L informazione numerica

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1 L informazione numerica

2 Sorgenti di informazione Abbiamo esaminato delle sorgenti di informazione analogiche (audio, video). Abbiamo visto come trasmetterle a distanza per mezzo di sistemi analogici. Come possiamo usare dei sistemi numerici per trasmettere a distanza informazioni di tipo analogico?

3 La conversione A/D L informazione emessa da una sorgente analogica è convertita in forma numerica da un convertitore analogico/numerico (A/D). Sorgente Analogica A/D Segnale numerico

4 La conversione A/D Il convertitore A/D esegue due operazioni in sequenza: Campionamento Quantizzazione Campionamento Quantizzazione

5 La conversione A/D Il convertitore A/D esegue due operazioni in sequenza: Campionamento Quantizzazione Campionamento Quantizzazione

6 Campionamento Permette di estrarre da un segnale analogico a banda limitata tutta l informazione in esso contenuta. I campioni del segnali prelevati a frequenza almeno pari al doppio della banda contengono tutta l informazione.

7 Campionamento Il campionamento avviene a frequenza f 2B c La minima frequenza a cui si deve campionare un segnale analogico è detta frequenza di Nyquist.

8 Quantizzazione I campioni del segnale possono poi essere convertiti in forma numerica assegnando ad un insieme finito di valori del segnale un unico codice numerico, che corrisponde ad uno dei valori del predetto intervallo.

9 Quantizzazione Il valore rappresentativo dell intervallo è (solitamente) il valor medio dell intervallo stesso. Intervallo Valore rappresentativo

10 Quantizzazione La quantizzazione trasforma dei campioni con illimitati valori su un campo limitato in campioni con finiti valori su un campo limitato.

11 PCM - Pulse Code Modulation Il segnale analogico, nella centrale di origine, è campionato, convertito in forma numerica (quantizzato) e si trasmettono i suoi campioni numerici tramite una multiplazione TDM. Nella centrale di destinazione il segnale è riconvertito in forma analogica e poi inviato al destinatario.

12 PCM Qualità del segnale La qualità del segnale audio dipende da: Numero di bit di quantizzazione migliora aumentando il numero di bit Probabilità di errore sul canale di trasmissione migliora diminuendo la probabilità d errore

13 PCM 8 bit Quantizzazione uniforme Quantizzazione (S/N) [db] Probabilità d errore 10 Sopra soglia Sotto soglia 0 1,E-10 1,E-09 1,E-08 1,E-07 1,E-06 1,E-05 1,E-04 1,E-03 1,E-02 1,E-01 1,E+00 p

14 PCM Qualità del segnale Qualità del PCM Se la probabilità di errore si mantiene al di sotto di un valore di soglia, la qualità è determinata solo dal numero di bit di quantizzazione: il sistema opera sopra soglia. In queste condizioni l utente non percepisce alcuna variazione della qualità anche in presenza di forti variazioni della probabilità di errore.

15 Misura dell informazione Una sorgente numerica (o numerizzata) emette delle informazioni in forma di simboli di sorgente x i. Definiamo alfabeto di sorgente A questo insieme. Ad ogni simbolo è associata la probabilità di emissione p i del simbolo, ossia la probabilità che il simbolo sia emesso dalla sorgente.

16 Misura dell informazione Il contenuto di informazione di un simbolo emesso dalla sorgente numerica (stazionaria) è I( x ) = dove la base del logaritmo determina l unità di misura associata al sistema informativo. Se a=2 l unità di misura è il bit. i log a 1 p i

17 Entropia Il contenuto medio di informazione emesso dalla sorgente numerica, detto ENTROPIA è H = M i= 1 p i log a 1 p i dove M è il numero di possibili simboli che la sorgente può emettere.

18 Codifica di sorgente L entropia della sorgente indica il numero medio di bit di informazione che la sorgente emette. Se la sorgente emette più bit della sua entropia significa che parte di questa emissione è priva di contenuto informativo (ridondanza( ridondanza). Il codificatore di sorgente ha il compito di eliminare (od almeno ridurre) la ridondanza.

19 Codificatori audio ADPCM MP3 AC3 GSM Telefonia a 32 kb/s Audio coder di MPEG-1 Dolby audio coder (usato nei DVD) Full-rate, half-rate, Enhanced full-rate

20 Codificatori video Motion Picture Expert Group = MPEG Costituito nel MPEG Video CD, MP3 MPEG DVD, Digital TV MPEG Next generation multimedia MPEG-7???? Multimedia data description telecomitalialab.com

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