Cap. 2.2 Cap. 2.2 sunetulsunetul

ParametriiParametrii discretizdiscretiz�rii�rii sunetuluisunetului (I)(I)

DAT non-standard88,2; 96

DAT48

CD44,1

CD ROM/XA, CD-I37,8

NICAM, DAT LP32

1/2 f din CD22,05

CD ROM/XA, CD-I18,9

telefonie, G71216

1/4 f din CD11,025

telefonie, G7118

Aplica�ief [kHz]

Frecven�a de e�antionare

ParametriiParametrii discretizdiscretiz�rii�rii sunetuluisunetului (II)(II)

140

116

92

44

Gama dinamic�[dB]

rezolu�ie maxim� pentru sistemedigitale

gama dinamic� mai mare decâtgama urechii umane

24

aplica�ii �i înregistr�ri masterprofesionale

20

CD �i DAT16

pl�ci de sunet vechi8

Aplica�ieNr. bi�i

Eroarea de cuantizare

DebiteDebite la la îînregistrareanregistrarea audio audio digital�digital�(I)(I)

Un sunet mai slab, dar utilizabil22M

Alegere uzual� pentru înregistr�ri stereo rezonabile

43S8

Nu este o alegere rea pentru voce (recomandabil îns� cu 8 bi�i)

43M

Sunet pu�in degradat fa�� de calitatea CD, dar întreg �i “prezent”

86S16

22.05

Compromis adecvat înregistr�rii unei sursemono

43M

Calitate maxim� pe dispozitive ieftine (unelepl�ci de sunet pentru PC)

86S8

Compromis bun pentru înregistr�ri de calitateridicat� a surselor mono (voce)

86M

Înregistrare la calitate CD – standard de calitate audio

172S16

44.1

Observa�iikB/s

n bi�i

f[kHz]

DebiteDebite la la îînregistrareanregistrarea audio audio digital�digital�(II)(II)

La fel de bun ca o leg�tur� telefonic�proast�

5M85.5

Similar unei leg�turi telefonice bune8M

Ineficient pentru stereo16S88

Limita inferioar� pentru rezultateutilizabile

11M

La aceast� frecven�� de e�antionarescazut� sunt pu�ine avantaje pentru a utiliza înregistrarea stereo

22S811

Observa�iikB/sn bi�if[kHz]

TehniciTehnici de de cuantizarecuantizare a a semnaluluisemnalului(I)(I)

� M�rimea treptei� uniform� (fix�)

� neuniform� �i fix�

� neuniform� �i adaptiv�

� Valoarea codat�� amplitudinea e�antionului

� diferen�a dintre e�antioane

Valori continue Valori discrete

19 V 4.75 V 1111 0011

TehniciTehnici de de cuantizarecuantizare a a semnaluluisemnalului(II)(II)

ADPCMAPCMAdaptiv�

DPCMPCM legea AFix�

DeltaPCMUniform�

Diferen��AmplitudineCuantizare

�Legile A �i µ�neuniform� �i fix��amplitudine

�ADPCM�Neuniform� adaptiv��diferen��

�Tehnici folosite�PCM

�uniform��amplitudine

�Delta�uniform��diferen��

CuantizareCuantizare uniform�uniform�� niveluri de decizie – uniforme

(intrare analogic�) � niveluri de cuantizare – uniforme

(ie�ire digital�)� trepte de cuantizare (q) -

constante� pentru semnal de nivel mic� pentru semnal de nivel mare

� zgomot de cuantizare(eroare): -q/2 ÷ q/2

Rezultat:� semnal mic cu eroare constant�

� RSZ sc�zut� semnal mare cu eroare constant�

� RSZ ridicat

Concluzie: calitate (RSZ de ansamblu)

� sc�zut�

ie�iredigital�

intrareanalogic�

zgomot de cuantizare

q/2

-q/2

CAN cu CAN cu aproximariaproximari succesivesuccesive (I)(I)

Comparator

+

-

registru cu aproxim�risuccesive

CNA

intrareanalogic�

tensiune de referin��

UCNA

Uxie�ire digital�(b1 b2 b3 b4 b5 ..)

CAN cu CAN cu aproximariaproximari succesivesuccesive (II)(II)

� PAS 3: b1b210.0000� UCNA = b1× UMAX/2 + b2× UMAX/4 + UMAX/8

� decizie: b3

� etc.

b1=1 b2=0 b3=1 b4=1 b5=1 t

UMAX

UX

UMAX/2UMAX/4

UMAX/8

� PAS 1: 1000.0000� UCNA = UMAX/2� decizie: b1

� PAS 2: b1100.0000� UCNA = b1× UMAX/2 + UMAX/4� decizie: b2

Problem�Problem�–– conversieconversie analoganalog--numeric�numeric� liniar�liniar�� Un CAN de 8 bi�i, cu domeniul -10 V ÷ 10 V, cuantizeaz�

un e�antion de tensiune cu valoarea Ux = 3,14V. Analiza�i pa�ii aproxim�rii, completând tabelul:

� Rezultat: .............. � Tensiune echivalent�: ..... V � Eroare: ..... %

DECIZIECOMPARATORTENSIUNE CAN [V]CODPAS

CuantizareCuantizare neuniform�neuniform�� niveluri de decizie (intrare

analogic�) – neuniforme� niveluri de cuantizare (ie�ire

digital�) – neuniforme� trepte de cuantizare diferite

� mici pentru semnal de mic� mari pentru semnal de mare

� zgomot de cuantizare (eroare):variabil

Rezultat:� semnal mic cu eroare mic�

� RSZ mare� semnal mare cu eroare mare

� RSZ mare

Concluzie:

calitate (RSZ de ansamblu)

� ridicat�

ie�iredigital�

intrareanalogic�

zgomot de cuantizare

CompresieCompresie logaritmic�logaritmic�

CUANTIZARE COMPRIMAT�

� niveluri de cuantizareliniare

� acela�i num�r mic de pa�i

� numere mici pentrucodarea treptei

� exist� compresie(renumerotarea treptelor)

CUANTIZARE NELINIAR�

� niveluri de cuantizareneliniare

� utilizeaz� pu�ini pa�i

� numere mari pentrucodarea treptei

� nu exist� compresie de date

ie�iredigital�

intrareanalogic�

ie�ire digital�comprimat�

intrareanalogic�

LINIAR

LOGARITMIC

CompandareCompandare -- legealegea A (I)A (I)

Y

Ux Y

UZ � Ux

COMPRESIE + EXPANDARE = COMPANDARE

Ux – tensiune analogic�

Y – valoare digital� comprimat�

Uz – semnal analogic ref�cut

CompandareCompandare -- legealegea A (II)A (II)

Y = s l1 l2 l3 v1 v2 v3 v4� s - semnul - 1 bit

� l1 l2 l3 - segmentul

3 bi�i - 8 segmente

(cuantizare neuniform�)

� v1 v2 v3 v4 – treapta4 bi�i - 16 trepte pe

segment

(cuantizare uniform�)

� nivel mic

� rezolu�ie: 12 bi�i(zgomot redus)

� nivel mare� rezolu�ie: 6 bi�i(zgomot ridicat)

� RSZ mare de valoareconstant�

� compresia datelor

12 � 8 bi�i

Forma Forma digital�digital� a a legiilegii de de compresiecompresie AA

Compresia rezult�folosind:

� niveluri de decizie (intrare) neuniforme

� niveluri de cuantizare(ie�ire) uniforme

12-12-22-32-4

7

6

5

4

3

2

1

0

1

7/8

6/8

5/8

1/2

3/8

2/8

1/8

0

Ie�ire digital�

Intrare analogic�2-52-62-7

0

1

2

CAN cu CAN cu aproximariaproximari succesivesuccesive (I)(I)

Comparator

+

-

registru cu aproxim�risuccesive

CNA cu expandare

intrareanalogic�

tensiune de referin��

UCNA

Uxie�ire digital�s l1 l2 l3 l4 v1 v2

Problem�Problem� –– conversieconversie analoganalog--numeric�numeric�dup�dup� legealegea AA� Un CAN cu compresie 12 � 8 bi�i (conform legii A) cu

domeniul -10 V ÷ 10 V, cuantizeaz� un e�antion de tensiune cu valoarea Ux = 3,14V. Analiza�i pa�iiaproxim�rii succesive, completând tabelul.

� Rezultat: .............. � Tensiune echivalent�: ..... V

DECIZIECOMPARATORTENSIUNE CAN [V]CODPAS

SoluSolu��ieie –– conversieconversie analoganalog--numeric�numeric�dup�dup� legealegea AA

� Rezultat: Ux = 1110 0100 � Tensiune echivalent�: 3,125 V

b8 = 003,2811110 01018

b7 = 003,4371110 01107

b6 = 113,1251110 01006

b5 = 003,751110 10005

b4 = 0051111 00004

b3 = 112,51110 00003

b2 = 110,6251100 00002

b1 = 1101000 00001

DECIZIECOMPARATORTENSIUNE CAN [V]

CODPAS

ModulaModula��iaia delta (I)delta (I)

Intrareanalogic�

(Ux)

Aproximareadelta (UCNA)

Ie�ire digital�11111000000010.

TS

ModulaModula��iaia delta (II)delta (II)

� Avantaj

� debit minim

�1 bit / e�antion

� Dezavantaj

� erori mari de

urm�rire

Comparator

+

-Num�r�tor

CNAUCNA

Ux

SUS

JOS

Ie�ire fs = 1/Ts

� Solu�ie

� frecven�a de

esantionare ridicat�

� Rezultat

� debit mare

CompresiaCompresia audio (I)audio (I)

� Semnalele audio sunt dificil de comprimat, darexist� tehnici dezvoltate

� cu

� reducerea redundan�ei datelor pe calematematic�

� modelare complex� a auzului uman

� de

� companii telefonice – calitate telefonic�

� produc�tori de echipamente de înregistrare –calitate ridicat�

CompresiaCompresia audio (II)audio (II)

Tehnici uzuale:� CCITT G.711 legea A, legea µ

(PCM, compresie 12 � 8 bi�i, telefonie)

� CCITT G.723 legea A, legea µ(ADPCM, compresie 12 � 4 bi�i, ISDN)

� GSM 6.10 Audio(Groupe Special Mobile – debite de compresieridicate pentru calitate vocal�)

� Codare cu predic�ie liniar�

(descrierea vocii pentru sintetizarea vorbirii)

� IMA ADPCM(Interactive Multimedia Association ADPCM)

� MicroSoft ADPCM(PCM adaptiv �i diferen�ial)

� Truespeech(produs de DSP Inc. pentru compresia vocii)