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Stratégies Télécoms & Multimédia
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Encyclopédie des Télécoms
DT 23 - Les codages de source
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L’information numérique résulte d’une suite de conventions préalables. Les messages, quelle que soit leur forme (paroles, sons, textes, images fixes ou animées, etc.) subissent une opération de codage dont les règles sont préétablies en vue de leur transmission et de leur restitution correcte chez le destinataire.
Le système binaire utilise des éléments binaires (ou bits, pour binary digits) et des octets (8 bits). Les télécommunications utilisent aujourd'hui les composants de l'informatique, car ils conduisent à des solutions moins coûteuses que des composants spécifiques. Ceci astreint à transformer dès leur source, soit à la prise d'information, soit après, par conversion, les six types de messages à transmettre évoqués ci-dessus sous une suite de 0 et de 1 (codage de source) et à privilégier le multiplexage numérique pour le transport (codage de canal).
Le traitement numérique du signal permet de réduire les effets du bruit en transmission, de réduire le débit global grâce à aux techniques de compression, de détecter les erreurs binaires (jusqu'à une certaine limite) et de pouvoir associer des flux numériques différents (applications multimédias). La transmission numérique permet également de combiner la fonction transport à la fonction de commutation.
II - Codage de la parole
Trois étapes distinctes sont utilisées pour coder les signaux de parole : l'échantillonnage, la quantification et le codage. L'échantillonnage consiste à prélever de façon périodique des échantillons du signal à transmettre. Dans le cas du MIC G.711, le prélèvement est effectué 8 000 fois par seconde. Puis l'amplitude de chaque échantillon est mesurée (quantifiée) par rapport à une échelle de référence où chaque échelon correspond à une valeur binaire. C'est cette valeur binaire qui est transmise en ligne pour permettre la restitution du signal d'origine.
Traitement numérique d'un signal
En MIC européen, l'amplitude de chaque échantillon est codée sous la forme d'un nombre de 8 bits, ceci 8 000 fois par seconde. Le débit binaire d'une voie téléphonique est donc égal à 8 000 fois 8, soit 64 kbit/s. Les échantillons codés de chacune des voies sont transmis en ligne en y ajoutant des éléments binaires supplémentaires pour la synchronisation, la signalisation et la supervision. Au total, 32 fois 64 kbit/s constituent une trame à 2,048 Mbit/s.
L'erreur d'approximation commise dans la mesure se traduit par une légère dégradation de la qualité du signal transmis (bruit de quantification). Afin de prendre en compte la caractéristique de l'oreille, plus sensible aux sons faibles qu'aux fortes puissances, une échelle de quantification de type logarithmique est utilisée en téléphonie.
Il existe une dizaine de procédés utilisés pour le codage de la parole, soit pour une restitution d'une gamme de fréquences plus large (musique, Home Cinéma, etc.), soit en vue de réduire le débit en ligne sans compression (codage à bas débit, utilisé surtout pour les réseaux de téléphonie mobile), ou pour la voix sur IP. Les trains binaires de signaux vocaux transmis en ligne sont évidemment précédés d'un en-tête indiquant le type de codage utilisé.
III - Codage alphanumérique
La transmission de textes nécessite la traduction en binaire des signes alphanumériques. Une table met en correspondance les "L" lettres de l'alphabet considéré, les chiffres et les signaux de commande avec une suite de N bits, de sorte que :
L'alphabet Morse a été établi d'une façon simple (des traits et des points séparés par des silences) en utilisant les signaux les plus courts pour représenter les lettres les plus utilisées dans des textes de langue anglaise. Le code télégraphique international utilise 32 séries de 5 zéros ou de uns consécutifs pour transmettre les messages télex. Les majuscules des lettres, les chiffres et des signaux de commande les plus importants figurent parmi les 57 combinaisons retenues (dont les signes monétaires "dollar" et "livre").
Des suites de 7 bits consécutifs permettent d'identifier 128 caractères (ASCII, pour American Standard Code for Interchange International) et des suites de 8 bits en autorisent 256 (ASCII étendu). Il existe donc deux familles d'alphabet ASCII. Le langage Unicode permet le codage alphanumérique de plusieurs langues sur deux octets (16 bits).
La logistique attachée aux marchandises conditionnées utilise un système de codes à barre (bi ou tridimensionnel) qui se lit comme une suite de nombres binaires (codages IrDA et RFID). Ces principes de codage peuvent aussi être appliquées, en vue de leur transmission, à la conversion des termes les plus usuels de la langue chinoise en nombres décimaux arabes (voir dictionnaire "Biaozhun Dianmaben").
IV - Codage de la télécopie
La télécopie de textes ou de figures en noir et blanc repose sur l'analyse des lignes du document de format A4 prises successivement. Une barrette de plus d'un millier de photodiodes explore chaque ligne du document. Les diodes traduisent par un courant la lumière reflétée par les points blancs de la ligne explorée. Chaque ligne est donc traduite par une suite binaire de zéros et de uns qui est compressée selon une règle de conversion simple favorisant les éléments noirs minoritaires sur fond blanc (code de Huffman et code Read Relative Element ADdressing), ces deux codages étant alternés, ligne après ligne (codes T.4 et T.6 de l'UIT-T). En réception, les lignes de points sont reproduites en séquence et l'impression est effectuée par un procédé thermique, par jet d'encre ou par xérographie. Un protocole de négociation (T.30) permet la synchronisation du récepteur sur l'émetteur et l'échange contrôlé des signaux.
V - Codages d'images
On trouvera une description succincte des codages des images fixes et animées dans le Dossier technologique N°09.
VI - Codages de signalisation
Les signaux de télécommande sont aujourd'hui transmis sous forme numérique, à cause de la grande sécurité de fonctionnement, de leur immunité au bruit et de la bonne interactivité apportée par les systèmes de transmission associés (également pour les systèmes à courte distance en infra rouge). Un déplacement "virtuel" en trois dimensions apparaît sur l'écran grâce à une interface homme machine appropriée avec pilotage par le geste et le toucher (simulateur de vol, apprentissage à la conduite automobile, ou visites virtuelles d'édifices reconstitués, etc.). Des commandes haptiques, avec effets tactiles, (dur, mou, lisse, collant, glissant, etc.) et retour d'efforts ou générations de vibrations sur l'interface homme machine, permettent d'effectuer des diagnostics (sonde échographique manipulée à distance) ou des prestations de téléchirurgie.
VII - La compression de données
Il est possible de réduire la quantité d'informations numériques à transmettre en simplifiant le codage du signal de source en supprimant une partie de sa redondance. Plusieurs procédés ont été proposés pour chacun des types de messages à transmettre :
- Compression vocale par suppression des silences ou utilisation d'algorithme de répétition. - Compression en télécopie (protocoles T.4 et T.6) - Compression des images (JPEG et MPEG-2 et 4).
Il est à noter qu'un message compressé ne peut être compressé une nouvelle fois, la redondance du message ayant disparue, ou ayant été fortement réduite.
Une compression de données réduit toujours un peu la qualité du signal, sauf pour la compression de textes alphanumériques. À titre d'exemple, une photographie couleur 24 x 36 ne peut pas être projetée dans une grande salle de spectacle sans que le grain de la pellicule n'apparaisse (limite imposée par la résolution de l'image - ou grain de la qualité photographique). Ainsi, il est déconseillé de transmettre par télécopie une photographie en noir et blanc, sous peine de dégradations importantes. La dégradation des messages par la compression de données est une des composantes de l'entropie.
VIII - Le contrôle d'erreur et la sécurité
Depuis les origines de la transmission de données, des procédés ont été mis en œuvre pour détecter les erreurs de transmission et au besoin pour les corriger.
La vérification systématique par la répétition ou par l'écho, la répétition sur demande et le contrôle de parité (somme paire ou impaire des bits des octets) constituent des moyens classiques utilisés en détection d'erreur.
Des solutions plus fiables en transmission ont permis d'alléger les processus de détection d'erreur. Aujourd'hui, les aspects de sécurité soulèvent les points d'authentification, de non répudiation, de non intrusion, d'intégrité, de chiffrement et de sécurité des paiements.
IX - Le contrôle de flux
Le transfert d'informations, qui est lié au débit de la liaison de données, est conditionné par la taille des mémoires des équipements intermédiaires et quelquefois, par l'importance du trafic sur le réseau. Il faut donc instaurer sur la connexion un système automatique de gestion des flux avec arrêt et reprise du flux d'informations dans chacun des sens de la communication de données. Chaque système de transmission met en place un système d'alerte et d'acquittement des blocs de données transmis sur sa section de réseau. Sur l'ensemble de la communication de données, ces systèmes doivent permettre une exploitation cohérente.
X - Le multimédia
Les services multimédias associent sous une forme numérique les données, le son et l'image. En quelque sorte, la diffusion télévisuelle actuelle constituait déjà un flux multimédia, mais sous une forme analogique. Les services multimédias doivent être compris aujourd'hui comme des services numériques interactifs de télécommunications. Après (ou avant) la lecture des programmes multimédias disponibles, la sélection entraîne le paiement à distance ou la vente de produits ciblés (service de téléachat ou de réservation de programme après identification).
Aujourd'hui, les terminaux disponibles sur le marché peuvent associer les fonctions décrites ci-dessus dès la saisie de l'information, de sorte qu'il est impossible de disjoindre les fonctions de codage, de compression, de protection contre les erreurs, la synchronisation, etc. Il est possible de coder un texte dès que l'on a identifié la langue utilisée, car les performances des composants disponibles aujourd'hui permettent d'effectuer les opérations de compression en association avec codage sans nécessiter un nouveau traitement, etc. Haut de page