Tecnologie Multimediali a.a. 2017/2018. Docente: DOTT.SSA VALERIA FIONDA

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1 Tecnologie Multimediali a.a. 2017/2018 Docente: DOTT.SSA VALERIA FIONDA

2 Rappresentazione digitale dell audio

3 IL CAMPIONAMENTO E LA QUANTIZZAZIONE I dati multimediali vengono digitalizzati attraverso due processi: 1. CAMPIONAMENTO à vengono prelevati dei campioni rappresentativi del dato multimediale ad intervalli regolari di tempo. 2. QUANTIZZAZIONE à si approssima ogni campione con il valore digitale più vicino rappresentabile dal calcolatore.

4 Dopo ogni periodo di campionamento : à si preleva un campione à si quantizza il segnale analogico in quell istante (QUANTIZZAZIONE) à si produce una sequenza di parole binarie che corrispondono all andamento del segnale (CODIFICA).

5 CODIFICA Il BITRATE è il valore che indica quanti bit vengono usati per codificare un secondo di musica: si esprime in bit per secondo (bit/s). Per ottenere il bitrate si considera: - Frequenza campionamento - Quantizzazione: numero di bit per campione... quindi il BITRATE ( numero di bit per secondo) di un file è: numero di campioni al secondo x numero di bit per campione

6 3. CODIFICA: Esempio Consideriamo un brano musicale campionato con una frequenza di 8 KHz e rappresentato da 256 livelli di quantizzazione, ovvero 8 bit, ha un bit-rate: 8000 campioni al secondo x 8 bit = bit-per-secondo = bps = 62,5 Kbps Consideriamo un brano musicale di 3,35 min con bit-rate 62,5 kbps. Occupa: 215 sec x 62,5 kbps = 13437,5 Kb = 1,64MB

7 3. CODIFICA: esercizio Consideriamo un brano musicale campionato con una frequenza di 11,15 KHz e rappresentato da 92 livelli di quantizzazione. Qual è il suo bit-rate? campioni al secondo x 7 bit = bps = 76,22 Kbps

8 ESERCIZIO Un secondo di suono campionato a 512 Hz occupa 1KB. Quanti valori distinti si possono avere per i campioni? Poichè vengono memorizzati 512 campioni al secondo, avremo in tutto 512 campioni (stiamo considerando un solo secondo di suono). Visto che il file sonoro di 512 campioni occupa 1 KB, cioè 1024 byte, ogni singolo campione occuperà 1024 / 512 = 2 byte, ovvero 16 bit. Quindi si potranno avere 2 16 = valori distinti per i campioni.

9 ESERCIZIO 5 secondi di suono campionati a 1KHz occupano circa 5KB. Quanti valori distinti si possono avere per i campioni? Poichè vengono memorizzati 1000 campioni al secondo, avremo in tutto 5*1000 campioni = 5000 campioni. Visto che il file sonoro di 5000 campioni occupa circa 5 KB, cioè 5*1024 byte = 5120 byte, ogni singolo campione occuperà 5120/ 5000 = circa 1 byte, ovvero 8bit. Quindi si potranno avere 2 8 = 256valori distinti per i campioni.

10 CODIFICA Il BITRATE è il valore che indica quanti bit vengono usati per codificare un secondo di musica: si esprime in bit per secondo (bit/s). Per ottenere il bitrate si considera: - Frequenza campionamento: campione/secondo = 44,1 khz - Quantizzazione: numero di bit per campione= 16bit... quindi il BITRATE ( numero di bit per secondo) di un file è: 44,1kHz x 16 = bps = 0,67 Mbps.

11 - ma... 44,1kHz x 16 = 0,67 Mbps à TROPPO SPAZIO! Per cui vengono utilizzati i METODI DI COMPRESSIONE. Con il termine «compressione dati» si indica la tecnica di elaborazione dati che, attuata a mezzo di opportuni algoritmi, permette la riduzione della quantità di bit necessari alla rappresentazione in forma digitale di un'informazione. I motivi della compressione sono: - occupare minor spazio in fase di immagazzinamento. - impiegare minor tempo in fase di trasferimento dati.

12 METODI DI COMPRESSIONE: LOSSY E LOSSLESS Esistono due tipi di compressione: 1. LOSSY à compressione dei dati attraverso un processo con perdita d'informazione: l informazione contenuta nel file compresso è minore di quella contenuta nel file di origine. (percentuale di compressione maggiore, ma a scapito della qualità sonora). 2. LOSSLESS àcompressione dei dati attraverso un processo senza perdita d'informazione: percentuale di compressione decisamente minore rispetto a quella lossy.

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15 COMPRESSIONE LOSSLESS

16 COMPRESSIONE LOSSY

17 Nella compressione audio... Un codec audio è un programma o un dispositivo elettronico sviluppato per codificare un flusso audio sotto forma di dati numerici. à algoritmo di codifica. In altri termini si tratta di uno strumento di codifica/decodifica di flussi di dati audio e/o di compressione degli stessi per ridurne lo spazio di memorizzazione. Un formato audio può essere considerato come un «contenitore» in cui un segnale audio può essere riposto utilizzando un particolare codec. FORMATI LOSSY più comuni: MP3, WMA, OGG, AAC, FORMATI LOSSLESS più comuni: FLAC, ALAC, WAV, AIFF

18 1. FORMATI LOSSY MP3 (MPEG-1) à Algoritmo di compressione audio che nasce all'inizio degli anni '90 e dal 1998 rappresenta lo standard per la diffusione del segnale audio digitale. Elimina i suoni non udibili dall'orecchio umano, senza alcuna rilevante perdita di qualità. WMA (Windows Media Audio) à Tecnologia di compressione sviluppata da Microsoft. I file compressi in questo formato sono di circa il 20 % più piccoli degli Mp3 - è costituito da 4 distinti codec: 1. WMA originale (come concorrente dell'mp3) 2. WMA Pro (alta risoluzione) 3. WMA lossless 4. WMA voice

19 1. FORMATI LOSSY OGG (Vorbis) à Formato open source che supporta la codifica audio da vari codec e riesce a dare risultati migliori dell'mp3 soprattutto a bitrate bassi (maggior qualità in minor spazio). AAC (Advanced Audio Encoding)à Fornisce una qualità audio superiore al formato MP3 a parità di fattore di compressione (al momento uno dei migliori algoritmi al livello qualitativo).

20 FLAC (Free Lossless Audio Codec) à Formato open source di codifica molto comune, che non modifica il segnale audio e il suono risulta identico all'originale. ALAC (Apple Lossless Audio Codec) à Codecaudio sviluppato da Apple Inc. che memorizza i dati in un contenitore MPEG-4 con estensione.m4a WAV (Wave Form Audio File Formate), AIFF (Audio Interchange File Format) à Formati non compressi creati rispettivamente da Microsoft-IBM e Apple, che si basano sulla tecnica PCM: sono cioè, una registrazione fedele dei suoni in formato digitale. Entrambi occupano una notevole quantità di memoria, circa 10 MB per minuto, e sono utilizzati a livello professionale.

21 TABELLA RIASSUNTIVA: Standard à QUALITA

22 VANTAGGI: DIGITALE > ANALOGICO COPIA del segnale - Analogico: produce una degradazione sempre maggiore della qualità del segnale. - Digitale: la copia di numeri non comporta alcun errore o alterazioni della curva. MANIPOLAZIONE del segnale - Analogico: possibile solo attraverso dispositivi elettronici. - Digitale: semplici operazioni aritmetiche. CORREZIONE degli errori - Analogico: non è possibile, in quanto non si è in grado di distinguere un segnale corretto da uno errato. - Digitale: è possibile correggere gli errori attraverso l introduzione di informazioni aggiuntive rispetto al segnale vero.

23 REGISTRAZIONE DEL SEGNALE AUDIO MONO: è composto da un solo segnale elettrico. Può essere ottenuto grazie ad un processo di registrazione effettuato da un dispositivo di acquisizione posto in uno specifico punto dell ambiente. Appare come una sola traccia audio. MULTICANALE: è composto da più di un segnale elettrico. Ottenuto grazie all unione di più segnali audio mono. Può essere ottenuto collocando due o più dispositivi di registrazione in punti differenti. Appare come un insieme di tracce audio, una per ogni canale.

24 REGISTRAZIONE DEL SEGNALE AUDIO L audio elaborato dal nostro cervello com è? Multicanale a due canali, ottenuto attraverso l unione del segnale monocanale destro e di quello sinistro

25 REGISTRAZIONE DEL SEGNALE AUDIO STEREO: segnale audio multicanale composto da due monocanali uno per le sorgenti audio disposte sulla destra e uno per le sorgenti audio disposte a sinistra.