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Traitement du signal Pr. Imad Ez-zazi Ezzazi.ensaf@gmail.com 2018/2019 Départem

Traitement du signal Pr. Imad Ez-zazi Ezzazi.ensaf@gmail.com 2018/2019 Département de Génie électrique et informatique Ecole Nationale des Sciences Appliquées de Fès Le signal intervient sous plusieurs formes dans la plupart des domaines de la technologie : Télécommunications Imagerie médicale Reconnaissance de formes Optique Acoustique Robotique Aéronautique statistiques, et de l’informatique utilisée pour déployer les méthodes. Introduction 2 Imad ez zazi Objectifs du cours Acquérir les notions de base pour : Modéliser, représenter les signaux Manipuler des signaux analogiques et numériques Effectuer des opérations simples de traitement du signal Prérequis : Mathématique Algorithmique et programmation 3 Imad ez zazi Contenu du cours Introduction au traitement du signal Représentation fréquentielle (Transformée de Fourier) Passage de l'analogique au numérique Modulation/Filtrage 4 Imad ez zazi Evaluation • Présence • Control continu – TP (30%) • Examen final – 70% 5 Imad ez zazi References Francis Cottet Yvan duroc 6 Alex Palamides, Anastasia Veloni Imad ez zazi INTRODUCTION AU TRAITEMENT DU SIGNAL Chapitre 1 7 Qu’appelle-t-on « signal »? Signal: Représentation physique d’une information à transmettre Entité qui sert a véhiculer une information Supporte de l’information (analogique ou numérique) Une grandeur physique qui fonctionne d’une ou plusieurs paramètres 8 Imad ez zazi Qu’appelle-t-on « signal »? Exemple: La température d’une pièce en fonction du temps Onde acoustique : courant délivré par un microphone (parole, musique, …) Signaux biologiques : EEG(Électrocardiogramme: battements du cœur) ECG(Électroencéphalogramme: ondes cérébrales) Tension aux bornes d'un condensateur en charge Signaux géophysiques : vibrations sismiques Finances : cours de la bourse Débit d’un fleuve Images, Vidéos, etc. 9 Imad ez zazi Qu’appelle-t-on « signal »? 10 Imad ez zazi Qu’appelle-t-on « signal »? 11 Imad ez zazi Signal de parole Bruit magnétique sous marin Qu’appelle-t-on « signal »? 12 Imad ez zazi Analyse spectral de signal parole Qu’appelle-t-on « signal »? 13 Imad ez zazi x y Traitement du signal Théorie du signal : théorie permettant d’effectuer une modélisation (description mathématique) et une analyse des signaux et des systèmes. Traitement du signal : a pour objectifs la réalisation (transformation, création, synthèse) et l’analyse des signaux porteurs d'informations. Discipline technique basée sur la théorie du signal. Elle utilise diverses ressources : l’électronique, de l’informatique, physique appliquée, mathématique… Domaines applications  Télécommunications,  Reconnaissance de la parole, synthèse du son  Aide à la décision (au diagnostic),  Analyse d’images (médicales, satellitaires…) 14 Imad ez zazi  Géophysique  Astronomie  Radar  Acoustique Traitement du signal Ensemble de techniques permettant de créer, d'analyser, de transformer les signaux en vue de leur exploitation Extraction du maximum d'information utile d'un signal perturbé par le bruit Le TS a pour but: D’extraire de l’information De modifier le message transporté D’adapter l’information aux moyens de transmission 15 Imad ez zazi Le Traitement Numérique du Signal (TNS) désigne l’ensemble des opérations, calculs arithmétiques et manipulations des nombres qui sont effectuées sur un signal à traiter, représenté par une suite de nombres, en vue de fournir une autre suite de nombre qui représentera le signal traité. Traitement du signal Fonctions de traitement du signal 1. Créer: Elaboration des signaux Synthèse: création des signaux par combinaison des signaux élémentaires 16 Imad ez zazi Traitement du signal 1. Créer: Elaboration des signaux Modulation: adaptation du signal au canal de transmission 17 Imad ez zazi Traitement du signal Exemple s(t) est un signal BF a transmettre. Il sera modulé pour l’adapter au support de transmission. 18 Imad ez zazi Traitement du signal Exemple Le spectre du signal modulé se trouve décalé en fréquence et centré sur la fréquence du signal sinusoïdal modulant. 19 Imad ez zazi Traitement du signal Exemple Le signal reçu est enfin démodulé : il subit un changement de fréquence et un filtrage 20 Imad ez zazi Traitement du signal Exemple 21 Imad ez zazi Traitement du signal 2. Analyser : Interprétation des signaux Détection: isoler les composantes utiles d'un signal complexe, extraction du signal d'un bruit de fond Identification: classement du signal (identification d'une pathologie sur un signal ECG, reconnaissance de la parole, etc.) 22 Imad ez zazi Traitement du signal 3. Transformer : Adapter un signal aux besoin Filtrage : élimination de certaines composantes Détection de craquements sur un enregistrement, Détection de bruit sur une image, Annulation d'écho, etc. Codage/compression (Jpeg, mp3, mpeg4, etc.) 23 Imad ez zazi Traitement du signal Exemple d’application de TS: • système d’émission chargé de créer ou d’élaborer le signal afin d’y incorporer l’information (codage, échantillonnage, modulation), • système de réception chargé d’interpréter le signal afin d’en extraire l’information (mesure, détection, filtrage, décodage, démodulation, estimation). • Compression de la parole en téléphonie mobile… • Compression des images JPEG, MPEG… 24 Imad ez zazi La chaine de transmission de l’information 25 Imad ez zazi La chaine de transmission de l’information 26 Imad ez zazi La chaine de transmission de l’information 27 Imad ez zazi Acquérir :capteurs sensible aux variations d’une grandeur physique, délivre un signal électrique Mettre en forme: Amplifier (Adaptation pour la numérisation) , Filtrer (Réduire le bruit) Convertir ≫CAN , échantillonnage et quantification Traiter: micro-controlleur (exploite les mesures : enregistrement, affichage de courbes, traitement mathématique, transmission de données) Communiquer: Interface homme machine, Réseau …. La chaine de transmission de l’information 28 Imad ez zazi La chaine de transmission de l’information 29 Imad ez zazi La chaine de transmission de l’information 30 Imad ez zazi La chaine de transmission de l’information 31 Imad ez zazi La chaine de transmission de l’information 32 Imad ez zazi La chaine de transmission de l’information 33 Imad ez zazi La chaine de transmission de l’information 34 Imad ez zazi La chaine de transmission numérique de l’information 35 Imad ez zazi Notion du bruit 36 Bruit: La notion de bruit est relative, elle dépend du contexte Exemple classique du technicien en télécom et de l'astronome : Pour le technicien en télécom : Ondes d'un satellite = signal utile Signaux provenant d'une source astrophysique = bruit Pour l'astronome : Ondes d'un satellite = bruit Signaux provenant d'une source astrophysique = signal Tout signal physique comporte du bruit = une composante aléatoire Introduction de la notion du rapport signal/bruit Imad ez zazi Notion du bruit 37 Objectif: Signal = composante déterministe + composante aléatoire. Déterminer la qualité d'un signal aléatoire ou déterministe introduction d'un rapport RS/B quantifiant l'effet du bruit. s S B b P R P  10 ( ) 10log ( ) S S B B R dB R  Ou Ps est la puissance du signal et Pb celle du bruit. Notion du bruit 38 Les signaux numériques sont sensibles au bruit, mais moins que les signaux analogiques. La qualité d’un signal numérique ne se mesure pas à la distorsion du signal, mais à la capacité d’un récepteur de détecter correctement l’état binaire transmis. Imad ez zazi Détection d’un message numérique a partir d’un signal reçu bruité Bande passante 39 Largeur de bande (bandwith) C'est l'intervalle de fréquences pour lequel les signaux subissent un affaiblissement inférieur ou égal à 3 dB. les signaux sont alors correctement reçus. BP = [Fmin , Fmax] Exemple : Le réseau téléphonique a une BP= [300 Hz,3400 Hz] l’oreille humaine est sensible dans la bande [20 Hz, 20000 Hz] Imad ez zazi Classification des signaux 40 Imad ez zazi Classification dimensionnelle Classification spectrale Classification phénoménologique Classification énergétique Classification morphologique Classification des signaux 41 Imad ez zazi Classification dimensionnelle: Signal monodimensionnel 1D: Fonction d'un seul paramètre, pas forcément le temps : une concentration, une abscisse, etc. Signal bidimensionnel 2D: Ex. image NG f(x,y), niveau de luminosité L(x, y) des pixels d’une image statique noir et blanc en fonction de leurs coordonnées x et y. Classification des signaux 42 Imad ez zazi Classification dimensionnelle: Signal tridimensionnel: dépendant de trois paramètres (vidéos, films) Ex : niveau de luminosité L(x, y, t) des pixels des images d’un film noir et blanc en fonction de leurs coordonnées x et y et du temps t. Classification des signaux 43 Imad ez zazi Classification spectrale: Spectre: C’est la distribution de l’énergie ou de la puissance en fonction de la fréquence. La classification se fait en comparant le spectre du signal avec le domaine fréquentiel dans lequel se situe le signal. On distinguera : les signaux à bande étroite dont la largeur de bande est relativement petite, les signaux à bande large dont la largeur de bande est relativement grande voire infinie, les signaux de basses fréquences (BF) dont la largeur de bande est centrée sur des fréquences relativement faibles, les signaux de hautes fréquences (HF) dont la largeur de bande est centrée sur des fréquences relativement importantes. Classification des signaux 44 Imad ez zazi Classification des signaux 45 Imad ez zazi Remarque En fonction du domaine de fréquences dans lequel se situe le signal, on peut établir une autre classification spectrale : TBF, BF, HF, VHF,UHF,… IR (infrarouge), UV(ultra violet),…. Classification des signaux 46 Imad ez zazi Classification phénoménologique: Signaux déterministes : Signaux dont l'évolution en fonction du temps t peut être parfaitement décrite grâce à une description mathématique ou graphique Classification des signaux 47 Imad ez zazi uploads/Sante/ cours-ts-2.pdf