ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ

Transcript

1 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο ΨΗΦΙΑΚΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΗΧΟΥ

2 Αναλογικό και Ψηφιακό σήμα Τα αναλογικά μεγέθη μπορούμε να τα μετατρέψουμε σε ηλεκτρικά ή ψηφιακά σήματα.

3 Μετατροπή Αναλογικού σήματος σε Ψηφιακό σήμα (ADC) Στάδια επεξεργασίας: Φιλτράρισμα Δειγματοληψία - Κβαντοποίηση - Κωδικοποίηση

4 Φιλτράρισμα (Anti-alias filter) Το Φιλτράρισμα πραγματοποιείται από ένα βαθυπερατό φίλτρο. Σκοπός του είναι η αφαίρεση των αρμονικών του αναλογικού σήματος, ώστε να αποφύγουμε το φαινόμενο της αναδίπλωσης συχνοτήτων κατά τη δειγματοληψία.

5 Δειγματοληψία Για να είναι δυνατή η ακριβής ανασύνθεση του σήματος, πρέπει η συχνότητα δειγματοληψίας να είναι τουλάχιστον διπλάσια από τη μέγιστη συχνότητα του αναλογικού σήματος. fmax fδ > fmax * 2

6 Συχνότητες Δειγματοληψίας Η συχνότητα δειγματοληψίας καθορίζει την απόκριση συχνότητας των ψηφιακών συστημάτων ήχου και κατά συνέπεια το κόστος τους. Για τα συστήματα ήχου χρησιμοποιούμε συχνότητες δειγματοληψίας 32KHz (radio), 44.1KHz (cd), 48KHz (studio)

7 Κύκλωμα Δειγματοληψίας - Κράτησης Στην είσοδο και στην έξοδο του κυκλώματος υπάρχουν ενισχυτές απομόνωσης (buffers) για την απομόνωσή του από την πηγή και την έξοδο. Ο ηλεκτρονικός διακόπτης παραμένει κλειστός για ελάχιστο χρόνο (χρόνος απόκτησης), ικανό για τη λήψη του δείγματος τάσης από τον πυκνωτή με ακρίβεια 0,1%.

8 Κβαντοποίηση (κβάντιση) Σε κάθε δείγμα αντιστοιχούμε μια τιμή στάθμης. Το πλήθος των επιπέδων στάθμης εξαρτάται από τον αριθμό των bit (π.χ. 4 bit μας δίνουν 16 στάθμες) δείγμα t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 στάθμη

9 Κωδικοποίηση Σε κάθε τιμή δείγματος αντιστοιχούμε ένα δυαδικό αριθμό (μονοπολικό ή διπολικό). Θετικός δεκαδικός Διπολικός δυαδικός Αρνητικός δεκαδικός Διπολικός δυαδικός

10 Ποσότητα δεδομένων ψηφιακού ήχου Η ποσότητα δεδομένων προκύπτει από τον τύπο: Bytes δεδομένων = fδ * bits * κανάλια * χρόνος(sec) 8 * 1024 ποιότητα Fδ (Hz) bits κανάλια kbps 3 min cd ,28MB radio ,78MB τηλεφώνου ,89MB

11 Συμπίεση δεδομένων ψηφιακού ήχου Για την μείωση της ποσότητας των δεδομένων ψηφιακού ήχου χρησιμοποιούμε αλγόριθμους συμπίεσης που βασίζονται στις κάτωθι αρχές τις ψυχοακουστικής: Κατώφλι ακουστότητας Φαινόμενο ακουστικής σκίασης Οι αλγόριθμοι συμπίεσης διακρίνονται σε: Απωλεστικοί (συμπίεση 7:1 ή 11:1) Μη απωλεστικοί (συμπίεση 2:1)

12 Κατώφλι ακουστότητας Η ευαισθησία του αυτιού μας είναι διαφορετική ανά περιοχή συχνοτήτων.

13 Ακουστική σκίαση (masking effect) Οι ισχυρότερης στάθμης ακουστικοί τόνοι επικαλύπτουν ασθενέστερους με παραπλήσια συχνότητα.

14 Αλγόριθμοι συμπίεσης Οι απωλεστικοί αλγόριθμοι μειώνουν σε πολύ μεγάλο βαθμό την πληροφορία του σήματος (11:1), με αποτέλεσμα να μην είναι δυνατή η πλήρης αρχική ανασύστασή του. Οι μη απωλεστικοί αλγόριθμοι μειώνουν την πληροφορία του σήματος σε μικρότερο βαθμό (2:1) μέσω απλής συμπίεσης, οπότε δεν προκαλούν απώλεια των πληροφοριών του αρχικού σήματος.

15 Αλγόριθμοι συμπίεσης MPEG (Moving Picture Experts Group) Κωδικοποίηση ήχου και εικόνας: - H.261 MPEG-1 (VCD, SVCD) - H.262 MPEG-2 (DVD, ψηφιακή tv) - H.263 MPEG-4 (MP4, internet broadcasting) Κωδικοποίηση ήχου: - MPEG1-layer 3 (MP3), stereo, 128Kbps - AAC, 5.1 κανάλια, 96Kbps

16 Αλγόριθμοι συμπίεσης AC-3 (Dolby Digital) Ψηφιακός κώδικας συμπίεσης υψηλής ποιότητας και πολλαπλών καναλιών. Χρησιμοποιείται στα DVD, στα Blu-Rays και στην High Definition TV (HDTV).

17 Συσκευές επεξεργασίας ψηφιακού ήχου Αποτελούνται από: ADC, ψηφιακούς επεξεργαστές σήματος, αποθηκευτικά μέσα ψηφιακών δεδομένων, DAC, αναλογικές και ψηφιακές εξόδους. Ψηφιακές συσκευές: CD, DAT, ADAT, DCC, MD

18 Πλεονεκτήματα συσκευών ψηφιακών συσκευών ήχου Μικρότερη παραμόρφωση ήχου Λιγότερος θόρυβος Μεγαλύτερη δυναμική περιοχή Ευκολότερη επεξεργασία του ψηφιακού σήματος Παραγωγή ειδικών εφέ χωρίς υποβάθμιση ποιότητας ήχου Μεγαλύτερη ακρίβεια στο μοντάζ Παραγωγή πολλών αντιγράφων χωρίς να αλλοιώνεται ο ήχος

19 Μειονεκτήματα συσκευών ψηφιακών συσκευών ήχου Μεγάλο εύρος ζώνης συχνοτήτων Πολύπλοκα κυκλώματα Αν χρησιμοποιήσουμε μετατροπέα A/D με λιγότερα από 16bit, τότε ο ψηφιακός ήχος δεν ακούγεται το ίδιο φυσικός (ψυχρότερος) με τον αναλογικό.

20 Αναπαραγωγέας CD [1985] (Compact Disc Player) Αποτελείται από: το Laser ανάγνωσης, το δέκτη φωτός και το σύστημα φακών και πρισμάτων.

21 Οπτικός δίσκος Χωρητικότητα 650ΜΒ, χωρισμένα σε τομείς των 2352 Byte.

22 Κατηγορίες οπτικών δίσκων Οπτικός δίσκος ήχου (CD-Audio) Οπτικός δίσκος δεδομένων (CD-Data) Εγγράψιμα CD (CD-Recordable) Επανεγγράψιμα CD (CD-ReWritable)

23 Συσκευές εγγραφής DAT [1987] (Digital Audio Tape) Εγγραφή ψηφιακού ήχου χωρίς συμπίεση Πρότυπα ψηφιακής εγγραφής ήχου σε επαγγελματικά στούντιο Γρήγορη έρευνα τίτλων Σύστημα διαχείρισης αντιγράφων (SCMS) Ένδειξη υπολειπόμενου χρόνου ταινίας, τρέχοντος τίτλου και επιλεγμένης συχνότητας δειγματοληψίας

24 Εγγραφή σε κασέτα DAT Το τύμπανο κεφαλής περιείχε 2 περιστρεφόμενες κεφαλές (2000rpm) που σάρωναν διαγώνια την ταινία της κασέτας. Λόγω της μικρής γωνίας τύλιξης (90 ο ) η ταινία φθειρόταν λιγότερο.

25 Εγγραφή σε κασέτα DAT Συχνότητες δειγματοληψίας: 32 44,1 48KHz Κβάντιση 16 bit 2 κανάλια, 48KHz, 16 bit, 2.46Mbps, 120min

26 Ψηφιακό Σύστημα ΑDAT [1992] (Alesis Digital Audio Tape) Αριθμός καναλιών: 8 Κασέτα: μαγνητική ταινία S-VHS (μέχρι 40min) Συχνότητες δειγματοληψίας: 44,1 και 48 ΚΗz Bit κβάντισης: 16 ή 20 Περιοχή συχνοτήτων: 20Hz - 20KHz

27 Σύστημα ψηφιακού ήχου DCC [1992] (Digital Compact Casette)

28 Σύστημα ψηφιακού ήχου DCC (Digital Compact Casette) Συμπίεση ψηφιακού ήχου 4:1 Αριθμός καναλιών: 2 Κασέτα: μαγνητική ταινία (2 πλευρές * 45min) Συχνότητες δειγματοληψίας: 32, 44.1 και 48 ΚΗz Bit κβάντισης: 16 ή 18 Εγγραφή πληροφοριών (τίτλος τραγουδιού, καλλιτέχνες) Σύστημα διαχείρισης αντιγράφων (SCMS)

29 Σύστημα ψηφιακού ήχου MD [1992] (Mini Disc) Απωλεστική συμπίεση ψηφιακού ήχου 5:1 ATRAC Αριθμός καναλιών: 2 Δίσκος: μικρότερος από το cd (74min) Συχνότητα δειγματοληψίας: 44,1 ΚΗz

30 Αναπαραγωγή Mini Disc Το σύστημα ανάγνωσης είναι σαν του cd, με τη διαφορά ότι υπάρχει ένας αναλυτής δέσμης που διαχωρίζει την ανακλώμενη δέσμη φωτός για να καταλάβει αν ο δίσκος είναι προεγγεγραμμένος ή επαγεγγράψιμος.

31 Σκληρός Δίσκος (HD Hard Disc) Αποτελείται από μεταλλικούς ομοαξονικούς δίσκους με μαγνητική επίστρωση. Η επιφάνεια των δίσκων χωρίζεται σε τροχιές και τομείς με αντίστοιχες διευθύνσεις. Η ψηφιακή πληροφορία 0 ή 1 αντιστοιχεί στη πολικότητα (φορά) μαγνήτισης. Χαρακτηριστικά σκληρών δίσκων: χωρητικότητα και ταχύτητα προσπέλασης.

32 Ψηφιακές κονσόλες Οι διάφορες πηγές ήχου συνδέονται στις εισόδους της κονσόλας, ρυθμίζονται, μιξάρονται, επεξεργάζονται και εγγράφονται ή εκπέμπονται. Οι ψηφιακές κονσόλες συνδέονται με Η/Υ μέσω ειδικού προγράμματος, χρησιμοποιούν βιβλιοθήκες και επεξεργαστές εφέ.