Traitement du signal audionumérique à partir des modulations sigma-delta et PCM
Auteur : Paul Payen de La Garanderie
Directeur(s) de mémoire : Mohammed Elliq & Olivier Tremois
Son
Résumé : Dans ce mémoire, on présente les principes de fonctionnement des modulations PCM et sigma-delta appliqués au domaine de l’audionumérique. On détaille le fonctionnement des structures employées couramment par l’intermédiaire d’une tranche de console numérique équipée d’une fonction de filtrage (passe bas), de gain et de mélange (pour éventuellement en combiner plusieurs), en plus des convertisseurs analogique/numérique et numérique/analogique. Chacun de ces éléments est étudié en double, dans un cas en exploitant une modulation PCM, et dans l’autre cas en exploitant une modulation sigma-delta. Il est aussi question des structures permettant de passer d’une modulation PCM à une modulation sigma-delta et vice versa. En plus du détail du fonctionnement théorique de chacun de ces éléments, on en fait une réalisation pratique. Cette réalisation pratique aborde dans un premier temps le domaine de l’électronique pour la réalisation des convertisseurs analogique/numérique et numérique/analogique. On peut alors créer un système matériel basé sur un FPGA pour traiter le signal audio à partir des éléments théoriques qui ont été développés et enfin, on peut aborder le problème de la réalisation de l’interface utilisateur en posant les bases de la communication entre les logiciels d’une part et les matériels d’autre part. La structure utilisée pour intégrer l’ensemble de ces composants logiciels et matériels est la plateforme de développement ZedBoard. L’ensemble des dispositifs audio étant regroupés sur la même structure physique il est plus facile d’en réaliser une comparaison, tant du point de vue de la complexité de réalisation, que de la complexité des éléments matériels de base auxquels ils font appel.
Mots-clés : PCM, sigma-delta, DSD, convertisseur, numérique, analogique, FPGA, DSP, électronique.
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Abstract: In this thesis, we show working principles about PCM and sigma-delta modulations applied to digital audio. We detail the functioning of main digital structures by making a channel strip with filter (low-pass), gain, and mixing (to combine some), in addition to analog to digital converters and digital to analog converters. We study each of these elements in two cases: first by using the PCM modulation and secondly by using the sigma-delta modulation. We also talk about structures which permit to convert the sigma-delta modulation into PCM and vice versa. Adding to details of theoretical functioning of each of these element, we do a practical realization of them. This realization, in a first part, enter in the electronic domain to realize analog to digital and digital to analog converters. Then, we can create some hardware on an FPGA to process the audio signal from theoretical elements we developed and finally, we talk about the problem of the realization of the user interface by giving basics of communication between software and hardware. We use the ZedBoard development board to integrate all the developed hardware and software. Because all of these audio systems are on the same physical structure it is easier to compare them in terms of the complexity of the realization and complexity of basic hardware cells needed.
Keywords: PCM, sigma-delta, DSD, converter, digital, analog, FPGA, DSP, electronics.
