ATELIER : Traitement du signal sans stress
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Les techniques de traitement du signal sont au cœur d’innovations technologiques majeures dans des domaines très variés : Sans traitement du signal nous n’aurions ni GSM ni ADSL, la robotique et l’imagerie médicale seraient restées à l’âge de pierre, les appareils photographiques seraient encore argentiques et nous n’aurions certainement pas posé une sonde sur Mars.
Le traitement du signal n’est pas l’apanage des grands projets. Connaitre ces techniques et les utiliser à bon escient peut aussi permettre à une PME de concevoir des produits plus performants, plus innovants... et moins chers. Malheureusement le traitement du signal reste mal connu et sous-utilisé, peut-être à cause de sa présentation souvent très “mathématique” rebutant certains.
L’objectif de cette formation, est de démystifier le traitement du signal par une approche très orientée applications, associant des présentations théoriques les plus simples possibles des algorithmes fondamentaux, des exemples concrets, une présentation des composants électroniques clés dans de telles architectures, et surtout des travaux pratiques pour se familiariser avec les concepts présentés. Ces travaux pratiques seront réalisés sur l’outil open source SciLab mais seront facilement transposables dans tout environnement de développement.
Jour 1
9h-9h15 : Accueil et café
9h15-9h45 (30’) : Présentations
Le programme des deux journées et demie
Tour de table, expériences et attentes des participants
9h45-10h05 (20’) : Introduction
Qu’est ce que le traitement du signal ?
Structure générale d’une chaîne de traitement du signal
Panorama des algorithmes typiques
Panorama des applications
Ordres de grandeurs économiques
10h05-10h30 (25’) : Un outil gratuit adapté au traitement du signal : SciLab
Origine et fonctionnalités
Interface utilisateur
Types de données
La syntaxe des principales commandes
Courbes et graphiques
Lecture/écriture de fichiers audio
La programmation sous SciLab
Les bibliothèques dédiées au traitement du signal
10h30-10h45 : Pause
10h45-11h45 (1h) TP : Mise en oeuvre de Scilab
Création d’un vecteur pseudo-aléatoire, programmation d’une moyenne glissante, graphiques
Expérimentation avec un fichier audio : inversion temporelle, ramping de niveau, ...
11h45-12h30 (45’) : Les signaux échantillonnés
Les bases, et Shannon...
Le repliement de spectre qu’est ce que c’est ?
Sur-échantillonage et décimation
La conception de filtres anti-repliement – Exemples
12h30-13h30 : Déjeuner
13h30-14h15 (45’) : Conversion temps-fréquence
Introduction à la transformée de Fourier
L’algorithme roi : la FFT
Fenêtrage : pourquoi ?
Exemples
14h15-14h45 (30’) TP : Mise en oeuvre d’une FFT sous Scilab
Génération d’un fichier bruité, FFT, analyse
jour 2
9h-9h15 : Accueil et café
9h15-10h15 (1h) : Quels processeurs pour le traitement de signal ?
Les DSP. Exemple du processeur Blackfin (ADI)
Les micro-DSP
Les FPGA
Et les microcontrôleurs ?
La délocalisation des traitements sur PC
Bibliothèques de fonctions : Quand ne pas réinventer la roue ?
DSP : quelles erreurs éviter ?
Exemples de produits typiques
10h15-11h15 (1h) : La conversion Analogique/Numérique
Les différents types de convertisseurs A/N (SAR, Sigma-Delta, Flash, Pipeline)
Les caractéristiques d’un ADC : DNL, INLR, SFDR, ENOB, etc
Composants disponibles : acteurs et état de l’art
L’horloge d’échantillonnage : Du jitter au SNR
Drivers et filtres anti-repliements
Un autre élément fondamental : la référence de tension
L’alimentation d’un ADC...
Le casse tête du routage d’une carte signaux mixtes
ADC et plan(s) de masse
Les différents types de convertisseurs N/A (R-2R, réseau capacitif, par MLI, etc)
Les CODEC audio dédiés
11h15-11h30 : Pause
11h30-12h00 (30’) La modulation sigma-delta
Limitation d’un convertisseur N/A type MLI
Le principe sigma-delta dans le cas N/A
Et pour un convertisseur N/A ?
L’état de l’art
Faire un sigma-delta par logiciel ?
12h00-13h00 (1h) TP : Codage d’un modulateur sigma-delta en SciLab
Génération d’une tension DC par MLI puis par sigma-delta, comparaison des spectres
13h00-14h30 : Déjeuner
14h30-15h30 (1h) Le filtrage numérique à réponse finie
De la FFT aux filtres FIR
Conception d’un filtre FIR
Pourquoi le moyennage n’est pas un bon filtre ?
Exemple de design de FIR sur microcontrôleur
Pourquoi un traitement multirate ?
Le filtrage rapide : les filtres CIC
15h30-15h45 : Pause
15h45-16h30 (45’) TP : Codage d’un filtre FIR sous Scilab
Conception du filtre et filtrage passe-bande d’un signal audio
16h30-17h00 (30’) Introduction aux filtres récursifs
Un filtre récursif basique : la moyenne pondérée glissante
Forme générique d’un filtre récursif
Du filtre analogique au filtre IIR
Outils de conception
Jour 3
9h-9h15 : Accueil et café
9h15-9h45 (30’) La génération de signaux
Introduction aux techniques DDS/NCO
L’influence des paramètres
Comment moduler ?
9h45-10h30 (45’) (TP) : Développement d’un DDS en Scilab
Génération d’une sinusoide, d’un sweep, d’une somme de sinusoides
10h30-10h45 : Pause
10h45-11h30 (45’) Quelques autres techniques utiles
Décimation et interpolation
La détection synchrone
Verrouillage de phase
Les mélangeurs numériques
11h30-12h00 (30’) Introduction aux techniques de régulation
Le régulateur PID
Comment régler un PID en pratique
Notion de filtre de Kalman
12h00-12h45 (45’) TP : Expérimentation d’un PID en SciLab
Modèle d’un élément chauffant, régulation bang-bang, PID, réglage des paramètres
12h45-13h00 : Questions/réponses
13h00-14h30 : Déjeuner
14h30-14h45 (15’) Traitement du signal & Mise au point : Quelles spécificités ?
La difficulté de l’observation
Méthodologie de développement
Quels outils pour investiguer ?
Et la maintenance ?
14h45-15h15 (30’) : Synthèse
Les grandes tendances
Les grandes erreurs à éviter
Les grandes réussites
15h15-16h : Bilan de la formation et questions/réponse
16h : Fin de la formation