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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.