La télévision par Roger Mevel CR du 18/01/2017

Atelier Sciences – Roger MEVEL

CR de la Séance n°6 du 18/01/201

GPS

Précision de positionnement

 

GPS (américain)

1995

GALILEO (européen)

2017

 

GPS de base

gratuit

10 mètres

1 mètre

 

+EGNOS pour European Geostationary Navigation Overlay Service

gratuit

1 mètre

10 centimètres

GPS différentiel

Opérationnel depuis 2011

+RTK pour Real Time Kinematic

payant

1 centimètre

1 centimètre

GPS différentiel

Opérationnel depuis 2006

Aujourd’hui (2016) quelque 10% du PIB européen dépend des systèmes de positionnement par satellites, et d’ici 2030 ce pourcentage pourrait grimper à environ 30%, selon le CNES, l’agence spatiale française, avec en particulier, le développement de la voiture autonome et des objets connectés. Il existe en effet des centaines d’applications civiles qui affectent pratiquement tous les aspects de la vie moderne : Routes et autoroutes – Rail – Marine – Agriculture (Une navigation de précision sur le terrain réduit les applications redondantes et les zones oubliées et permet de travailler quand la visibilité est mauvaise, à cause de la pluie, de la poussière, du brouillard ou de l’obscurité) – Arpentage et cartographie – Aviation – ……..

Cependant n’oublions pas que les systèmes de navigation satellitaires ont été développés d’abord pour le besoin militaire. Ils permettent en effet une précision inégalée dans le guidage des missiles au but, augmentant leur efficacité et réduisant les risques de dégâts collatéraux. Ces systèmes permettent également aux forces terrestres de se positionner avec précision, réduisant les incertitudes tactiques, aux marines et aux forces aériennes de naviguer avec précision, indépendamment de tout support au sol.

Relativité du temps – Albert Einstein

1 – La relativité restreinte (1905) concerne la dilatation du temps due à la vitesse et dit que le temps s’écoule plus lentement pour un objet se déplaçant à grande vitesse. Ainsi l’horloge placée à bord du satellite GPS qui se déplace à 14.000km/h retarde de 7µs par jour par rapport à une horloge identique sur terre donc au repos.

2 – La relativité générale (1915) concerne la gravitation fonction de l’altitude et dit que le temps s’écoule plus rapidement pour un objet soumis à un champ de gravité plus faible (donc en altitude). Ainsi l’horloge placée à bord du satellite GPS qui se déplace sur une orbite quasi-circulaire de rayon 26.600 km (soit une altitude de 20.200 km) avance de 45 µs par jour par rapport à une horloge identique sur terre donc au repos.

Il en résulte que les horloges des satellites GPS avancent de 38 (45-7) µs par jour par rapport aux horloges de même nature (horloges atomiques) au sol. Comme une microseconde correspond à 300 mètres (l’onde électromagnétique se déplace à la vitesse de la lumière soit à 300.000 km/s) on voit que sans la prise en compte de la relativité le GPS n’aurait jamais vu le jour…. D’une façon concrète un synthétiseur embarqué permet de corriger l’horloge du satellite pour qu’elle soit en permanence à la même heure que les horloges au sol.

TELEVISION

 

La télévision hertzienne correspond, au sens propre, à la diffusion par l’intermédiaire d’ondes électromagnétiques. Elle regroupe la « télévision terrestre » (TNT) ainsi que la télévision satellite (TNS). Aujourd’hui toutes les deux sont numériques.

1 – L’intérêt de passer dans le monde numérique

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.

Avantages du numérique

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.

 

 

 

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

Un signal numérique peut être copié et transmis sans pertes car au lieu de transporter un signal dont l’amplitude doit varier fidèlement à l’original on transporte un signal formé de seulement deux amplitudes (par exemple 0=0volt et 1=2volts). Ainsi lorsqu’un parasite perturbe un signal analogique, en numérique ce parasite n’aura aucun effet : par exemple un parasite qui ajoute 0.2v de perturbation va détériorer un signal analogique alors que ce même parasite sur un signal numérique n’aura pas d’effet car 0v+/-0.2v sera toujours considéré comme =  » 0 « .

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. Il faut bien garder à l’esprit que le numérique ne sert (dans le cas d’un signal audio ou vidéo) qu’au transport et au stockage des données.

 

 

 

 

2 – Conversion analogique-numérique

Un convertisseur analogique-numérique ou CAN transforme une grandeur analogique (tension d’entrée Ue) en une valeur numérique (nombre binaire N en sortie).

Le symbole d’un convertisseur analogique-numérique ou C.A.N. est représenté ci-contre :

  • le  représente la grandeur analogique en entrée
  • le # représente le mot binaire de sortie codé sur n bits (8 ici car il y a 8 sorties)

 

La conversion analogique numérique peut être décomposée en étapes successives :

1/ On dispose du signal analogique original : c’est la variation de l’amplitude en fonction du temps.

2/ L’échantillonnage consiste à prélever des échantillons du son à intervalles de temps réguliers. Le nombre de prélèvements en une seconde est appelé fréquence d’échantillonnage. Plus la fréquence d’échantillonnage est élevée, mieux le signal sera décrit et donc restitué, mais plus le fichier sera volumineux.

 

3/ On code ensuite les valeurs échantillonnées du signal selon une échelle donnée : c’est la quantification. Chaque échantillon est comparé à différents seuils : à chaque seuil correspond un code différent ; sur l’exemple suivant on a 16 niveaux possibles, codés sur 4 bits de 0000 à 1111

 

3 – Conversion d’un nombre décimal en un nombre binaire

Nous utilisons le système décimal (base 10) dans nos activités quotidiennes. Ce système est basé sur une logique à dix symboles, de 0 à 9, avec une unité supérieure (dizaine, centaine, etc.) à chaque fois que dix unités sont comptabilisées. C’est un système positionnel, c’est-à-dire que l’endroit où se trouve le symbole définit sa valeur. Ainsi, le 2 de 523 n’a pas la même valeur que le 2 de 132. En fait 523 est l’abréviation de 5·100+2·10+3. En informatique on utilise le système binaire (base 2). Deux symboles suffisent : 0 et 1. Cette unité élémentaire ne pouvant prendre que les valeurs 0 et 1 s’appelle un bit (de l’anglais binary digit). Une suite de huit bits s’appelle un octet.

La conversion d’un nombre décimal en nombre binaire consiste en des divisions successives par 2. La méthode débute par la division du nombre par 2, le reste est reporté comme le bit du poids le plus faible (bit de rang 0). Le quotient de cette division est, lui aussi, divisé par 2. Le deuxième reste représente alors le bit de rang 1. Cette procédure est reprise de la même manière jusqu’à ce que le quotient obtenu soit 0 avec un reste de 1.

Exemple  de  la conversion du nombre décimal 97 en nombre binaire.

 

 

4 – La définition d’un écran

 

La définition d’un écran est : « la quantité de pixels composant l’écran ». La définition d’un écran c’est donc le produit du nombre de pixels qui le compose en longueur (axe horizontal) par celui de sa hauteur (axe vertical). Définition = (nombre de pixel en Longueur) x (nombre de pixel en Hauteur). Rmq : Il est de rigueur de n’indiquer pour la définition que l’expression du produit et non son résultat.

En observant à la loupe la surface d’un écran plat on s’aperçoit que celui-ci est composé de plusieurs milliers de pixels. Chaque pixel est lui-même composé de trois sous-pixels Rouge, Vert et Bleu.

La couleur d’un pixel est interprétée par notre cerveau qui fait la synthèse additive des trois couleurs primaires Rouge, Vert et Bleu.

Les pixels utilisent ainsi des propriétés d’additivité des couleurs qui permettent, à partir de trois couleurs, de générer un arc-en-ciel de couleurs du rouge au violet.

En superposant du rouge et du vert, on obtient du jaune. En superposant du rouge et du bleu, on voit du magenta. Et en superposant du vert et du bleu, on obtient du cyan. La superposition des trois couleurs donne du blanc. En ajustant l’intensité de chaque couleur, on peut générer aussi d’autres couleurs comme du gris, du marron, du violet…

5 -Le standard PAL

Le Phase Alternating Line (PAL : « alternance de phase suivant les lignes ») est un standard historique vidéo couleurs avec 25 images par seconde. Mis au point en Allemagne par Walter Bruch (1908-1990), PAL est exploité depuis les années 1960 principalement en Europe, dans certains pays d’Amérique du Sud, en Australie et dans certains pays d’Afrique. Depuis 1995, la totalité des téléviseurs couleurs commercialisés dans les pays exploitant le SÉCAM intègrent obligatoirement des circuits compatibles PAL (par la prise Péritélévision). Le standard PAL est une évolution du standard NTSC (le tout premier standard (américain) couleurs breveté en 1953) et reprend plusieurs brevets issus du standard SECAM (SEquentiel-Couleur-A-Mémoire) lequel en corrigeait les principaux défauts.

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