Codifica dei segnali audio

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1 FONDAMENTI DI INFORMATICA Prof. PIER LUCA MONTESSORO Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Udine Codifica dei segnali audio 2000 Pier Luca Montessoro (si veda la nota di copyright alla slide n. 2) 1

2 Nota di Copyright Questo insieme di trasparenze (detto nel seguito slide) è protetto dalle leggi sul copyright e dalle disposizioni dei trattati internazionali. Il titolo ed i copyright relativi alle slides (ivi inclusi, ma non limitatamente, ogni immagine, fotografia, animazione, video, audio, musica e testo) sono di proprietà dell autore prof. Pier Luca Montessoro, Università degli Studi di Udine. Le slide possono essere riprodotte ed utilizzate liberamente dagli istituti di ricerca, scolastici ed universitari afferenti al Ministero della Pubblica Istruzione e al Ministero dell Università e Ricerca Scientifica e Tecnologica, per scopi istituzionali, non a fine di lucro. In tal caso non è richiesta alcuna autorizzazione. Ogni altro utilizzo o riproduzione (ivi incluse, ma non limitatamente, le riproduzioni su supporti magnetici, su reti di calcolatori e stampe) in toto o in parte è vietata, se non esplicitamente autorizzata per iscritto, a priori, da parte degli autori. L informazione contenuta in queste slide è ritenuta essere accurata alla data della pubblicazione. Essa è fornita per scopi meramente didattici e non per essere utilizzata in progetti di impianti, prodotti, reti, ecc. In ogni caso essa è soggetta a cambiamenti senza preavviso. L autore non assume alcuna responsabilità per il contenuto di queste slide (ivi incluse, ma non limitatamente, la correttezza, completezza, applicabilità, aggiornamento dell informazione). In ogni caso non può essere dichiarata conformità all informazione contenuta in queste slide. In ogni caso questa nota di copyright e il suo richiamo in calce ad ogni slide non devono mai essere rimossi e devono essere riportati anche in utilizzi parziali Pier Luca Montessoro (si veda la nota di copyright alla slide n. 2) 2

3 Il segnale audio amplificatore V segnale audio analogico (elettrico) t suono: successione di compressioni e rarefazioni dell aria amplificatore: amplifica il livello della tensione/corrente microfono: converte il suono in variazioni di una tensione o corrente elettrica 2000 Pier Luca Montessoro (si veda la nota di copyright alla slide n. 2) 3

4 È continuo: nel tempo nelle ampiezze Il segnale audio Per la codifica digitale è necessario rendere discreto il segnale: per il tempo campionamento per le ampiezze quantizzazione 2000 Pier Luca Montessoro (si veda la nota di copyright alla slide n. 2) 4

5 Campionamento V CAMPIONAMENTO t 2000 Pier Luca Montessoro (si veda la nota di copyright alla slide n. 2) 5

6 Campionamento 2000 Pier Luca Montessoro (si veda la nota di copyright alla slide n. 2) 6

7 Teorema del campionamento (Nyquist) Si applica a segnali reali limitati in banda (potenza nulla al di sopra di una frequenza massima B) Permette di rappresentare completamente un segnale continuo nel tempo mediante una sequenza discreta di valori 2000 Pier Luca Montessoro (si veda la nota di copyright alla slide n. 2) 7

8 Teorema del campionamento nel dominio del tempo V V segnale da campionare X t segnale di campionamento t T c 2000 Pier Luca Montessoro (si veda la nota di copyright alla slide n. 2) 8

9 Teorema del campionamento P nel dominio della frequenza spettro di potenza del segnale da campionare P F c f * P F c f f Fc =1/Tc spettro di potenza del segnale di campionamento * = convoluzione 2000 Pier Luca Montessoro (si veda la nota di copyright alla slide n. 2) 9

10 Teorema del campionamento Per poter ricostruire il segnale original a partire dal segnale campionato bisogna poter eliminare le repliche dello spettro mediante un filtro passa-basso P F c F c 2B B 2000 Pier Luca Montessoro (si veda la nota di copyright alla slide n. 2) 10 f

11 Quantizzazione Il campionamento produce dei numeri reali di precisione virtualmente infinita Per la rappresentazione digitale è necessario utilizzare un numero finito di bit La quantizzazione arrotonda i valori dei campioni introducendo irreversibilmente una perdita di informazione detta rumore di quantizzazione 2000 Pier Luca Montessoro (si veda la nota di copyright alla slide n. 2) 11

12 Quantizzazione V V V t t t campionamento quantizzazione 2000 Pier Luca Montessoro (si veda la nota di copyright alla slide n. 2) 12

13 Alcuni esempi Voce per telefonia digitale PCM (Pulse Code Modulation) B 3400 Hz (il canale telefonico ha banda Hz) F c = 8 khz Quantizzazione: 8 bit/campione 64 kb/s 1 minuto: 480 kb 2000 Pier Luca Montessoro (si veda la nota di copyright alla slide n. 2) 13

14 Alcuni esempi Musica su CD audio B 20 khz (l insieme di frequenze udibili dall orecchio umano è Hz) F c = 44.1 khz Quantizzazione: 16 bit/campione (per ognuno dei due canali: il CD è stereo) Mb/s 1 minuto: circa 10 MB 2000 Pier Luca Montessoro (si veda la nota di copyright alla slide n. 2) 14