ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣusers.sch.gr/jabatzo/files/yliko/pdf g lykeiou/PES_kef3-Psifiakes syskeues epexergasias...Αναλογικό και Ψηφιακό

ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3οΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο

ΨΗΦΙΑΚΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣΨΗΦΙΑΚΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΗΧΟΥΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΗΧΟΥ

(c) Αμπατζόγλου Γιάννης, Ηλεκτρονικός Μηχανικός, καθηγητής ΠΕ17(c) Αμπατζόγλου Γιάννης, Ηλεκτρονικός Μηχανικός, καθηγητής ΠΕ17

Αναλογικό και Ψηφιακό σήμα

Τα αναλογικά μεγέθη μπορούμε να τα μετατρέψουμε σε ηλεκτρικά ή ψηφιακά σήματα.


Μετατροπή Αναλογικού σήματοςσε Ψηφιακό σήμα (ADC)

Στάδια επεξεργασίας: Φιλτράρισμα – Δειγματοληψία - Κβαντοποίηση - Κωδικοποίηση


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.


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.


fmaxfδ > fmax * 2

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)


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%.


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 2 4 7 6 2 -4 -5 -5 -1 1 2

Κωδικοποίηση

Σε κάθε τιμή δείγματος αντιστοιχούμε ένα δυαδικό αριθμό (μονοπολικό ή διπολικό).


Θετικόςδεκαδικός

Διπολικός δυαδικός

Αρνητικόςδεκαδικός

Διπολικός δυαδικός

0 0000 -1 11111 0001 -2 11102 0010 -3 11013 0011 -4 11004 0100 -5 10115 0101 -6 10106 0110 -7 10017 0111 -8 1000

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 44.100 16 2 1.411 30,28MBradio 22.050 8 1 176 3,78MB

τηλεφώνου 11.025 8 1 88 1,89MB

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)


Κατώφλι ακουστότητας

Η ευαισθησία του αυτιού μας είναι διαφορετική ανά περιοχή συχνοτήτων.


Ακουστική σκίαση(masking effect)

Οι ισχυρότερης στάθμης ακουστικοί τόνοι επικαλύπτουν ασθενέστερους με παραπλήσια συχνότητα.


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.


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


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).


Συσκευές επεξεργασίαςψηφιακού ήχου

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


Πλεονεκτήματα συσκευώνψηφιακών 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


Μειονεκτήματα συσκευώνψηφιακών 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.


Αναπαραγωγέας CD [1985](Compact Disc Player)

Αποτελείται από: το Laser ανάγνωσης, το δέκτη φωτός και το σύστημα φακών και

πρισμάτων.


Οπτικός δίσκος

Χωρητικότητα 650ΜΒ, χωρισμένα σε 333.000 τομείς των 2352 Byte.


Κατηγορίες οπτικών δίσκων

Οπτικός δίσκος ήχου (CD-Audio) Οπτικός δίσκος δεδομένων (CD-Data)

Εγγράψιμα CD (CD-Recordable) Επανεγγράψιμα CD (CD-ReWritable)


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


Εγγραφή σε κασέτα DAT

Το τύμπανο κεφαλής περιείχε 2 περιστρεφόμενες κεφαλές (2000rpm) που σάρωναν διαγώνια την ταινία της κασέτας. Λόγω της μικρής γωνίας

τύλιξης (90ο) η ταινία φθειρόταν λιγότερο.


Εγγραφή σε κασέτα DAT

Συχνότητες δειγματοληψίας: 32 – 44,1 – 48KHz Κβάντιση 16 bit 2 κανάλια, 48KHz, 16 bit, 2.46Mbps, 120min


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


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


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)


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


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 προ- εγγεγραμμένος ή επαγεγγράψιμος.


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.


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.


Documents

ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣusers.sch.gr/jabatzo/files/yliko/pdf g lykeiou/PES_kef3-Psifiakes syskeues epexergasias...Αναλογικό και Ψηφιακό