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Fondamenti di Informatica

Fondamenti di Informatica - Codifica dei segnali audio

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) 2 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.

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Nota di Copyright

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

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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

segnale di campionamento segnale da campionare X

nel dominio del tempo

T_c

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

*= convoluzione F_c

• Per poter ricostruire il segnale original a partire dal segnale campionato bisogna poter eliminare le repliche dello spettro mediante un filtro passa-basso

f

P F_c

B

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

campionamento quantizzazione

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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

– 1 minuto: circa 10 MB