Numérisation
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Introduction

La numérisation est le procédé permettant la construction d'une représentation discrète d'un objet du monde réel.

Dans son sens le plus répandu, la numérisation est la conversion d'un signal (vidéo, image, audio, caractère d'imprimerie, impulsion, etc.) en une suite de nombres permettant de représenter cet objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être...) en informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement automatique de l'information par des machines telles que les...) ou en électronique numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une information dite...). On utilise parfois le terme franglais digitalisation (digit signifiant chiffre (Un chiffre est un symbole utilisé pour représenter les nombres.) en anglais).

Principe

Essentiellement, la numérisation (La numérisation est le procédé permettant la construction d'une représentation discrète d'un objet du monde réel.) est la projection (La projection cartographique est un ensemble de techniques permettant de représenter la surface de la Terre dans son ensemble ou en partie sur la surface plane d'une carte.) dans un espace discret choisi de grandeurs analogiques réelles. La numérisation consiste à effectuer une ou plusieurs mesures des grandeurs que l'on veut représenter en s'intéressant à un ou plusieurs axes :

  • l'axe spatial, où on discrétise suivant une longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de...) par exemple tous les millimètres d'une surface ; on parle alors d'échantillonnage (L'échantillonnage est la sélection d'une partie dans un tout. Il s'agit d'une notion importante en métrologie : lorsqu'on ne peut pas saisir un événement dans...) spatial ;
  • l'axe temporel ou fréquentiel, ou l'on va discrétiser une même grandeur au cours du temps ; on parlera d'échantillonnage temporel ;
  • l'axe d'intensité ou l'on va discrétiser suivant une unité d'intensité comme la candela (La candela est l'unité de mesure du système international de l'intensité lumineuse, c'est-à-dire de l'éclat perçu par l'œil humain d'une source lumineuse. Elle a remplacé...) pour l'intensité lumineuse : c'est la quantification.

Le résultat de cette numérisation est un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) ou une suite de nombres représentant la grandeur mesurée suivant les axes choisis. Le choix judicieux de l'espace discret est crucial pour que l'objet numérisé soit représentatif de l'objet initial.

Il existe des contraintes à respecter pour obtenir une numérisation fidèle de la réalité :

  • un échantillonnage suffisamment fin pour suivre les évolutions de l'objet à numériser : le théorème (Un théorème est une proposition qui peut être mathématiquement démontrée, c'est-à-dire une assertion qui peut être établie comme vraie au travers d'un raisonnement logique construit à partir d'axiomes....) de Shannon impose une résolution d'échantillonnage minimum ;
  • une quantification suffisamment précise pour ne pas dégrader la représentation ; le bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation...) de quantification (bruit blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue avec un spectre lumineux continu, d'où l'image que l'on en donne...) uniforme de variance ( En statistique et en probabilité, variance En thermodynamique, variance ) 1/12) doit rester négligeable devant le bruit avant numérisation.

Composants électroniques de numérisation

Des composants spécialisés assurent la conversion dans un système numérique des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) analogiques recueillies par divers capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la déviation...) (cellule photo-sensible, thermomètre (Un thermomètre est un appareil qui sert à mesurer et à afficher la valeur des températures. C'est le domaine d'étude de la thermométrie.)...).

conversion analogique-numérique

En électronique, une chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) de conversion A/N (analogique vers numérique) contient les éléments suivants :

  • une ou plusieurs sources analogiques,
  • un filtre anticrènelage (Un filtre anticrènelage, filtre antialiasing, parfois appelé filtre antirepliement, est un filtre passe-bas analogique que l'on retrouve dans les dispositifs de numérisation, qui permet de nettoyer le signal...) (anti-aliasing) par source,
  • un multiplexeur (Un multiplexeur est un circuit permettant de concentrer sur une même voie de transmission différents types de liaisons (informatique, télécopie, téléphonie, télétex) en sélectionnant une...) (MuX), qui pourra servir pour sélectionner une source parmi plusieurs (entrées multiples mais une seule sortie),
  • un échantillonneur bloqueur (Sample and Hold ou S/H), qui garde la tension (La tension est une force d'extension.) stable le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) du codage (De façon générale un codage permet de passer d'une représentation des données vers une autre.),
  • le convertisseur analogique-numérique proprement dit (Analog/Digital Converter ou ADC),
  • un codeur (ou modulateur).

La conversion suit donc le chemin suivant :

Source analogique (Le concept d'analogique est utilisé par opposition à celui de numérique.) -> filtre (Un filtre est un système servant à séparer des éléments dans un flux.) anticrènelage -> Mux -> S/H -> CAN -> Codeur -> Signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des temps par les...) numérique (transmission ou traitement)

conversion numérique-analogique

À l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y...), une chaîne de passage d'un signal numérique vers un signal analogique contiendra les éléments suivants :

  • un décodeur (ou démodulateur),
  • un convertisseur numérique-analogique (CNA),
  • un démultiplexeur (Un démultiplexeur, aussi appelé décodeur, est un circuit combinatoire à N entrées et 2N sorties. Les entrées permettent d'activer une des sorties.) (Demux),
  • un filtre de lissage, qui va tenter de recréer les valeurs intermédiaires,
  • une sortie analogique.

La conversion suit le chemin suivant :

Source numérique -> Décodeur -> CNA -> Demux -> Filtre de lissage -> Signal analogique

Le choix des termes (dé)codeur et (dé)modulateur a donné leur nom aux codecs (codeurs/décodeurs) et aux modems (modulateurs, démodulateurs).

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