Exemples de signaux numériques : Des bits aux applications
Un signal numérique représente les données comme une suite de valeurs discrètes (typiquement binaire : 0/1, Bas/Haut, 0V/3,3V, -1V/+1V). Contrairement aux signaux analogiques (tension/fréquence continues), les signaux numériques sont quantifiés en amplitude et en temps.
Exemples fondamentaux (Couche physique)
- UART/Série : Bit start (0), 8 bits données, parité, bit stop (1). Niveaux tension : RS-232 (±12V), TTL (0/3,3V/5V).
- I²C / SPI : Horloge synchrone + lignes données. Puce-à-puce sur PCB.
- Ethernet (1000BASE-T) : PAM-5 (5 niveaux tension) sur 4 paires → 1 Gbps. Symboles numériques, pas binaire.
- USB (2.0/3.x/4) : Paires différentielles (D+/D-, TX/RX). Codage NRZI + bit stuffing.
- HDMI / DisplayPort / PCIe : Codage TMDS / 8b/10b / 128b/130b / 128b/132b. Série haut débit.
- Bus mémoire DDR : DDR source-synchrone (Double Data Rate) — données sur les deux fronts d'horloge.
- Modulation RF (Wi-Fi/4G/5G/Bluetooth) : Symboles OFDM/QAM mappés points constellation (numérique) → I/Q analogique → Antenne. Le baseband est numérique.
Exemples représentation données (Couche application)
| Type données | Représentation numérique | Standard/Format |
|---|---|---|
| Texte | Points de code Unicode (UTF-8 : 1–4 octets/car.) | UTF-8, ASCII, UTF-16 |
| Audio | Échantillons PCM (44,1 kHz, 16-bit) → Compressé (MP3, AAC, Opus, FLAC) | WAV, MP3, FLAC, AAC |
| Image | Tableau pixels : R,G,B (8/10/12-bit) → Compressé (JPEG, HEIC, PNG, WebP, AVIF) | JPEG, PNG, HEIC, RAW |
| Vidéo | Séquence trames (I/P/B) → Macroblocs → Codage entropique (H.264, HEVC, AV1, VP9) | MP4, MKV, MOV, TS |
| Données capteurs | Sortie CAN : Entier/Flottant (Temp, Pression, Accel, Gyro, PPG, ECG) | CSV, JSON, Protocol Buffers, CBOR |
| Imagerie médicale | Grille voxels (DICOM) : Tranches CT/MRI/PET → 16-bit niveaux gris + métadonnées | DICOM (.dcm) |
| Financier | Décimal (virgule fixe) pour exactitude : Solde, Prix, Volume. ISO 20022 (XML/JSON). | FIX, ISO 20022, SWIFT MT |
| Contrôle/Télémétrie | États discrets (Marche/Arrêt, Ouvert/Fermé) + Analogique→Numérique (PLC/SCADA/IIoT) | Modbus, OPC UA, MQTT, PROFINET |
| Génomique | Paires bases (A/C/G/T) → Codage 2-bit (CRAM/BAM/FASTQ) | FASTQ, BAM, CRAM, VCF |
Distinction clé : Numérique ≠ Binaire seulement
Signalisation multi-niveaux (PAM-4, PAM-5, 256-QAM, 1024-QAM) transporte plusieurs bits par symbole. Le signal reste numérique car le récepteur quantifie vers un ensemble fini de niveaux définis. Marge bruit conçue autour seuils décision.
Contreparties analogiques (Pour contraste)
- Tension micro (onde pression continue).
- Sillon vinyle (déplacement continu).
- Vidéo composite NTSC/PAL/SECAM (amplitude/fréquence continues).
- Tension thermocouple (température continue).
- Onde porteuse radio (avant modulation).
Essence : Si c'est traité par CPU/GPU/MCU/DSP/FPGA, c'est numérique. Le monde est analogique ; nous numérisons au capteur (CAN) et reconstruisons à l'actionneur (CNA).