Filtrage numerique pour les filtres a reponse impulsionnelle finie

A moins de vivre totalement coupé du monde, sans télévision ni radio ni presse ou Internet, personne aujourd’hui ne peut ignorer le concept magique du «numérique».

Cet adjectif béni des publicitaires est utilisé pour vanter les mérites de produits de diverses natures, du téléphone mobile à la télévision, et plus généralement de tout ce qui touche à l’électronique grand public.

Cependant, par abus de langage ou volonté de simplification, ce terme est très souvent utilisé pour caractériser des systèmes réalisant des fonctions de traitement numérique du signal ( en anglais Digital Signal Processing ou DSP) : « télévision numérique » pour les réseaux câblés et satellites, « son digital » pour les téléphones mobiles, « appareil photo numérique » sont autant d’exemples faisant implicitement référence à la technologie DSP.

Au-delà du phénomène purement marketing, ce succès traduit bel et bien la part désormais prépondérante de cette technologie dans les produits de grande consommation.

Apparu dans les années 60-70 en même temps que les premiers calculateurs, le traitement numérique du signal est pendant longtemps resté cantonné à quelques domaines d’application particuliers: radar et sonar, industrie pétrolière, aéronautique et espace, et imagerie médicale.

Ceci s’explique principalement par le coût prohibitif des ordinateurs à cette époque: le traitement numérique du signal constituait alors un luxe que seuls les militaires ou des industries particulièrement riches pouvaient s’offrir.

L’arrivée des ordinateurs personnels dans les années 80 a contribué au développement de la technologie numérique, occasionnant d’énormes progrès dans la maîtrise des processus de fabrication, l’évolution des architectures matérielles et la performance des circuits intégrés.

Mais ces efforts ont avant tout portés sur les microprocesseurs généralistes utilisés dans l’industrie des PC.

Les circuits spécialisés en traitement du signal ont eux aussi profité de l’évolution technologique mais sont globalement restés « à la traîne » par rapport aux microprocesseurs et microcontrôleurs, qui sont les moteurs de l’industrie de l’époque.

Les quelques circuits implémentant des fonctions DSP sont des blocs câblés non programmables réalisant des traitements simples de type Filtre ou Transformée de Fourier.

Il faut attendre le milieu des années 80 pour voir apparaître les premiers processeurs programmables spécialisés dans le traitement du signal (en anglais Digital Signal Processors, ou DSP).

L’architecture de ces processeurs reste alors relativement basique et découle directement de la structure des filtres numériques.

La véritable révolution survient au début des années 90 avec l’émergence des applications multimédias, de l’Internet et de la téléphonie mobile.

La complexité de ces applications et les fortes contraintes en terme de performance liées à ces domaines obligent les concepteurs de circuits spécialisés DSP à envisager de nouvelles solutions matérielles et logicielles.

C’est ainsi qu’on a vu apparaître dans les processeurs de traitement du signal des techniques architecturales modernes tels les jeux d’instructions VLIW, les architectures superscalaires et fortement pipelinées, les architectures multiprocesseurs, etc.

Dans le même temps, les microprocesseurs généraux se sont dotés d’extensions matérielles spécialisées pour le multimédia

(ex : l’extension MMX du Pentium) et les fabricants de FPGA ont commencé à proposer des librairies de macro-cellules orientées DSP.

Les coprocesseurs de type ASIC (Application Specific Integrated Circuit)

ne sont cependant pas en reste puisqu’ils restent incontournables pour implémenter les fonctions complexes qui ne peuvent se satisfaire d’une solution partiellement logicielle. Aujourd’hui, les domaines d’application dans lesquels intervient le traitement du signal sont très nombreux, et la diversité des solutions matérielles d’implémentation est elle aussi très grande.

Ce rapport présente le « domaine traitement du signal » et fait le point sur les différentes solutions d’implémentation.

La section suivante donne un aperçu de la place des circuits DSP dans le marché des semi-conducteurs et présente les différents domaines d’application.

La troisième section examine les caractéristiques particulières des applications DSP vis-à-vis du problème de l’intégration matérielle.

La quatrième section détaille les différentes solutions d’implémentation en soulignant leurs avantages et leurs faiblesses respectifs.

En conclusion, la dernière section présente un exemple de système DSP sur puce spécialisé pour la téléphonie mobile.