Les données numériques sont des informations représentées sous la forme de valeurs numériques que les ordinateurs peuvent stocker, traiter et transmettre. Un texte, une photographie, une musique, une vidéo ou une mesure provenant d'un capteur devient ainsi une suite de nombres que les circuits électroniques peuvent manipuler.

De l'information aux données numériques

Dans le monde réel, de nombreuses informations sont analogiques : la lumière varie progressivement, une voix produit des vibrations dans l'air et la température change continuellement. Pour qu'un ordinateur puisse traiter ces phénomènes, un dispositif les transforme en valeurs numériques.

Par exemple, un microphone transforme les vibrations produites par une voix en signal électrique. Un convertisseur mesure ensuite ce signal à intervalles réguliers et transforme chaque mesure en une valeur numérique. L'ordinateur peut alors enregistrer ces valeurs dans un fichier audio, les modifier ou les transmettre.

Une caméra numérique fonctionne selon un principe comparable. Elle reçoit la lumière grâce à son capteur et transforme les informations lumineuses en valeurs numériques. Ces valeurs servent ensuite à construire l'image composée de pixels.

Les données sont représentées en binaire

Les ordinateurs utilisent le système binaire pour représenter les données. Chaque information est donc finalement constituée de bits, qui prennent la valeur 0 ou 1.

Les bits sont regroupés pour représenter des valeurs plus complexes. Un groupe de 8 bits forme un octet et peut représenter 256 valeurs différentes. Des milliers, des millions ou des milliards d'octets peuvent ensuite être regroupés pour représenter des informations beaucoup plus importantes.

Par exemple, le caractère A peut être associé à la valeur 65 dans le code ASCII, soit 01000001 en binaire. L'ordinateur manipule donc cette suite de bits lorsqu'il enregistre ou transmet ce caractère.

Différents types de données

La même représentation binaire permet de stocker des informations très différentes. Le logiciel qui utilise les données détermine comment il faut interpréter les nombres enregistrés.

• Un texte est constitué de caractères associés à des valeurs numériques.
• Une image est constituée de pixels dont les couleurs sont représentées par des valeurs numériques.
• Un son est représenté par une succession de mesures numériques du signal sonore.
• Une vidéo rassemble une succession d'images numériques et généralement des données audio.
• Une mesure provenant d'un capteur peut être enregistrée sous forme d'une valeur numérique, comme une température de 21,5 °C.

Le stockage des données

Les données sont enregistrées dans différents types de mémoire. La RAM conserve temporairement les données utilisées par les programmes en cours d'exécution, tandis que les SSD, les disques durs et les autres supports de stockage conservent les fichiers de manière durable.

La quantité de données est mesurée en octets et en multiples de l'octet : kilo-octets, mégaoctets, gigaoctets et téraoctets. Un document texte peut occuper quelques kilo-octets, une photographie plusieurs mégaoctets et un film plusieurs gigaoctets.

Le traitement des données

Le processeur manipule en permanence des données numériques. Lorsqu'un logiciel ouvre une photographie, par exemple, les données du fichier sont chargées en mémoire puis interprétées pour reconstruire les pixels de l'image. Le processeur et la carte graphique traitent ensuite ces informations afin de produire l'image affichée à l'écran.

Le même principe s'applique à toutes sortes de programmes. Un traitement de texte manipule des caractères, un lecteur audio manipule des échantillons sonores et un logiciel de montage vidéo manipule des images, du son et différentes informations associées.

La transmission des données

Les données numériques peuvent être transmises d'un appareil à un autre sous forme de suites de bits. Lorsqu'une photographie est envoyée sur Internet, par exemple, son fichier est découpé en données qui circulent sur le réseau jusqu'au destinataire. L'ordinateur destinataire reconstitue ensuite le fichier afin de pouvoir afficher l'image.

La transmission numérique permet également de copier et de reproduire les mêmes données sur de nombreux appareils. Une même photographie peut ainsi être enregistrée sur un ordinateur, envoyée sur un smartphone, stockée sur un serveur et affichée sur plusieurs écrans.

La taille et la quantité des données

La quantité de données dépend de l'information représentée et de la précision choisie. Une photographie de haute définition contient davantage de pixels qu'une petite image. Un enregistrement audio réalisé avec une fréquence d'échantillonnage et une précision élevées contient davantage de données qu'un enregistrement de moindre qualité.

Lorsque la quantité de données devient importante, la compression permet de réduire la taille des fichiers. Une photographie JPEG, une musique MP3 ou une vidéo compressée occupent ainsi moins d'espace que leurs versions non compressées.

Une vidéo numérique est une succession d'images numériques affichées rapidement les unes après les autres. Elle peut également contenir du son, des sous-titres et différentes informations permettant à l'ordinateur de la lire correctement.

Les images d'une vidéo

Chaque image d'une vidéo est appelée une trame (frame). Une vidéo est donc constituée d'un grand nombre d'images qui se succèdent dans un ordre précis. Lorsque ces images sont affichées suffisamment rapidement, notre cerveau les perçoit comme un mouvement continu.

Le nombre d'images affichées chaque seconde correspond à la fréquence d'images, exprimée en images par seconde ou FPS (Frames Per Second).

• 24 images/s : fréquence couramment utilisée au cinéma.
• 25 images/s : fréquence utilisée notamment pour certaines diffusions télévisées.
• 30 images/s : fréquence très courante pour les vidéos numériques.
• 60 images/s : fréquence utilisée pour obtenir des mouvements plus fluides, notamment dans les jeux vidéo.
• 120 images/s et plus : fréquences utilisées notamment pour les ralentis.

La définition d'une vidéo

Chaque trame est une image numérique composée de pixels. La définition indique le nombre de pixels qui composent chaque image. Par exemple, une vidéo Full HD possède une définition de 1 920 × 1 080 pixels, soit plus de deux millions de pixels par trame.

À 30 images par seconde, une vidéo Full HD affiche donc plus de 60 millions de pixels chaque seconde. Une vidéo en définition plus élevée, comme la 4K, contient encore davantage de pixels à traiter pour chaque image.

Le son d'une vidéo

Une vidéo numérique peut contenir une ou plusieurs pistes audio. Le son est enregistré sous forme de données numériques, comme dans un fichier audio. Lors de la lecture, l'ordinateur synchronise les données audio avec les images afin que les paroles, la musique et les bruitages correspondent aux événements visibles à l'écran.

Une même vidéo peut contenir plusieurs pistes audio. Un film peut par exemple proposer une piste en français, une piste en anglais et différentes pistes destinées à d'autres langues.

Les autres données d'une vidéo

Un fichier vidéo peut également contenir des sous-titres, plusieurs langues, des chapitres ou des informations indiquant la durée et les caractéristiques de la vidéo. Toutes ces données sont regroupées afin que le logiciel de lecture puisse les exploiter.

La taille des vidéos

Une vidéo contient rapidement une très grande quantité de données. Une seule seconde d'une vidéo Full HD à 30 images par seconde contient déjà 30 images de plus de deux millions de pixels chacune. Sur plusieurs minutes, la quantité de données devient donc considérable.

La compression permet de réduire cette quantité de données. Elle exploite notamment les ressemblances entre les images successives. Par exemple, dans une scène où une personne parle devant un décor immobile, une grande partie des pixels reste identique d'une image à l'autre. Les méthodes de compression utilisent ces répétitions pour réduire la taille du fichier.

La lecture d'une vidéo

Lorsqu'une vidéo est lue, l'ordinateur récupère les données du fichier et reconstitue les images successives. Il les affiche ensuite à la fréquence prévue, tout en reproduisant les pistes audio au même rythme.

Une vidéo à 30 FPS nécessite ainsi l'affichage de 30 trames chaque seconde. Pour une vidéo de 10 minutes, cela représente 18 000 images. L'ordinateur traite toutes ces données en continu pour produire les images animées et le son que l'utilisateur voit et entend.

Les utilisations des vidéos numériques

Les vidéos numériques sont utilisées dans les films, les séries, les jeux vidéo, les visioconférences, les réseaux sociaux, les cours en ligne, les caméras de surveillance et les applications scientifiques. Elles permettent d'enregistrer, de stocker, de modifier et de transmettre des scènes animées sous forme de données numériques.