Reprezentacija i obrada zvuka

Reprezentacija i obrada zvukaProfesor:Milorad K.Banjanin Student: Milica Radmilovic

Karakteristike zvuka

priroda zvuka mehaniko kretanje vazduha u prostoru tj. promena vazdunog pritiska

Karakteristike zvuka

Konverzija fizikih signala Promena vazdunog pritiska elektrini signal

Izvor zvuka (mehanike vibracije)

Talasanje vazduha (promene vazdunog pritiska)

Senzor promene pritiska (mikrofon)

Elektrini signal (promenljivi napon)

Karakteristike zvuka

Konverzija fizikih signala elektrini signal promena vazdunog pritiska

Skladitenje zvuka

analogno zvuni signal elektrini signal magnetni medijum / gramofonska ploa

digitalno zvuni signal elektrini signal digitalizacija podaci fajl

Digitalizacija zvuka

Digitalizacija predstavlja konverziju analognog signala...

...u digitalnu reprezentaciju 124 85 161 160 135 76 138 113 147 165 103 136 184 155

Digitalizacija zvuka

Dve vrste aproksimacije kontinualno vreme diskretno vreme kontinualne vrednosti diskretne vrednosti

Digitalizacija

Merenje vrednosti signala u tano odreenimvremenskim trenucima

Aproksimacija izmerenih vrednosti najbliim vrednostima iz konanog skupa

Digitalizacija

Rezultat digitalizacije niz kvantizovanih veliina izmerenih u pojedinim vremenskim trenucima124 85 161 160 135 76 138 113 147 165 103 136 184 155

Rekonstrukcija polaznog signala na osnovu digitalne reprezentacije rezultat se razlikuje od originala

Digitalizacija

PCM modulacija (pulse code modulation) 1. uzorkovanje 2. kvantizacija 3. kodovanje: reprezentacija pojedinih kvantizacionih nivoa binarnim brojevima

001010101110110110101100100100100101110111

Digitalizacija

DPCM modulacija (differential PCM) kodira vrednost kao razliku u odnosu na prethodnu

Digitalizacija

Kada je rekonstruisani signal dovoljno dobar? Nyquist-Shannon teorema odabiranja: frekvencija uzorkovanja mora biti najmanje dva puta vea od najvie frekvencije koju je potrebno ouvati

primer 1: telefonska linija namenjena za prenos ljudskog glasa ljudski glas: 300 3400 Hz minimalna frekvencija bi bila: 6800 Hz u praksi se koristi: 8000 Hz

primer 2: CD audio namenjen za skladitenje muzike opseg koji ljudsko uho uje: 20 20000 Hz minimalna frekvencija bi bila: 40000 Hz u praksi se koristi: 44100 Hz

Digitalizacija

Kada je rekonstruisani signal dovoljno dobar? gustina kvantizacionih nivoa maksimalna greka kvantizacije za nivo kvantizacije irine a iznosi a/2

Digitalizacija

Kada je rekonstruisani signal dovoljno dobar? gustina kvantizacionih nivoa u praksi se ukupan broj kvantizacionih nivoa najee predstavlja kao stepen dvojke, tipino 28 ili 216 28= 256 nivoa za skladitenje jednog uzorka potrebno je 8 bita 216= 65536 nivoa za skladitenje jednog uzorka potrebno je 16 bita

primer 1: telefonska linija frekvencija uzorkovanja: 8 kHz 256 kvantizacionih nivoa 8 bita po uzorku za kodiranje jedne sekunde signala potrebno je: 8000 (Hz) x 8 bita brzina prenosa: 64 kbit/s

Digitalizacija

primer 2: CD audio frekvencija uzorkovanja: 44.1 kHz 65536 kvantizacionih nivoa 16 bita po uzorku za kodiranje jedne sekunde signala potrebno je: 44100 x 16 bita brzina prenosa: 705.6 kbit/s (CD audio je stereo ima dva kanala, dakle sve ovo x2)

Obrada signala

Izvoenje operacija nad signalom u cilju poboljanja njegovih karakteristika npr. editovanje zvunih zapisa, uklanjanje uma

Obrada signala u vremenskom domenu koristi se sirovim PCM podacima

Obrada signala u frekventnom domenu koristi se reprezentacijom signala u frekventnom domenu

Obrada signala u vremenskom domenu

zvuni zapis se posmatra kao niz brojeva svaki broj u nizu predstavlja kvantizovanu vrednost x[i] = 124 85 161 160 135 76 138 113 147 165 103 126 122 136 184 155

sabiranje signala (miksovanje) z[i] = x[i] + y[i]

mnoenje signala konstantom (utiavanje / pojaavanje) y[i] = A x[i]

mnoenje signala signalom modulacija (izdvajanje fragmenata) z[i] = x[i] y[i]

pomeranje signala u vremenu (montaa) y[i] = x[i-N]

Obrada signala u vremenskom domenu

Kombinacije osnovnih operacija crossfade echo replicate fade in/out

Obrada signala u vremenskom domenu

Frekventni domen

Furijeova transformacija za dati signal u vremenskom domenu izraunava njegovu reprezentaciju u frekventnom domenu

Frekventni domen

Inverzna Furijeova transformacija za datu reprezentaciju u frekventnom domenu izraunava odgovarajui signal u vremenskom domenu

Frekventni domen

Furijeova transformacija znaenje parametara: t vreme s frekvencija

signal f(t) se moe predstaviti kao zbir sinusnih signala ije su amplitudedate sa F(s)

Frekventni domen

Frekventni domen

Furijeova transformacija rezultat Furijeove transformacije za dati signal moe biti i beskonano mnogo sinusnih komponenti ako zanemarimo neke sabirke, rezultat IFT e se razlikovati od originala

Frekventni domen

boja zvuka karakteristika muzikih instrumenata odreena oblikom funkcije u frekventnom domenu

Obrada signala u frekventnom domenu

Filteri pojaavanje / utiavanje pojedinih frekvencija (equalizer) mnoenje signala u frekventnom domenu sa funkcijom koja definie pojaavanje

Kompresija

Lossless kompresija bez gubitaka iste metode kompresije kao i za rasterske slike

Lossy kompresija sa gubicima mp3 Ogg Vorbis

Kompresija

mp3 mogunosti za uvoenje neujnih gubitaka: karakteristike ljudskog ula sluha zvukovi koje ovek ne uje zvukovi koje ovek uje bolje nego druge ako se dva zvuka uju istovremeno, glasniji se uje a tii se neuje

delovi zvunog zapisa se mogu eliminisati bez ujnih razlika

faktor kompresije ~ 12

MIDI

Musical Instrument Digital Interface protokol za digitalnu komunikaciju muzikih ureaja

putem MIDI protokola ne prenosi se snimljeni zvuk, nego note koje e instrument odsvirati instrumenti imaju karakteristine boje zvuka izuzetno mali fajlovi ~ 50 KB za 5 minuta muzike

HVALA NA PAZNJI!!