ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΗΧΟΥ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ ΨΗΦΙΟΠΟΙΗΣΗΣ

ΒΑΣΙΚΗ ΔΙΑΔΡΟΜΗ ΗΧΗΤΙΚΟΥ ΣΗΜΑΤΟΣ ΑΝΑΛΟΓΙΚΟ ΣΗΜΑ ΑΝΑΛΥΣΗ ΨΗΦΙΟΠΟΙΗΣΗ ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΣΗ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ Ψ/Α ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΑΝΑΛΟΓΙΚΟ ΣΗΜΑ

ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΣΩ Η/Υ: Βασική Διαδρομή ΑΝΑΛΟΓΙΚΟ ΣΗΜΑ ΕΙΣΟΔΟΥ ΑΝΑΛΟΓΙΚΟ ΣΗΜΑ ΕΞΟΔΟΥ ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ Anti-Alias Filter Δειγματολήπτης ADC DAC Φίλτρο λείανσης

ΖΩΝΤΑΝΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ μεσω Η/Υ ΑΝΑΛΟΓΙΚΟ ΣΗΜΑ (AUDIO) ΑUDIO Interface Η/Υ ΑUDIO Interface (σύστημα μετατροπής) ΜΙDI μηνύματα MIDI Controller Σύστημα ηχείων MIDI Interface Motion sensor / Σύστημα μετατροπής MIDI Controller

ΒΑΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΨΗΦΙΑΚΟΥ ΗΧΟΥ Περίοδος (Τ): η χρονική διάρκεια ολοκλήρωσης ενός επαναλαμβανόμενου τμήματος του ήχου/κυματομορφής Συχνότητα (frequency f): f = 1/T (το σύνολο των περιόδων σε μία δεδομένη μονάδα χρόνου) (f: Hz, T: sec) Ύψος (pitch): η θέση των συχνοτήτων στο ακουστικό/ηχητικό φάσμα Πλάτος (amplitude): η μέγιστη μεταβολή πίεσης του αέρα Ένταση/ακουστικότητα (loudness): το πόσο ‘δυνατό’ χαρακτηρίζουμε έναν ήχο Φάση (phase): η χρονική καθυστέρηση έναρξης ενός ήχου

ΨΗΦΙΟΠΟΙΗΣΗ ΑΝΑΛΟΓΙΚΟΥ ΣΗΜΑΤΟΣ Η διαδικασία μετατροπής ενός συνεχούς αναλογικού ηχητικού σήματος σε έναν κώδικα ψηφίων (digitzation)

ΨΗΦΙΟΠΟΙΗΣΗ ΑΝΑΛΟΓΙΚΟΥ ΣΗΜΑΤΟΣ Η διαδικασία μετατροπής ενός συνεχούς αναλογικού ηχητικού σήματος σε έναν κώδικα ψηφίων δειγματοληψία Μεταβολές πυκνότητας Μεταβολές ηλ. τάσης Μετατροπή μεταβολών σε κώδικα ψηφίων κβαντισμός Ηχοπαραγωγό στοιχείο μικρόφωνο ADC κωδικοποίηη

ΨΗΦΙΟΠΟΙΗΣΗ ΑΝΑΛΟΓΙΚΟΥ ΣΗΜΑΤΟΣ Η διαδικασία μετατροπής ενός συνεχούς αναλογικού ηχητικού σήματος σε έναν κώδικα ψηφίων

ΨΗΦΙΟΠΟΙΗΣΗ ΑΝΑΛΟΓΙΚΟΥ ΣΗΜΑΤΟΣ Η διαδικασία μετατροπής ενός συνεχούς αναλογικού ηχητικού σήματος σε έναν κώδικα ψηφίων word bit 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 00 0 1 0 0 1 1 0 0 byte Μεταβολές πίεσης Μεταβολές τάσης Ψηφιακή πληροφορία

ΨΗΦΙΟΠΟΙΗΣΗ ΑΝΑΛΟΓΙΚΟΥ ΣΗΜΑΤΟΣ

ΨΗΦΙΟΠΟΙΗΣΗ ΑΝΑΛΟΓΙΚΟΥ ΣΗΜΑΤΟΣ 1. Δειγματοληψία Η μετατροπή ενός συνεχούς σήματος Sc(t) σε σήμα διακριτού χρόνου Sd(n) Sd(n) = Sc(nTs) fs=1/Ts (sampling frequency) 44.100 22.050 11.025… Sample rate (Hz)

ΨΗΦΙΟΠΟΙΗΣΗ ΑΝΑΛΟΓΙΚΟΥ ΣΗΜΑΤΟΣ 1. Δειγματοληψία Α: χαμηλό sample rate B: ικανοποιητικό sample rate

ΨΗΦΙΟΠΟΙΗΣΗ ΑΝΑΛΟΓΙΚΟΥ ΣΗΜΑΤΟΣ 1. Δειγματοληψία - Πιστότερη απόδοση - Μεγάλος όγκος πληροφορίας

ΨΗΦΙΟΠΟΙΗΣΗ ΑΝΑΛΟΓΙΚΟΥ ΣΗΜΑΤΟΣ 1. Δειγματοληψία Θεώρημα Nyquist: ‘Ο ρυθμός δειγματοληψίας (Fs = sample rate) ενός σήματος θα πρέπει να είναι τουλάχιστον διπλάσιος από την ψηλότερη αρμονική συνιστώσα που περιέχεται στο σήμα (Fmax)’ Fs>2Fmax CD Quality: Fs=2Fn (22050Hz: cutoff frequency) 44100Hz Τηλέφωνο: Fs>2Fn (3300Hz >> >> ) 8000Hz

ΨΗΦΙΟΠΟΙΗΣΗ ΑΝΑΛΟΓΙΚΟΥ ΣΗΜΑΤΟΣ 1. Δειγματοληψία Aliasing: fs < 2fn Αλληλοκάλυψη συχνοτήτων, παραμόρφωση Anti-alias filter: αφαίρεση συχνοτήτων μεγαλύτερων από fs/2

ΨΗΦΙΟΠΟΙΗΣΗ ΑΝΑΛΟΓΙΚΟΥ ΣΗΜΑΤΟΣ 2. Kβαντισμός: η μετατροπή συνεχών τιμών πλάτους σε διακριτές τιμές πλάτους (στάθμες) Αριθμός σταθμών / αριθμός διαθέσιμων bits S(n)=Q(Sd(n))

ΨΗΦΙΟΠΟΙbitΗΣΗ ΑΝΑΛΟΓΙΚΟΥ ΣΗΜΑΤΟΣ 2. Kβαντισμός: η μετατροπή συνεχών τιμών πλάτους σε διακριτές τιμές πλάτους (στάθμες) ‘Στρογγυλοποίηση’ – Σφάλμα κβαντισμού Απόσταση σταθμών – Βήμα κβαντισμού (Δ) (LSB) Ν=αριθμός διαθέσιμων bits  2Ν=διαθέσιμα επίπεδα κβαντισμού 1 bit: 0,1 Τάξη κβαντιστή 2 bit: 00, 01, 10, 11 … Χαρακτηριστικές τιμές: 8bit (256 στάθμες), 16 bit (65536 στάθμες), 24bit …

ΨΗΦΙΟΠΟΙbitΗΣΗ ΑΝΑΛΟΓΙΚΟΥ ΣΗΜΑΤΟΣ 2. Kβαντισμός: η μετατροπή συνεχών τιμών πλάτους σε διακριτές τιμές πλάτους (στάθμες) Μετατροπή με 2bit ADC Δ=1V Output: 22=4 στάθμες Τιμή σήματος εξόδου σφάλμα κβαντισμού S(n)=Sd(n)+e(n)

ΒΑΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΨΗΦΙΑΚΟΥ ΗΧΟΥ Περίοδος (Τ): η χρονική διάρκεια ολοκλήρωσης ενός επαναλαμβανόμενου τμήματος του ήχου/κυματομορφής Συχνότητα (frequency f): f = 1/T (το σύνολο των περιόδων σε μία δεδομένη μονάδα χρόνου) (f: Hz, T: sec) Ύψος (pitch): η θέση των συχνοτήτων στο ακουστικό/ηχητικό φάσμα Πλάτος (amplitude): η μέγιστη μεταβολή πίεσης του αέρα Ένταση/ακουστικότητα (loudness): το πόσο ‘δυνατό’ χαρακτηρίζουμε έναν ήχο Φάση (phase): η χρονική καθυστέρηση έναρξης ενός ήχου