Tecnologie Multimedialia.a.2017/2018Docente:DOTT.SSAVALERIAFIONDA

Ilsuono

ILSUONO

• Ilsuono è quello stimolo prodotto sul nostro orecchiodalla vibrazione diuncorpo inoscillazione che si propagainunmezzo(adesempio l'aria ol'acqua).Anche il suonoè,quindi,un'onda.Taleonda si propaga – attraverso l'aria– dalla sorgente alnostre orecchie.• L'aria favibrare il nostro timpano comeuntamburo etalevibrazione viene trasformata inunimpulso nervoso perilcervello.•Macomeè fatta questa onda che arriva ai nostri timpani(oppure sulla membrana diunmicrofono)?

ILSUONO:DIGITALIZZAZIONE

Che cosa significa digitalizzare questo segnale?• Significa trasformare ladeformazione della membrana delmicrofono (odelnostro timpano)inuninsieme dinumeri,così dapoterli trattare attraverso uncomputer.• Anche inquesto caso,è necessario effettuare leattività dicampionamento edidigitalizzazione,masu unsegnalecompletamente diverso rispetto aquello utilizzato perleimmagini.

Rappresentazione digitaledell’audio

ILCAMPIONAMENTOELAQUANTIZZAZIONE

Idatimultimedialivengonodigitalizzatiattraversodueprocessi:

1.CAMPIONAMENTOà vengonoprelevatideicampionirappresentativideldatomultimedialeadintervalliregolariditempo.

2.QUANTIZZAZIONEà siapprossimaognicampioneconilvaloredigitalepiùvicinorappresentabiledalcalcolatore.

Nelladigitalizzazioneaudio...

Consideriamoiparametrifisicidell’ondasonora:

• FREQUENZA

• TEMPO

• AMPIEZZA

• LUNGHEZZAD’ONDA

FREQUENZADELL'ONDA

1.CAMPIONAMENTO

• Consistenell'estrarrecampionidaunsegnalevariabile,incorrispondenzadiistantiditemposuccessivi:DISCRETIZZAZIONEDELLAVARIABILETEMPO

1.LAFREQUENZADICAMPIONAMENTOèlamisuraespressainhertz delnumerodivoltealsecondoincuiunsegnaleanalogicovienemisuratoememorizzatoinformadigitale.«Periododicampionamento/frequenzadicampionamento=

campionepersecondo»

- Maggioreèlafrequenzadicampionamento,piùaccuratasaràladescrizione:

1.CAMPIONAMENTO

Infasediacquisizionediunsegnale audio,comegià visto perleimmagini,ènecessario domandarsi qualesia lafrequenza idealedicampionamento.• nonesiste unvalore corretto apriori.Poiché adunminore intervallo tra uncampionamentoed unaltro corrispondeuna maggiore quantità diinformazioni acquisite talevaloredipendedallatipologia diinformazioni che si intendeacquisire.Nel caso delle immagini,leinformazioni d'interesse sono i dettagli eperl'audio?• Lefrequenze che compongono il segnale• Ogni suono,infatti,può essere trattato comeuna opportunacombinazionedionde acustichedifrequenzadiversa.

• Questo è evidente pensando allamusica:ascoltando unorchestrache suona,l'onda che arriva alle nostreorecchie è lasommadelle onde prodottedaognisingolo strumento.

1.CAMPIONAMENTO

Qual'è lamassima frequenza che il nostro orecchio è ingrado dipercepire?• L'orecchio umano è ingrado – inmedia– dipercepire frequenzecomprese tra i 20Hzed i 20.000Hz.• Allora è sufficiente effettuare unamisura ogni 1/20.000secondi?

1.CAMPIONAMENTO:ilteoremadiNyquist-Shannon

Aquantocorrispondelagiustafrequenzadicampionamento?

Ilteoremadefiniscelaminimafrequenza,dettafrequenzadiNyquist,necessariapercampionareunsegnaleanalogicosenzaperdereinformazionieperpoterricostruireilsegnaleanalogicoinuntempocontinuooriginario(ovveroperunaricostruzionefedele).

à lafrequenzaminimadicampionamentoèparialdoppiodellafrequenzamassimadelsegnale (44,1KHz).

1.CAMPIONAMENTO:Esempio

Consideriamounbranomusicaledelladuratadi3,35minuti.• Selocampioniamoadunafrequenzafc =8000Hz=8KHzotteniamo

3,35min x8000campioni=215secx8000campioni=1720000campioni=1,72Mcampioni

• Selocampioniamoadunafrequenzafc =16000Hz=16KHzotteniamo

3,35min x16000campioni=215secx16000campioni=3440000campioni=3,44Mcampioni

1.CAMPIONAMENTO:Esercizi

Consideriamounbranomusicaledelladuratadi35secondi.• Selocampioniamoadunafrequenzafc =2000Hzquanticampioniotteniamo?

35secx2000campioni=70000campioni=70K campioni

1.CAMPIONAMENTO:Esercizi

Consideriamounbranomusicaledelladuratadi1minutoe15secondi.• Selocampioniamoadunafrequenzafc =3KHzquanticampioniotteniamo?

1min e15secx3000campioni=225000campioni=225Kcampioni

1.CAMPIONAMENTO:Esercizi

Consideriamounbranomusicaledelladuratadi1minutoe15secondi.• Selocampioniamoadunafrequenzafc =14,5KHzquanticampioniotteniamo?

1min e15secx14500campioni=1.087.500campioni=1,087Mcampioni

2.QUANTIZZAZIONE

• Dopoilcampionamento,laconversioneanalogico-digitalevienecompletataconlaquantizzazione,checonsistenell’associareadognicampioneunvalorediscreto.

Dopoogniperiododicampionamento:

à siprelevauncampioneà siquantizzailsegnaleanalogicoinquell’istante(QUANTIZZAZIONE)à siproduceunasequenzadiparolebinariechecorrispondonoall’andamentodelsegnale(CODIFICA).

2.QUANTIZZAZIONE:Esempio

Consideriamounbranomusicaledelladuratadi3,35minutierappresentatoda1720000campioniconunafrequenzadi8KHz.• Seusiamo8livellidiquantizzazione,ognicampionepuòessererappresentatoda3bit:

1720000campionix3bit=5160000bit=0,62MB

• Seusiamo256livellidiquantizzazione,ognicampionepuòessererappresentatoda8bit:

1720000campionix8bit=13760000bit=1,64MB

2.QUANTIZZAZIONE:Esercizi

Consideriamounbranomusicaledelladuratadi35secondierappresentatoda80000.• Seusiamo3bitperognicampionequantooccupailbranodigitalizzato?

80000campionix3bit=240.000bit=30.000Byte=29,3KB

• Seusiamo40livellidiquantizzazioneperognicampionequantooccupailbranodigitalizzato?

80000campionix6 bit=480.000bit=60.000Byte=58,59KB

2.QUANTIZZAZIONE:Esercizi

Consideriamounbranomusicaledelladuratadi35secondicampionatoaunafrequenzadi16KHz.• Seusiamo100livellidiquantizzazioneperognicampionequantooccupailbranodigitalizzato?

560.000campionix7 bit=3.920.000bit=490.000Byte=478.52KB=0,47MB

• CODIFICAIlBITRATE èilvalorecheindicaquantibitvengonousatipercodificareunsecondodimusica:siesprimeinbitpersecondo(bit/s).

• Perottenereilbitratesiconsidera:- Frequenzacampionamento:campione/secondo=44,1kHz- Quantizzazione:numerodibitpercampione=16bit

...quindiilBITRATE(numerodibitpersecondo)diunfilenoncompressoè:44,1kHzx16=7056000bps=6,7Mbps.

3.CODIFICA:Esempio

• Consideriamounbranomusicalecampionatoconunafrequenzadi8KHzerappresentatoda256livellidiquantizzazione,ovvero8bit,haunbit-rate:

8000campionialsecondox8 bit=64.000bit-per-secondo=64.000bps=62,5Kbps

• Consideriamounbranomusicaledi3,35min conbit-rate62,5kbps.Occupa:

215secx62,5kbps=13437,5Kb=1,64MB

3.CODIFICA:esercizio

• Consideriamounbranomusicalecampionatoconunafrequenzadi11,15KHzerappresentatoda92livellidiquantizzazione.Qualèilsuobit-rate?

11.150campionialsecondox6 bit=66.900bps=65,33Kbps

ESERCIZIOUnsecondodisuono campionato a512Hzoccupa 1KB.Quantivalori distinti si possono avere peri campioni?• Poichè vengonomemorizzati 512campioni alsecondo,avremointutto 512campioni (stiamo considerandounsolosecondodisuono).• Visto che il filesonoro di512campioni occupa 1KB,cioè 1024byte,ogni singolo campione occuperà 1024/512=2byte,ovvero 16bit.• Quindi si potranno avere 216 =65536valori distinti pericampioni.