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1 Módulo 3 – parte I de Sistemas Multimédia Módulo 3 – Teoria da Amostragem Sistemas Multimédia Ana Tomé José Vieira Departamento de Electrónica, Telecomunicações e Informática Universidade de Aveiro
1Módulo 3 – parte I de Sistemas Multimédia Módulo 3 – Teoria da Amostragem Sistemas Multimédia Ana Tomé José Vieira Departamento de Electrónica, Telecomunicações
1Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia Mdulo 3 Teoria da
Amostragem Sistemas Multimdia Ana Tom Jos Vieira Departamento de
Electrnica, Telecomunicaes e Informtica Universidade de Aveiro
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2Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia Sumrio Noo de filtro
Converso A/D Amostragem de sinusides Amostragem e aliasing Critrio
de Nyquist O som digital
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3Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia Filtros Os filtros so
elementos essenciais no processamento e manipulao de sinais. Uma
vez que permitem separar sinais que se situam em zonas diferentes
do espectro. O exemplo mais simples de filtro o passa-baixo. Apenas
as frequncias inferiores frequncia de corte conseguem passar.
Existem ainda os seguintes tipos: Passa-alto Passa-banda
Rejeita-banda Resposta em frequncia
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4Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia Converso Analgico
Digital
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5Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia Amostragem
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6Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia Amostragem Perodo de
amostragem
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7Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia Amostragem Questo: Em
que condies a informao contida nas amostras idntica contida no
sinal original? Objectivo: No desperdiar recursos com
sobre-amostragem. Critrio de Nyquist: A frequncia de amostragem
deve ser maior que o dobro da frequncia mxima do sinal.
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8Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia Amostragem de Sinusides
Considere-se uma sinuside de frequncia f 0 [Hz] Se se amostrar esta
sinuside a uma frequncia f a =1/T a, teremos que pode ser colocada
na forma em que F 0 a frequncia normalizada Fazendo temos
finalmente
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9Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia Amostragem de Sinusides
e Alias Questo: se se amostrar uma sinuside a uma dada taxa de
amostragem f a, quantas sinusides, de diferente frequncia, existem
que depois de amostradas resultam no mesmo sinal discreto?
Resposta: Todas as sinusides de frequncia f 0 +kf a em que
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10Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia Converso A/D e D/A
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11Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia Alias
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12Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia Componentes de alias
faf0faf0 f0f0
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13Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia Converso A/D sem
alias
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14Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia Converso A/D sem alias
Filtro Passa-baixo
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15Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia Converso A/D sem alias
Critrio de Nyquist Para evitar o aliasing na operao de amostragem,
o conversor A/D s deve ver as frequncias menores que f a /2 Critrio
de Nyquist: Para que no ocorra alias na operao de amostragem a
frequncia de amostragem f a deve ser maior que o dobro da frequncia
mxima f max do sinal:
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16Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia Converso A/D e D/A sem
aliasing
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17Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia O Som Digital Dos
discos de vinil ao Compact Disc
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18Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia O que o Som? Quando
algum objecto vibra, comunica esse movimento s partculas de ar mais
prximas que por sua vez empurram as suas vizinhas Este movimento
propaga-se pelo ar dando origem ao que se designa por som No ar o
som propaga-se a 340 metros por segundo O som tambm se propaga em
materiais slidos e lquidos mas com velocidades diferentes
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19Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia Comprimento de
onda
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20Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia Frequncia Som grave
(250Hz)Som agudo 1kHz O comprimento de onda relaciona-se com a
frequncia f por v= f, em que v a velocidade do som
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21Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia Um pouco de histria Em
1877 foi realizada a primeira gravao da voz humana por Thomas
Edison com umphonautograph inventado por Scott
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22Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia Os discos de vinilo O
disco de vinil foi um suporte bastante popular para distribuio de
msica at aos anos 90
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23Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia O rudo nos discos de
vinil Sulcos de um disco de vinil Sulcos de um disco de vinil com p
que causa rudos
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24Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia O som digital A partir
dos anos 90, com o surgimento dos computadores, tornou-se possvel
armazenar som em formato digital. No formato digital, o som
transformado em nmeros, pelo que se no ocorrerem erros na sua
leitura a qualidade original no se degrada. A operao que transforma
o som em nmeros designa-se por converso analgico / digital.
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25Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia Converso para
digital
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26Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia Ouvir os nmeros O som
+1 -1 +1 -1 +1....... O som -1 0 +1 0 -1 0 +1....... No formato
digital os sons so armazenados como sequncias de nmeros que
representam a amplitude de cada amostra f a = 8kHz
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27Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia O Compact Disc (CD) Os
CD foram um formato bastante popular para o armazenamento de msica
em formato digital at ao aparecimento dos leitores de MP3. Nos CDs,
cada amostra representada com 16 bits permitindo a representao de
65536 nveis de amplitude. A frequncia de amostragem utilizada de
44100Hz. A capacidade de armazenamento de um CD de cerca de
807MBytes. Um CD pode assim armazenar cerca de 80 minutos de msica
estreo: 80 minutos 60 segundos 2 bytes por amostra 2 canais 44100
amostras por segundo 807Mbytes Nota: 1MByte= 10241024 bytes
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28Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia O Compact Disc (CD)
Superfcie do CD ampliada
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29Mdulo 3 parte I de Sistemas Multimdia Formatos de udio
digital Existem vrios formatos para armazenar udio no comprimido. O
mais popular em ambiente Windows o formato wav. No entanto, este
formato tambm armazenamento de udio comprimido mantendo a mesma
extenso.wav Outro formato popular no ambiente Mac o au.au Os
ficheiros destes dois formatos so constitudos por um cabealho em
que so definidos parmetros tais como: frequncia de amostragem, n de
bits por amostra, n de canais, etc. O programa gratuito audacity
permite a reproduo e edio deste tipo de ficheiros.audacity No
Matlab com o comando wavread podemos igualmente ter acesso s
amostras guardadas num ficheiro wav e pass-las para um vector.