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