Università degli Studi di Udine

FONDAMENTI DI INFORMATICA

Prof. PIER LUCA MONTESSORO Facoltà di Ingegneria

Università degli Studi di Udine

Codifica dei segnali audio

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Il segnale audio

amplificatore

microfono: converte il suono in variazioni di una tensione o corrente elettrica

suono: successione di compressioni e rarefazioni dell’aria

amplificatore: amplifica il livello della tensione/corrente

segnale audio analogico (elettrico)

t

V

Il segnale audio

• È continuo:

– nel tempo

– nelle ampiezze

• Per la codifica digitale è necessario rendere discreto il segnale:

– per il tempo → campionamento

– per le ampiezze → quantizzazione

Campionamento

t V

“CAMPIONAMENTO”

Campionamento

Teorema del campionamento (Shannon, 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

Teorema del campionamento

t V

t V

segnale da campionare X

nel dominio del tempo

T _c

Teorema del campionamento

f P

spettro di potenza del

segnale di campionamento spettro di potenza del

segnale da campionare

nel dominio della frequenza

F _c

F _c =1/T _c

*

f P

f P

* = convoluzione

F _c

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

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”

Quantizzazione

t V

t V

t V

campionamento quantizzazione

Alcuni esempi

• Voce per telefonia digitale PCM (Pulse Code Modulation)

– B ≅ 3400 Hz (il canale telefonico ha banda 300-3400 Hz)

– F _c = 8 kHz

– Quantizzazione: 8 bit/campione – 64 kb/s

– 1 minuto: 480 kB

Alcuni esempi

• Musica su CD audio

– B ≅ 20 kHz (l’insieme di frequenze udibili dall’orecchio umano è 20-20000 Hz)

– F _c = 44.1 kHz

– Quantizzazione: 16 bit/campione (per

ognuno dei due canali: il CD è stereo)

– 1.411 Mb/s