1. Principii ale prelucrarii sunetului - in MPEG 2 ...vega.unitbv.ro/~nicolaeg/SCTRI -ROBOTICA...

Cursul 11 - RoPROCESAREA DIGITALA A SUNETULUI

TV TV TV TV TV TV TV

Cuprins1. Principii ale prelucrarii sunetului - in

MPEG2. Sistemul de sunet digital NICAM 728

- Ob. -

Obiective

Cursantii vor fi in masura:ØSa explice particularitatile procesarii

sunetului in televiziunea digitala pentrureducerea debitului de informatieØSa reprezinte schema procesului de

codare pe subbenzi a semnalelor audiopotrivit standardului MUSICAM

De ce prelucrare digitala?

R: - pentru o calitate mai buna a sunetului;- pentru a fi transmis la distanta;- pentru a fi inregistrat si redat;- pentru reducerea debitului de informatieaudio prin eliminarea componentelor inutile

=> fisiere mai mici pt. transmisie si stocare

1. Principii ale prelucrarii digitale a sunetului

In lipsa compresiei:• Conversia analog-digitală a semnalelor audio

foloseşte eşantionarea cu frecvenţa de 32 kHz, 44,1 kHz, 48 kHz, 96 kHz sau mai mult.

• Eşantionarea cu 48 kHz la o rezoluţie de 16 biţi asigură un debit al informaţiei de 786 kbit/s pentru un canal audio.

• Rezulta aproximativ 1,5 Mbit/s pentru un semnal stereo sau dual (două canale audio).


MUSICAM ? !

= Masking pattern Universal Sub-band Integrated Coding And Multiplexing

= Standard dezvoltat de IRT (Institut für Rundfunktechnik) şi Philips pentru

DAB (Digital Audio Broadcasting).

Compresia audio MUSICAM*• Reduce debitul informaţiei de la 1,5 Mbit/s pentru o

transmisie stereofonica la (100 – 400) kbit/s.• Se bazează pe principiile mascării psiho-acustice,

principii care au la bază particularităţile de perceperea suntelor de către urechea umană.

• Sistemul MUSICAM modifică paşii de cuantizare (fE)în cadrul unor benzi înguste ale semnalului audio(750Hz) funcţie de gradul de intensitate al acestuia şide frecvenţă.


* Masking pattern Universal Sub-band Integrated Coding And Multiplexing

urechea umană

Codarea audio - MPEG Layer I, II - are la bazăcaracteristicile modelului psiho-acustic al urechii umane:

• Componentele audio al căror nivel se află sub pragul de audibilitate nu vor fi transmise, ele sunt irelevante pentru urechea umană.

• Componentele a căror frecvenţe sunt situate sub pragurile / caracteristica de mascare nu vor fi transmise.

• Idem pentru componentele care depasescpragul de durere (din start la filtrare)


Modelul psiho-acustic al urechii umane


A = SPL - nivelul presiunii audio;

B – curba de mascare;

C – semnal de mascare; D – semnal mascat

Caracteristica de audibilitate a urechii umane

Aria de auditie a urechii umane.Ultrasunete, f>20kHz, Nu sunt percepute de urechea umana .


Caracteristica urechii umane este logaritmicã.

Intervalul 100 - 200 Hz este perceput ca o octavã, la fel ca si intervalul 1000 - 2000 Hz.

Puterea sonora si Banda de frecventa a diferitelor surse de sunet


Caracterul logaritmical urechii umane

• Daca Puterea sunetului este mãritã de 4 ori, Intensitate. cresterea doar cu 6 dB.

• Daca Puterea sunetului este mãritã de 100 ori, Intensitatecresterea doar cu 20dB.

Ob

Codarea pe subbenzi a semnalelor audioCodarea pe subbenzi a semnalelor audio


32 DE SUB-BENZI AUDIO, DE CATE 750 Hz fiecare

REDUCEREA DEBITULUI AUDIO de la 1,5 MHz la (100-400) kHz

• In MPEG Layer II, rezultatele FFT pentru 1024de eşantioane sunt transferate blocului psiho-acustic la fiecare 24 ms care ia decizii asuprafineţii cuantizării sau a necuantizării pentrucele 32 de subbenzi de 750 Hz.

• În codarea MPEG eşantioanele sunt grupate încadre pentru fiecare subbandă, un cadruconţinând un anumit număr de eşantioane.Pentru Layer I un cadru este format din 12eşantioane, iar pentru Layer II un cadru esteformat din 3x12 = 36 eşantioane.

Codarea pe subbenzi a semnalelor audioCodarea pe subbenzi a semnalelor audio

a) Fluxul elementar Audio• Eşantioanele de date audio sunt grupate în

cadre pentru fiecare din cele 32 de subbenzi;• Cadrul MPEG Layer I este format din 12

eşantioane, (12x32=384 esantioane).• Cadrul MPEG Layer II este format din 3x12 =

36 eşantioane, (3x12x36=1152 esantioane).• factor de scală (valoarea celui mai mare

esantion) va fi înscris în header-ul fluxului elementar – la sfarsitul acestuia.

Procesarea Fluxul digital audio

Ca şi în cazul fluxului elementar video, informaţia audio este precedată de un header care conţine informaţii referitoare la:ØSincronizareØTipul Layer-lui (I sau II)ØFrecvenţa de eşantionareØModul transmisiei audio: mono, stereo,

dual (două canale independente)ØPreaccentuareØFactorul de scala


b) Pachete elementare ale fluxului de date (PES)• În standardul MPEG toate fluxurile elementare

sunt mai întâi împărţite în pachete de lungimevariabilă numite pachete de fluxuri elementarePES (Packetized Elementary Streams).

• Pachetelor elementare, care au iniţialdimensiunea maximă de 64 kbytes, le suntadăugate câte un header specific.

- Alte detalii la cursul 12 – formarea fulsului DVB.


Structura unui pachet elementar de date V-S

Alte detalii la cursul 12 – Fluxul DVB = o suma de TSP ale Programelor TV.


Ce se face au fluxul digital audio?• Se transmite in format digital la distante mici

pentru: - redare si/sau inregistrare;• Se transmite la distanta prin unde radio pe

care le codifica prin modulatie digitala;• Aceasta implica la receptie un proces invers

pentru obtinerea fluxului digital audio care poate fi:

- inregistrat in format digital sau- decodat pentru obtinere in format analog

pentr a fi redat/transformat in unde sonore.

Bibliografie[1] George Nicolae, Dan lozneanu, Televiziune.

Analog si Digital. Editura Universităţii”Transilvania”, Braşov. 2009. ISBN 978-973-598-636-0, 227 pagini.

[2] ISO/IEC 11172: Coding of moving picturesand associated audio for digital storage mediaat up about 1,5 Mbit/s. MPEG-1. 1993

[3] Vlaicu, A., Televiziune alb-negru şi color.Editura Comprex, Cluj Napoca, 1993

[4] Mitrofan, Gh.: Televiziunea de lavideocameră la monitor. Editura Teora, 1996

Bibliografie

qPrelucrarea sunetului in sistemul NICAM 728 reprezinta fundamentele pentru prelucrareadigitala a sunetul.qAplicarea pricipiilor psiho-acustice ale urechii

umane in prelucrare a sunetului prin:üimpartirea domeniului audio in 32 de

subbenzi de 750 kHz;ü aplicarea FFT si apoi realizarea pachetelor de

date numerice audio constituie esenta procesarii digitale a sunetului

Concluzii

Intrebari ?

Urmeaza Obtional / InformativSISTEMUL AUDIO DIGITAL

- NICAM 728 - ……………

Studiati !!!!!!

2. Sistemul de sunet digital NICAM 728

§ BBC (British Broadcasting Corporation)§ devine sistem NICAM 728 - după adoptarea

sa de către ITU-R in Europa,§ Near Instantaneous Compounding Audio

Modulation a cărei traducere se referă laesenţa sistemului - Modulaţie Audio cuComprimare Instantanee§ asigură o transmisie digitală pe a doua

frecvenţă de sunet fps2 pentru informaţiaaudio stereofonică sau duală.

Ob

Caracteristica de frecvenţă a unui canal TV cu transmisia sunetului digital potrivit standardului NICAM - 728


fsc

Caracteristica semnalului de crominanţă fsc =

4,4336..MHz

Caracteristica semnaluluide luminanţă

fps1 fps2

fpi

f [MHz]-1,25 0 1 2 3 4 5 5,5 5,850

Caracteristica de frecvenţăpentru canalul sunet 1

fps1 = 5,5 MHz

Caracteristica de frecvenţă pentru canalul sunet 2 , DIGITAL

fps2 = 5,850 MHz

Particularitati:• păstrează neschimbat spectrul de frecvenţă

video – sunet analogic pe canalul 1 de sunet ( fps1) , din motive de compatibilitate;

• asigură transmisia digitală pe două căi (dual şi stereofonic) folosind canalul 2 de sunet ( fps2);

• pentru evitarea intermodulaţiei nivelul transmisiei de sunet este atenuat cu 20 dB faţă de nivelul purtătoarei de imagine;


Particularitati:• a doua subpurtătoare de sunet este pe fv.:

- 5,850 MHz - NICAM - B/G sau NICAM – L;- 6,552 MHz pentru sistemul NICAM – I .

• frecvenţa biţilor de semnal este de 728 kbit/s(echivalentul a 728 biti/ms).

• modulaţia utilizată este de tip DQPSK (Differentially encoded Quadrature Phase –Shift Keying), adica o modulaţie cu deviaţie de fază în cuadratură.


Caracteristici ale CAD pentru NICAM-728• transmisia sterofonică si cea duală (bilingvă)

conţine două semnale analogice corespunzătoarecelor doua canale (A si B);

• fiecare semnal audio analogic (A şi B) esteeşantionat cu: fE = 2∙fH = 2∙15,626 kHz = 31,2 kHz ≈32 kHz;

• prin esantionare se obtin 32 de eşantioane într-uninterval de 1 (una) milisecunde pt fiecare canal;

• codificarea se face initial cu 14 biti / eşantion;


Caracteristici ale CAD NICAM-728• comprimarea informaţiei va reduce numărul de biţi la

10 biţi / eşantion câte un bit de paritate (P) pentrudetectarea erorilor, deci à în total 11 biţi / eşantion;

• informaţia digitală este organizată în blocuri (cadreaudio) de câte 32 eşantioane pentru fiecare cale A şi Ba câte 11 biti / eşantion, corespunzător unui semnal deaudio-frecvenţă cu durata de 1 ms. Rezultă un total de704 biţi;

• fiecărui bloc (cadru) de date îi sunt adăugaţi ca HEADERun număr de 24 biţi pentru: Sincronizare (8b), Control(5b) şi Date suplimentare (11);

• Rezulta un TOTAL de 728 biti;• Pentru transmisie are loc ordonarea biţilor într-o

ordine diferită de cea temporală în vederea reduceriiinterferenţelor, erorilor şi a zgomotului.


Structura cadrului de date NICAM 728


FAW = Frame Alignement Word; C = biţi de control; AD = biţilor de rezervă (auxiliari)

Gruparea celor 24 de biţi ataşaţi celor 704 biţi utili A si B:• 8 biţi pentru cuvântul de aliniere a cadrului, sunt notaţi

FAW (Frame Alignement Word) şi asigură sincronizarea(alinierea) între frecvenţa biţilor de la emisie şifrecvenţa de lucru a sistemului de recepţie, prinstabilirea fazei iniţiale de repaus a purtătoarei dereferinţă la recepţie;

• 5 biţi care formează grupul biţilor de control. Fiecaredin biţii C0 la C4 are o anumită semnificaţie în controlultransmisiei care poate fi monofonică, sterofonică sauduală;

• 11 biţi care formează grupul biţilor de rezervă (auxiliari)şi care pot fi utilizaţi pentru transmisia de datesuplimentare viitoare, rezervate şi nedefinite încă.


Structura cadrului de date pregătit pentru a modula purtătoarea de radiofrecvenţă


Informaţia audio se transmite pe durataintervalelor de stingere pe orizontală, de 12 µs

Ce se face au fluxul digital audio?• Se transmite in format digital la distante mici

pentru: - redare si/sau inregistrare;• Se transmite la distanta prin unde radio pe

care le codifica prin modulatie digitala;• Aceasta implica la receptie un proces invers

pentru obtinerea fluxului digital audio care poate fi:

- inregistrat in format digital sau- decodat pentru obtinere in format analog

pentr a fi redat/transformat inn unde sonore.

Intrebari ?

Va urma ….

Studiati !!!!!!

1. Principii ale prelucrarii sunetului - in MPEG 2 ...vega.unitbv.ro/~nicolaeg/SCTRI -ROBOTICA...

Documents

Transcript of 1. Principii ale prelucrarii sunetului - in MPEG 2 ...vega.unitbv.ro/~nicolaeg/SCTRI -ROBOTICA...