digitalizacji_dzwieku [mgr Wiki]

[[digitalizacji_dzwieku]]
mgr Wiki

:16.1digitalizacja_dzwieku.pdf

### Definicja

Digitalizacja dźwięku - proces zamiany sygnału analogowego na cyfrowy. Składa się z następujących po sobie operacji:

- próbkowanie
- kwantyzacja i kodowanie

### Próbkowanie

Etap procesu poprzedzający kwantyzację, polegający na przetworzeniu sygnału ciągłego w sygnał impulsowy, istniejący tylko w określonych chwilach czasowych. W ustalonych odstępach czasowych pobierane są tzw. próbki (sample) i mierzona jest wartość chwilowa sygnału. Sygnał, który został przekształcony do postaci spróbkowanej nazywa się sygnałem dyskretnym.

okres próbkowania - odstęp czasu pomiędzy pobieraniem kolejnych próbek (częstotliwość próbkowania - odwrotność okresu)

Aby możliwe było powtórne przekształcenie sygnału cyfrowego do postaci analogowej spełnione musi być twierdzenie Kotielnikowa-Shannona o próbkowaniu. Twierdzenie to mówi, że częstotliwość próbkowania nie może być mniejsza niż podwojona wartość największej częstotliwości występującej w sygnale. (konsekwencje nie stosowania tego objawiają się występowaniem aliasingu).

### Kwantyzacja

W celu otrzymania postaci cyfrowej sygnału po spróbkowaniu poddawany jest on kwantyzacji. W skrócie jest to proces przypisania dowolnej wartości jaką może przyjmować sygnał analogowy do wartości o skończonej liczbie bitów. Wartości te nazywane są poziomami reprezentacji (każdemu poziomowi reprezentacji przypisywana jest w procesie kodowania określona liczba), a kwantyzacja przypisuje wartości analogowe do najbliższych poziomów reprezentacji, co wiąże się oczywiście z wystąpieniem błędu, zwanego błędem kwantyzacji, który jest różnicą pomiędzy wartością skwantowaną i oryginalną (jest to nieodwracalna utrata jakiejś porcji informacji). Przedział dopuszczalnych wartości wejściowych (analogowych) jest dzielony na podprzedziały, punkty podziału są nazywane poziomami decyzyjnymi (ich liczba jest o jeden mniejsza niż przedziałów reprezentacji), każda wartość należąca do danego podprzedziału jest po prostu zastępowana przez poziom reprezentacji przypisany do danego przedziału. Kwantyzacja jest tym dokładniejsza im mniejsze są szerokości przedziałów kwantowania, czyli im większa jest gęstość kwantyzacji. Poziomem reprezentacji może być dolna bądź górna granica przedziału, jest nią jednak zazwyczaj środek przedziału w celu zminimalizowania błędu kwantyzacji.

##### Rodzaje kwantyzacji

- skalarna - kwantowane są pojedyncze wartości
  - równomierna - różnica pomiędzy sąsiednimi poziomami decyzyjnymi jest jednakowa
  - nierównomierna - różnice pomiędzy poziomami decyzyjnymi nie są jednakowe (stosowana jeżeli w jakimś przedziale wartości pojawiają się częściej niż w innych, można wtedy zacieśnić szerokości przedziałów kwantowania w tym obszarze)
- wektorowa - kwantowanych jest jednocześnie kilka wartości (co najmniej dwie)

##### Uwaga

Można oczywiście kwantować sygnał już skwantowany, przez co można zmniejszyć liczbę bitów potrzebnych do reprezentacji sygnału, co w konsekwencji zmniejsza wielkość np. pliku reprezentującego sygnał (przechowującego próbki sygnału), jest to proces który zmniejsza zarazem dokładność reprezentacji sygnału. (np. 16 bitów na 8 bitów).

##### Przykład

Ucho ludzkie słyszy dźwięki do częstotliwości ok. 20 kHz, zgodnie z twierdzeniem Kotielnikowa-Shannona, częstotliwość zapisu cyfrowego musi być większa niż 40 kHz (dlatego na płycie CD-Audio stosuje się częstotliwość 44,1 kHz dla każdego kanału).

digitalizacji_dzwieku.txt · Last modified: 2006/05/17 15:43 by 80.55.238.134