ANALOGIQUE & NUMERIQUE

Notions de bases

1/ Introduction

L’analogique et le numérique sont deux procédés pour transporter et stocker des données. (de type audio , photo , vidéo…) . L’analogique est né avec le début de l’électricité tandis que le numérique est apparu plus récemment avec l’ère de l’informatique .

Le principe de l’analogique est de reproduire le signal à enregistrer (audio , vidéo…) sous forme similaire sur un support (magnétique en général) .Par exemple lorsque l’on enregistre un signal audio sur un système analogique le signal présent sur la bande suivra les mêmes amplitudes (" la même courbe ") que l’onde sonore (avec plus ou moins de fidélité) : les variations de pressions caractéristiques d’une onde sonore seront traduit en variations d’un signal électrique . Ainsi l’amplitude électrique du signal analogique sera l’image plus ou moins fidèle du signal à enregistrer (audio , vidéo…)

En numérique le signal analogique à enregistrer est converti en numérique grâce à un convertisseur analogique>numérique . Après cette conversion le signal n’est plus qu’une suite de " 0 " et de " 1 " c’est à dire un signal à deux amplitudes au lieu d’une infinité en analogique .

Une fois sous cette forme le signal 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=5volts) . Ainsi lorsqu’un parasite perturbe un signal analogique , en numérique ce parasite 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 " .

Le signal numérique est donc un signal analogique constitué de deux niveaux possibles (par exemple " 0 "=0v et " 1 "=5v) et lorsque le signal analogique s’éloigne de ces deux tensions cela n’est pas grave car tous signal proche de 0v sera considéré comme = " 0 " et tout signal proche de 5v sera = " 1 " avec un seuil de tension entre les deux d’ou une immunité exceptionnelle contre les parasites et une facilité exemplaire à faire des copies parfaites (clones) de ce type de signal .

Après un transport et un stockage en numérique tout signal (vidéo ou audio) devra revenir à sa forme analogique de départ . Par exemple un signal audio sera converti de numérique>analogique pour ensuite être amplifié ; en effet nos oreilles ne savent entendre en numérique ! ! !

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/ Analogique VS Numérique et la compression de données.

On vient donc de voir que le numérique n’est pas un gadget commercial , c’est bien le support de toutes les nouvelles technologies mais doit on pour autant considérer que le numérique est résolument meilleur que l’analogique ?

Je serais tenter de répondre oui mais il faut cependant tempérer ce jugement et cela pour deux raisons : la compression et l’échantillonnage.

*/ La compression numérique :

La conversion d’un signal en numérique n’est pas sans problèmes : la bande passante occupé par un signal une fois numérisé est plus important que son équivalent analogique . Lorsque l’on traite des donnés très encombrantes comme la vidéo cela devient très lourd à traiter ; il faut donc utiliser un algorithme de compression visant à réduire la quantité d’informations en diminuant la qualité du signal . Toutes les compressions utilisées pour la vidéo ou l’audio se basent sur la perception humaine de façon à rendre peu ou pas perceptible cette baisse de qualité pour l’homme . Mais le problème est que souvent on a tendance à vouloir trop compresser le signal et la dégradation devient alors perceptible (cas des téléphones GSM , des MP3 < 128kbit/s , des vidéos mpeg-1 ….)

Par exemple un signal audio de haute qualité enregistré sur une platine cassette haut de gamme (analogique) sera de meilleur qualité qu’un mp3 à 112kbit/s , car à 112kbit/s beaucoup d’informations on été supprimés pour satisfaire au débit imposé de 112kbit/s.

Par contre en analogique intervient la notion de génération de copie : une copie sera moins bonne que l’originale , une copie de la copie perdra encore un peu …. Au bout de 10 ou 20 copies de copies le signal est totalement détérioré et n’est plus exploitable . En numérique une copie est souvent un clone de l’original donc on peut en théorie faire une infinité de copies en ayant strictement la même qualité que l’original . Je parle de théorie car lors d’une copie numérique des erreurs peuvent intervenir , souvent à cause de l’état du support . C’est le cas lors de la copie numérique d’un CD Audio (de votre lecteur CD-ROM vers votre disque dur par exemple) : au passage d’une rayure ou d’un défaut l’information ne sera pas copiée et sera remplacé par le système de correction d’erreur par une donnée " extrapolée " pour faire passer inaperçu ce défaut ; dans ce cas la copie numérique ne sera plus identique à l’original . ( Dans ce cas précis il est à noter que l’utilisation de lecteur CD ROM haut de gamme permet d’éviter ces erreurs : mes tests avec un Plextor m’a montré que la copie numérique était bit à bit identique à l’original et ce à toutes les vitesses ).

Cependant en numérique il est possible d’avoir un contrôle sur l’intégrité des données . C’est le cas de l’informatique , toute donnée transportée ou exploitée est vérifiée : par exemple lorsqu’un support de masse (disquettes , disques dur ..) présente un défaut l’ordinateur indiquera une " erreur de lecture " . Contrairement à un signal vidéo ou audio en informatique la moindre petite erreur lors de traitement de signaux numériques peut s’avérer catastrophique d’ou l’importance de ces contrôles d’intégrité des données .

*/ L’échantillonnage

Le deuxième défaut d’un signal numérique par rapport à son homologue analogique c’est la précision de la conversion analogique/numérique .

Le principe de base est de découper le signal analogique en " tranches " (Quantification) pour ensuite donner à chaque tranche une valeur numérique équivalente (Résolution) . D’après le théorème de Shanon il faut au minimum avoir une fréquence d'échantillonnage double de la bande passante du signal à numériser . C’est pour cela quand audio on a une fréquence d’échantillonnage de 44.1kHz pour un signal audio dont la bande passante varie jusqu'à environ 20kHz . Mais cela est un minimum car plus la fréquence d’échantillonnage est élevé et meilleur sera le son (c’est pour cette raison que l’échantillonnage à 48kHz est meilleur même si on se limite à une bande passante de 20kHz)

De plus le niveau de chacune de ces " tranches " est converti en numérique sur un nombre de " bits " bien précis . En 16 bits on a 2^16 soit 65536 niveaux . Ainsi en numérique on a une perte du à la conversion analogique/numérique . En audio on découpe donc le signal en 44100 morceaux par seconde , chacun de ces morceaux étant pouvant avoir 65536 niveaux possibles.

C’est pour ça que les mélomanes n’apprécient pas toujours le CD car même si les données ne sont pas compressées (contrairement au mini disque), la numérisation dégrade le signal . Par exemple lorsque le signal audio est faible (dans le cas de grande musique sur certains passages) le codage se fait alors sur peu de niveaux (en effet 65536 représente le nombre de niveaux couvrant l’amplitude maximale du signal analogique) . Enfin pour la plupart d’entre nous la qualité CD représente le son idéal même si on ne peut le qualifier de parfait.

Personnellement j’apprécie beaucoup l’absence de souffle (cassette) ou de parasites (vinyle) . Certains affirment pourtant que ces défauts apportent une chaleur qui n’existe plus avec le CD ! mais je ne partage pas du tout cet avis car si j’admet que la numérisation CD apporte une perte (quasi imperceptible) je ne comprendrais jamais qu’un défaut puisse apporté le moindre avantage ! ! ne cherche t on pas à reproduire le plus fidèlement la source de départ ! ?  Je pense plutôt qu’il ne s’agit dans ce cas que d’un refus non réfléchit , immature et idiot du numérique mais cet avis n’engage que moi ! ! ! !…..

En règle générale on peut affirmer que pour avoir une bonne qualité en analogique il faut dépenser beaucoup d’argent (à une époque on trouvait des platines cassettes haut de gamme >12000fr) alors qu’en numérique même une platine CD à 500fr offrira de très bonnes performances ce qui n’est pas du tout le cas des platines cassettes d’entrée de gamme . Le numérique propose donc au grand public d'accéder à une qualité qui était jadis réservé aux professionnels ou à une élite fortunée …

De plus le transport du numérique est très maniable , on peut faire circuler plusieurs signaux sur la même fréquence (plusieurs chaîne de TV sur un même canal satellite par exemple). Le domaine spectrale , c’est à dire l’étendu des fréquence disponible , étant limité , le numérique offre une réponse à la demande sans cesse croissante du nombre de communications par voies hertziennes .

3/ Le numérique aujourd’hui

Les industriels ont bien compris les intérêts du numérique et le propose dans grand nombre de produits . C’est l’audio avec le CD qui a ouvert le bal ; la vidéo plus récemment avec le satellite et le DVD ; cependant le vieux standard analogique VHS est encore le seul moyen d’enregistrement grand public… Le numérique à aussi envahi les communications : le GSM/DCS1800 a remplacé les anciens standards de la téléphonie mobile analogique (radiocom 2000 …) . Les téléphones portables d’intérieur ne sont pas restés en reste avec l’arrivée du DECT .

C’est bien sur l’informatique , 100 % numérique , et tout ces dérivés (notebook , organizers…) qui représente le plus bel exemple de " l’invasion " du tout numérique . L’ordinateur est le moyen de traitement numérique le plus polyvalent : on peut y traiter de l’audio et maintenant avec le dv de la vidéo …..

Mais le chemin vers un monde 100% numérique est encore long : les communications de la police , des pompiers , des ambulances… sont encore en analogique (ce qui explique qu’on puisse encore les écouter avec un simple scanner. )

Si aujourd’hui la cassette audio est menacée par le mini-disque et l’arrivée des graveurs de CD , la cassette vidéo VHS semble pourtant avoir encore quelques années devant elle car aucun moyen d’enregistrement numérique vidéo grand public ne se profile à l’horizon…..

L’analogique pour la transmission hertzienne de la télévision et de la radios va perdurer encore longtemps même si la concurrence du câble et du satellite se fait sentir…

 

 

Le numérique est donc omniprésent dans notre vie moderne , il permet à moindre coût d’obtenir une qualité excellente dans bon nombre d’applications .

(Dans la partie " dossiers techniques " de ce site (www.fcosinus.com) la plupart des articles ont un rapport avec le numérique . )

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