internet, S. Lohier, A. Quidelleur, (Dunod).
  • Préserver son patrimoine numérique, C. Huc, (Eyrolles).

Article suivant : « Principe du passage de l'analogique au numérique ».

Dossier : « Traitement du signal ».

  • eduscol.gif
  • ens-lyon.gif