Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 2: Εισαγωγικά θέματα Ψηφιοποίησης. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Σχετικά έγγραφα
Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 11: Χαρακτηριστικά Ψηφιακού Ήχου. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα 3: Ψηφιοποίηση της Πληροφορίας. Νικολάου Σπύρος Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 12: Συμπίεση Ψηφιακού Ήχου. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 1: Εισαγωγικά Θέματα Πολυμέσων. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 7: Συμπίεση Εικόνας κατά JPEG. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα # 4: Ήχος Διδάσκων: Γεώργιος Ξυλωμένος Τμήμα: Πληροφορικής

Ψηφιακή Αναπαράσταση Σήματος: Δειγματοληψία, Κβαντισμός και Κωδικοποίηση

Εισαγωγή στους Ηλεκτρονικούς Υπολογιστές. 6 ο Μάθημα. Λεωνίδας Αλεξόπουλος Λέκτορας ΕΜΠ. url:

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 8: Συμπίεση Εικόνας κατά JPEG Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Ραδιοτηλεοπτικά Συστήματα Ενότητα 3: Θεωρία Ψηφιοποίησης

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες / Εργαστήριο

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 3: Εισαγωγικά θέματα Συμπίεσης. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Ήχος. Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 04-1

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία

Αναλογικά & Ψηφιακά Κυκλώματα ιαφάνειες Μαθήματος ρ. Μηχ. Μαραβελάκης Εμ.

Ήχος και φωνή. Τεχνολογία Πολυµέσων 04-1

Τηλεπικοινωνίες. Ενότητα 5: Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σημάτων. Μιχάλας Άγγελος Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 15: Συμπίεση Ψηφιακού Βίντεο. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα # 8: Αρχές κωδικοποίησης Διδάσκων: Γεώργιος Ξυλωμένος Τμήμα: Πληροφορικής

Αρχές Τηλεπικοινωνιών

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες / Εργαστήριο

Επεξεργασία Πολυµέσων. Δρ. Μαρία Κοζύρη Π.Μ.Σ. «Εφαρµοσµένη Πληροφορική» Τµήµα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας

CAD / CAM. Ενότητα #10: Βιομηχανικά Συστήματα Ελέγχου. Δημήτριος Τσελές Τμήμα Μηχανικών Αυτοματισμού T.E.

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Ραδιοτηλεοπτικά Συστήματα Ενότητα 5: Ψηφιοποίηση και συμπίεση σημάτων ήχου

Ημιτονοειδή σήματα Σ.Χ.

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 4: Θεωρία Χρώματος. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

Συστήματα Πολυμέσων Ενότητα 7: Ψηφιοποίηση και ψηφιακή επεξεργασία σήματος.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

Περιεχόµενα ΕΠΛ 422: στα Συστήµατα Πολυµέσων. Βιβλιογραφία. ειγµατοληψία. ηµιουργία ψηφιακής µορφής πληροφορίας στα Συστήµατα Πολυµέσων

Πληροφορική Εφαρμογές Πολυμέσων

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 6: Συμπίεση Ψηφιακής Εικόνας. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Διάλεξη 3. Δειγματοληψία και Ανακατασκευή Σημάτων. Δειγματοληψία και Ανακατασκευή Σημάτων. (Κεφ & 4.6,4.8)

Συστήματα Επικοινωνιών

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 16: Διαμορφώσεις και Πρότυπα Ψηφιακού Βίντεο. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής

Νέες Τεχνολογίες και Καλλιτεχνική Δημιουργία

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών. Ηλεκτρονική Υγεία. Εργαστήριο 10 ο : MATLAB

Ιατρικά Ηλεκτρονικά. Δρ. Π. Ασβεστάς Εργαστήριο Επεξεργασίας Ιατρικού Σήματος & Εικόνας Τμήμα Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

Συστήµατα Πολυµέσων Ενδιάµεση Εξέταση: Οκτώβριος 2004

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία ιάλεξη 18

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 14: Εισαγωγικά Θέματα Βίντεο. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Ενότητα 4: Δειγματοληψία - Αναδίπλωση

Ένα αναλογικό σήμα περιέχει άπειρες πιθανές τιμές. Για παράδειγμα ένας απλός ήχος αν τον βλέπαμε σε ένα παλμογράφο θα έμοιαζε με το παρακάτω:

Αφήγηση Μαρτυρία. Μουσική. Ενίσχυση μηνύματος Μουσική επένδυση Ηχητικά εφέ

Μάθημα: Τεχνολογία Ήχου Εργαστηριακή Άσκηση 4 «Μετατροπή ηχητικών σημάτων από αναλογικό σε ψηφιακό»

Εισαγωγή στους Ηλεκτρονικούς Υπολογιστές

Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα Ι

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ, ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Εισαγωγή στην Επεξεργασία Σήματος. Νόκας Γιώργος

ΠΛΗ21 Κεφάλαιο 1. ΠΛΗ21 Ψηφιακά Συστήματα: Τόμος Α Κεφάλαιο: 1 Εισαγωγή

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

Συστήματα Επικοινωνιών

2. ΨΗΦΙΟΠΟΙΗΣΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ

Μοντέλο Επικοινωνίας Δεδομένων. Επικοινωνίες Δεδομένων Μάθημα 6 ο

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες / Εργαστήριο

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα # 10: Κωδικοποίηση ήχου Διδάσκων: Γεώργιος Ξυλωμένος Τμήμα: Πληροφορικής

Αρχές Τηλεπικοινωνιών

Τηλεπικοινωνίες. Ενότητα 6: Ψηφιακή Διαμόρφωση. Μιχάλας Άγγελος Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

Αρχές κωδικοποίησης. Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 08-1

27-Ιαν-2009 ΗΜΥ (ι) Βασική στατιστική (ιι) Μετατροπές: αναλογικό-σεψηφιακό και ψηφιακό-σε-αναλογικό

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες / Εργαστήριο

Θέματα Συστημάτων Πολυμέσων. Ενότητα # 8: MPEG Διδάσκων: Γεώργιος Πολύζος Τμήμα: Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών Επιστήμη των Υπολογιστών

Ευρυζωνικά δίκτυα (2) Αγγελική Αλεξίου

Διαδικασία Ψηφιοποίησης (1/2)

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 5: Χαρακτηριστικά Ψηφιακής Εικόνας. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Συστήματα Επικοινωνιών

ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ, ΔΙΚΤΥΑ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

ποικίλους κώδικες αναπαράστασης (modes of representation) ποικίλες τροπικότητες (modalities).

ΨΗΦΙΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΕΙΚΟΝΕΣ

Μετάδοση πληροφορίας - Διαμόρφωση

Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας

Μετάδοση πληροφορίας - Διαμόρφωση

Θέματα Συστημάτων Πολυμέσων. Ενότητα #3: Ιδιότητες μέσων Διδάσκων: Γεώργιος K. Πολύζος Τμήμα: Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών Επιστήμη των Υπολογιστών

υπολογιστικών συστημάτων. Παρουσίαση με τίτλο "Περιεχόμενο, διαδικασία μαθήματος και εισαγωγή"

ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ

Τεχνολογικό Eκπαιδευτικό Ίδρυμα Kρήτης TMHMA MHXANOΛOΓIAΣ. Δρ. Φασουλάς Γιάννης

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι

Θεώρημα δειγματοληψίας

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου. Ενότητα Α: Γραμμικά Συστήματα

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Αυτοματοποιημένη χαρτογραφία

Ο ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Ζ διακριτές σήματα και συστήματα διακριτού χρόνου χρονοσειρές (time series)

Συστήματα Επικοινωνιών ΙI

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΕΙΚΟΝΑΣ. Ενότητα 6: Κωδικοποίηση & Συμπίεση Εικόνας

Ραδιοτηλεοπτικά Συστήματα Ενότητα 7: Κωδικοποίηση και Διαμόρφωση

Κεφάλαιο 5 Διασύνδεση Αναλογικών & Ψηφιακών Συστημάτων

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΕΙΚΟΝΑΣ. Ενότητα 4: Δειγματοληψία και Κβάντιση Εικόνας

Παλμοκωδική Διαμόρφωση. Pulse Code Modulation (PCM)

Σχεδίαση Ηλεκτρονικών Κυκλωμάτων RF

Μάθημα: Τεχνολογία Ήχου

Παλμοκωδική Διαμόρφωση. Pulse Code Modulation (PCM)

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα # 7: Θεωρία πληροφορίας Διδάσκων: Γεώργιος Ξυλωμένος Τμήμα: Πληροφορικής

Ιόνιο Πανεπιστήμιο Τμήμα Τεχνών Ήχου και Εικόνας. Ακαδημαϊκό Έτος

Transcript:

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΑΝΟΙΧΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Ενότητα 2: Εισαγωγικά θέματα Ψηφιοποίησης Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

Περιεχόμενα ενότητας 1. Δειγματοληψία (sampling) & Θεώρημα Nyquist 2. Κβαντοποίηση (quantization) 3. Κωδικοποίηση (coding) 4

Σκοποί ενότητας Περιγραφή της βασικής θεωρίας που σχετίζεται με την μετατροπή της πληροφορίας και την καταγραφή της σε ένα ψηφιακό μέσο 5

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Εισαγωγή στην Ψηφιοποίηση

Αναλογικός Κόσμος Αναλογική πληροφορία Το σήμα που περιγράφει το φυσικό μέγεθος μεταβάλλεται ανάλογα με τον τρόπο που μεταβάλλεται και το φυσικό μέγεθος, o Ένα σήμα είναι αναλογικό, αν μπορεί να αναπαρασταθεί από μια συνεχή συνάρτηση Στη γλώσσα των μαθηματικών λέμε ότι η συνάρτηση που περιγράφει το καταγραφόμενο μέγεθος είναι συνεχής συνάρτηση του χρόνου (και ή του χώρου) 7

Η πληροφορία ως αναλογικό σήμα 8

Ένα σήμα είναι ψηφιακό αν μπορεί να αναπαρασταθεί μέσω ενός διακριτού συνόλου τιμών, που ορίζονται σε διακριτές θέσεις του πεδίου εισόδου. Το πέρασμα από τον αναλογικό στον ψηφιακό κόσμο αποτελεί την διαδικασία της ψηφιοποίησης (digitization). Κατά την ψηφιοποίηση ένα σήμα αναλογικής μορφής μετατρέπεται σε ψηφιακό σήμα (συνήθως κωδικοποιημένο στο δυαδικό σύστημα), Από συνεχή συνάρτηση του χρόνου μετατρέπεται σε μια σειρά διακριτών τιμών με δύο τιμές: το λογικό «0» και το λογικό «1». Φάσεις Ψηφιοποίησης: Από τον Αναλογικό στον i. Δειγματοληψία (sampling), Ψηφιακό κόσμο ii. Κβαντοποίηση (quantization) και iii. Κωδικοποίηση (coding). 9

Ψηφιοποίηση αναλογικού σήματος Αναλογικό Σήμα Ψηφιοποιημένο Σήμα Δειγματοληψία Κβαντοποίηση και Κωδικοποίηση 10

Αναλογική/Ψηφιακή μετατροπή πολυμέσων ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΑΝΑΠΑΡΑΣΤΑΣΗ ΨΗΦΙΑΚΗ ΑΝΑΠΑΡΑΣΤΑΣΗ ΣΥΛΛΗΨΗ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΣΕ Η/Υ ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ/ΨΗΦΙΑΚΗ ΜΕΤΑΤΡΟΠΉ Σχεδιοκίνηση Συμπίεση Υλικό και Λογισμικό Βίντεο Εικόνες Αποθήκευση Μετατροπή Γραφικά Κείμενο Ήχος Μετατροπή πολυμέσων 11

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Δειγματοληψία (sampling) & Θεώρημα Nyquist

Δειγματοληψία (sampling) & συχνότητα δειγματοληψίας (sampling frequency) Αρχικό Αναλογικό Σήμα Καταγραφή δειγμάτων, δηλ. στιγμιότυπων της τιμής του αναλογικού σήματος σε διακριτές χρονικές στιγμές 13

Δειγματοληψία Το σήμα μετασχηματίζεται σε μια σειρά δειγμάτων (samples) Συχνότητα δειγματοληψίας: Ρυθμός καταγραφής δειγμάτων (μετριέται σε Hz & πολλαπλάσια - khz, MHz) 14

Πιστότητα καταγραφής αναλογικού σήματος Πόσο καλή μπορεί να είναι η προσέγγιση του αρχικού αναλογικού σήματος; Στην περίπτωση χαμηλής συχνότητας δειγματοληψίας ο υψίσυχνος παλμός δεν ψηφιοποιείται) και η πληροφορία που μεταφέρει «χάνεται» αφού η διάρκειά του είναι μικρότερη από την περίοδο λήψης δειγμάτων. Το πρόβλημα διορθώνεται αν αυξήσουμε τη συχνότητα δειγματοληψίας. 15

Απαιτήσεις για τη συχνότητα δειγματοληψίας Η τιμή της συχνότητας δειγματοληψίας πρέπει να ικανοποιεί δύο αντικρουόμενες απαιτήσεις: i. ποιότητα ψηφιοποίησης (υψηλή συχνότητα), ii. μικρό μέγεθος ψηφιακού αρχείου (χαμηλή συχνότητα). Πού βρίσκεται η χρυσή τομή; 16

Θεώρημα Nyquist Υπάρχει μια μέγιστη συχνότητα f n πάνω από την οποία η ενέργεια του αναλογικού σήματος είναι πρακτικά μηδέν. Η f n αναφέρεται συνήθως και ως συχνότητα αποκοπής (cutoff frequency). Το θεώρημα Nyquist καθορίζει πως η ενδεικνυόμενη συχνότητα δειγματοληψίας f s ενός αναλογικού σήματος θα πρέπει να είναι διπλάσια από την συχνότητα αποκοπής f n του σήματος f s = 2f n Η f s ονομάζεται συχνότητα Nyquist. 17

Δειγματοληψία & f s Τι συμβαίνει αν η συχνότητα δειγματοληψίας είναι μικρότερη από τη συχνότητα Nyquist; Το φασματικό περιεχόμενο δεν συλλαμβάνεται ορθά κατά τη διαδικασία της ψηφιοποίησης Χάνονται υψηλές συχνότητες που τυχόν δεν καλύπτονται από την επιλεγμένη f s Το ψηφιακό σήμα παραμορφώνεται/αλλοιώνεται και το φαινόμενο ονομάζεται aliasing. Συχνότητα υψηλότερη από τη συχνότητα Nyquist αποτελεί σπατάλη αποθηκευτικού χώρου Δημιουργεί πρόσθετα δείγματα χωρίς αυτά να είναι απαραίτητα. Στην πράξη επιλέγεται πάντα συχνότητα λίγο υψηλότερη από τη συχνότητα Nyquist. 18

Παράδειγμα: ήχος CD Εφόσον το ακουστικό φάσμα που γίνεται αντιληπτό από το ανθρώπινο αυτί έχει συχνότητα αποκοπής f n = 22.05 khz Επομένως η συχνότητα Nyquist υπολογίζεται στα: 2 x 22.05 = 44.1 khz που αποτελεί και τη συχνότητα δειγματοληψίας του ήχου στα μουσικά CD. 19

Το φαινόμενο της αλλοίωσης (aliasing) Η εικόνα παρουσιάζει 4 κυματομορφές που ανακατασκευάστηκαν από δείγματα τα οποία λήφθηκαν με 6 διαφορετικούς ρυθμούς. Δύο από τις κυματομορφές δειγματολήφθηκαν αποτελεσματικά και αποφεύχθηκε το φαινόμενο της αλλοίωσης και στους 6 ρυθμούς. Οι άλλες δύο παρουσιάζουν αυξανόμενη αλλοίωση, στις χαμηλότερες τιμές. 20

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Κβαντοποίηση (quantization)

Κβαντοποίηση (quantization) Κβαντοποίηση (ή κβαντισμός) ενός σήματος στο οποίο έχει γίνει δειγματοληψία είναι η διαδικασία που μετατρέπει τα δείγματα από το χώρο των συνεχών τιμών (απ όπου προήλθαν) στο χώρο των διακριτών τιμών. Με άλλα λόγια: γίνεται υποδιαίρεση του εύρους τιμών του δειγματοληπτημένου συνεχούς σήματος σε συγκεκριμένα επίπεδα και σε κάθε τέτοιο επίπεδο εκχωρείται ένας ψηφιακός κωδικός από τους διαθέσιμους της κλίμακας. 22

Σφάλμα κβαντισμού & Μέγεθος δείγματος Κάθε δείγμα λοιπόν παίρνει εκείνη την ψηφιακή τιμή πλησιέστερα στην οποία βρίσκεται η αρχική του τιμή, δηλ. στρογγυλοποιείται στον κοντινότερο διαθέσιμο κωδικό. «Σφάλμα κβαντισμού» (quantization error): παραμόρφωση λόγω προσέγγισης και είναι τόσο πιο μικρή όσο περισσότερες στάθμες κβαντισμού υπάρχουν. Μέγεθος δείγματος: 1 bit 2 επίπεδα κβάντωσης 2 bit 4 επ. 4 bit 16 επ., κοκ. ν bit 2 ν Χαρακτηριστικές τιμές 8 bit 256 στάθμες κβάντωσης 16 bit 65536 στάθμες 23

Μέγεθος δείγματος: Απαιτήσεις Η τιμή του μεγέθους δείγματος πρέπει να ικανοποιεί δύο αντικρουόμενες απαιτήσεις: ποιότητα ψηφιακής πληροφορίας με μικρό σφάλμα κβαντισμού (μεγάλο μέγεθος) μικρό μέγεθος ψηφιακού αρχείου (μικρό μέγεθος δείγματος). Πόσα bits πρέπει να χρησιμοποιηθούν για την αναπαράσταση κάθε δείγματος; Στην πράξη, αυτό εξαρτάται από τον τύπο του σήματος και τη χρήση για την οποία προορίζεται. Ενδεικτικά: Σήμα Ρυθμός δειγματοληψίας Μέγεθος δείγματος Ομιλία 8 KHz 8 bit ανά δείγμα CD ήχου 44.1 KHz 16 bit ανά δείγμα Τηλεδιάσκεψη 16 KHz 16 bit ανά δείγμα 24

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Κωδικοποίηση (coding)

Κωδικοποίηση (coding) Κωδικοποίηση: οι κωδικοί των επιπέδων κβάντωσης της ψηφιακής αναπαράστασης αντιστοιχούνται στα δείγματα και δημιουργείται έτσι το τελικό ψηφιακό σήμα σαν μια σειρά bit 26

Αναδημιουργία (reconstruction) 1. Με τεχνικές παρεμβολής (interpolation) είναι δυνατόν να δημιουργηθούν περισσότερες ενδιάμεσες τιμές και να αναγεννηθεί το αρχικό αναλογικό σήμα κατά μεγάλη προσέγγιση 2. Η ποιότητα του αναπαραγόμενου σήματος εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το μέγεθος δείγματος και τη συχνότητα δειγματοληψίας που χρησιμοποιήθηκε κατά τη ψηφιοποίηση. 27

«Ρυθμός μετάδοσης ψηφιακών Ως «ρυθμός μετάδοσης ψηφιακών δεδομένων» (bit rate) ορίζεται το γινόμενο F x L F η συχνότητα δειγματοληψίας ενός τέτοιου σήματος (πλήθος δειγμάτων το δευτερόλεπτο). L το μέγεθος δείγματος (πλήθος bit ανά δείγμα). Μετριέται σε bps (bits per second ή bits ανά δευτερόλεπτο). Παραδείγματα: Σήμα δεδομένων» (Bit rate) Ρυθμός δειγματοληψίας Μέγεθος δείγματος Bit rate Ομιλία 8 KHz 8 bit ανά δείγμα 64 Kbps CD ήχου 44.1 KHz 16 bit ανά δείγμα 706 Kbps (μονοφωνικό) 1.4 Μbps (στερεοφωνικό) Τηλεδιάσκεψη 16 KHz 16 bit ανά δείγμα 256 Kbps 28

Επεξήγηση παραδείγματος στην Δειγματοληψία (αφορά ομιλία): 8000 δείγματα /sec (8 khz) Κβαντοποίηση: 256 επίπεδα ομιλία Μέγεθος δείγματος: 8 bits/δείγμα. το bit rate που προκύπτει είναι: 8000 x 8 = 64000 bits/sec = 64 kbps Η τιμή των 64 kbps ονομάζεται DS0 (Digital Signal level zero) αποτελεί το βασικό bit rate στα περισσότερα συστήματα ψηφιακής μετάδοσης και συνήθως χρησιμοποιούνται bit rates που αποτελούν πολλαπλάσια του DS0, δηλ. πολλαπλάσια των 64 kbps. 29

Αναφορές [1] Havaldar, P., & Medioni, G. G. (2009). Multimedia Systems: Algorithms, Standards, and Industry Practices. CengageBrain. com. [2] Δημητριάδης, Σ., Τριανταφύλλου, Ε., & Πομπόρτσης, Α. (2003). Τεχνολογία Πολυμέσων: Θεωρία και Πράξη. Θεσσαλονίκη: Εκδόσεις Τζιόλα. [3] http://en.wikipedia.org/wiki/aliasing 30

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΑΝΟΙΧΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Τέλος Ενότητας Ψηφιοποίηση Εισαγωγικά θέματα