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.

La compression des données est une technique qui permet de réduire la taille d'un fichier. Elle est utilisée pour diminuer l'espace nécessaire au stockage et accélérer le transfert des données. Elle concerne les textes, les images, les sons, les vidéos et de nombreux autres types de fichiers.

Le principe de la compression

Un fichier contient souvent des informations qui se répètent. Un algorithme de compression recherche ces répétitions et les représente de manière plus compacte. Le fichier obtenu contient ainsi moins de données tout en conservant les informations nécessaires à sa lecture.

Par exemple, une longue suite de caractères identiques peut être représentée plus simplement en indiquant le caractère et le nombre de fois qu'il se répète. L'ordinateur peut ensuite utiliser ces informations pour reconstituer les données lors de la décompression.

La compression sans perte

La compression sans perte (lossless) permet de retrouver exactement les données originales après la décompression. Toutes les informations sont conservées.

Cette méthode convient aux fichiers dont chaque donnée doit rester identique, comme les documents, les programmes et certaines images ou musiques. Les formats ZIP, PNG et FLAC utilisent notamment ce principe.

Par exemple, un document texte compressé dans une archive ZIP peut être décompressé et retrouver exactement le même contenu, caractère par caractère.

La compression avec perte

La compression avec perte (lossy) réduit davantage la taille d'un fichier en supprimant certaines informations. Ces informations sont choisies parmi celles qui sont généralement peu perceptibles par l'être humain.

Cette méthode est particulièrement utilisée pour les photographies, les musiques et les vidéos. Les formats JPEG, MP3 et de nombreux formats vidéo utilisent ce principe.

Par exemple, une photographie peut passer de 24 Mo à 3 Mo après une compression JPEG. L'image conserve son apparence générale tout en occupant huit fois moins d'espace. Une compression supplémentaire peut cependant rendre certaines différences de plus en plus visibles.

La compression sur Internet

La compression permet de transmettre beaucoup plus rapidement les données sur Internet. Une vidéo, une image ou un fichier audio compressé nécessite moins de données à transférer. Cela réduit également l'espace utilisé sur les serveurs et la quantité de données à télécharger.

Les services de streaming utilisent ainsi la compression pour transmettre des vidéos et des musiques aux utilisateurs. La taille des données est adaptée afin de permettre une lecture fluide tout en conservant une qualité suffisante.

Les archives compressées

Une archive permet de regrouper plusieurs fichiers dans un seul fichier. Le format ZIP est l'un des plus courants. Il permet notamment de rassembler plusieurs documents et de les compresser afin de faciliter leur stockage ou leur transfert.

Par exemple, dix documents peuvent être regroupés dans une seule archive ZIP. L'utilisateur peut ensuite extraire les fichiers pour retrouver séparément chacun des documents d'origine.

La compression dans l'informatique

La compression est utilisée dans de nombreux domaines de l'informatique. Elle permet de réduire l'espace de stockage, de faciliter les transferts et de diminuer la quantité de données à transmettre. Les fichiers téléchargés, les photographies, les musiques, les vidéos et les archives utilisent ainsi différents procédés de compression adaptés à leur contenu.