Formatos de Áudio e Vídeo Digital Introdução ao Áudio Digital

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Bianca Lopes Dias
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1 Redes Multimídia Formatos de Áudio e Vídeo Digital Curso Superior de Tecnologia em Sistemas para Internet Turma: TEC.SIS.4T

2 Redes Multimídia Conteúdo Programático :: 1 a Unidade 1. Aplicações multimídia sobre redes; 2. Formatos de áudio e vídeo digital 2.1. Introdução ao áudio digital; 2.2. Compactação de áudio; 2.3. Introdução ao vídeo Sistemas analógicos; Sistemas digitais; 2.4. Compactação de vídeo Padrão JPEG; Padrão MPEG; 3. Fluxo contínuo de áudio e vídeo na Internet.

3 Conceito básico de SOM O som chega aos nossos ouvidos como ondas de pressão de ar variando rapidamente, causadas por vibração de objetos (ou mesmo de cordas vocais no caso da fala); As cordas de um violão, por exemplo, quando movidas em uma direção, aproximam as moléculas de ar subjacentes provocando uma região de maior pressão de um lado da corda e uma região de menor pressão do outro lado; Quando, a vibração da corda muda de lado, no ritmo da vibração, as áreas de maior e menor pressão se invertem.

4 Conceito básico de SOM As ondas sonoras surgem com estes ciclos sucessivos de pressão alta e baixa produzidos pelos objetos; A frequência (pitch) de um som é o número de vezes por segundo que este ciclo ocorre; A amplitude (intensity) do som é a grandeza da variação.

5 Medindo o som Decibéis (db) A duplicação da intensidade do som corresponde a 6 decibéis no aumento de nível de pressão Os nossos ouvidos respondem ao som logaritmicamente; Decibéis (decibel) O termo decibel (db) significa 1/10 de um Bel (homenagem a Alexander Graham Bell); Um Bel é o logaritmo de base 10 do razão entre a intensidade de dois sons ou sinais (como varia o nível de um som em relação a outro sinal de referência)

6 Exemplos de diferentes intensidades (médias) de som expressas em db: 180 db: Decolagem de foguete 140 db: Motor à jato em movimento 120 db: Banda de rock 110 db: Trovoadas altas 90 db: Tráfego urbano 80 db: rádio em volume muito alto 60 db. Conversação normal 30 db: Susurro suave Qualquer som acima de 85 db pode causar perda de audição, e a perda depende tanto da potência do som como do período de exposição. Uma boa maneira de saber que se está ouvindo um som de 85 db, é quando você tem de elevar a voz para outra pessoa conseguir lhe ouvir. Se você se expuser a um som de 90 db, por 8 horas, pode causar danos aos seus ouvidos; mas se a exposição for a um som de 140 db, um segundo já é o bastante para causar danos (e chega a causar dor).

7 Volume Sonoro (Loudness) é como percebemos os diferentes níveis de intensidade dos sons; Ex: A intensidade sonora de uma folha caindo é 10 vezes mais intenso que o mínimo som perceptível pelo ouvido; O som do avião é vezes mais intenso que uma folha caindo. A Frequência de um som é medida em Hertz (Hz) = ciclos por segundo; A percepção da frequência de sons (pitch) tem escala exponencial A unidade de frequência (pitch) com a qual os músicos estão familiarizados é a oitava Uma oitava é o intervalo entre uma nota e a próxima nota com o mesmo nome; Notas musicais que variam de uma oitava soam de forma semelhante, mas possuem o dobro da frequência da outra.

8 Áudio Analógico O termo analógico significa qualquer coisa que é similar em função ou posição Ex 01: A variação de voltagem produzida por um microfone é análoga a variação de pressão de uma onda sonora Ex 02: Em uma gravação em fita cassete, a variação de fluxo magnético produzido pela cabeça magnética na fita, representa a variação de pressão da onda sonora Ex 03: Nos discos de Vinil a variação dos sulcos correspondem às variações de pressão, enquanto a posição ao longo do sulco ou a posição da fita correspondem ao tempo.

9 Em áudio digital, A representação de um sinal de áudio não é diretamente análoga a uma onda sonora; Em vez disso, O valor do sinal é amostrado em intervalos regulares por um conversor analógico para digital (A/D ou ADC), que produz números (dígitos) que representam o valor de cada amostra; Este fluxo de números representa o sinal de áudio digital, e que pode ser guardado/editado num computador e transmitido utilizando redes de computadores; Para podermos ouvir um sinal de áudio digital temos de convertê-lo para um sinal analógico através de um conversor digital para analógico (D/A ou DAC); Em muitos sistemas de áudio stereo, a conversão D/A ocorre no equipamento (como um leitor de CDs); As placas de som dos computadores têm conversores A/D (para gravar) e D/A (para reproduzir).

10 Amostragem Para converter um sinal analógico para um formato digital, a voltagem (pressão sonora) é amostrada em intervalos regulares, milhares de vezes por segundo; O valor de cada amostra é arredondado para o inteiro mais próximo na escala de variação de acordo com a grandeza da resolução do sinal; Os inteiros são depois convertidos para números binários.

11 Amostragem A velocidade (taxa) de amostragem, é o numero de vezes por segundo que a voltagem é amostrada do sinal analógico medido; Um áudio com qualidade de CD é amostrado a uma velocidade de 44,100 vezes por segundo (44.1 khz); O DAT (Digital Áudio Tape) suporta uma velocidade de amostragem de 32, 44.1 e 48 khz; Outros valores correntes de amostragem são khz e khz.

12 Amostragem A velocidade (taxa) de amostragem deve ser no mínimo duas vezes a frequência mais alta a ser reproduzida [Teorema de Nyquist]; O intervalo de frequências que o ser humano ouve é aproximadamente Hz, portanto é necessário no mínimo uma velocidade de amostragem de 40 khz para reproduzir corretamente todo o intervalo de frequências audíveis; A frequência de 44.1 khz usada nos CDs permite o uso destes filtros e outros tipos de processamento de sinais; Os padrões MPEG-AAC e DVD Áudio suportam até 96 khz.

13 Dimensão da Amostra (Resolução) A dimensão da amostra de um sinal digital é o intervalo de números que podem ser atribuídos a cada amostra; O CD usa 16 bits, o que dá a (2 16 ); O valor binário (zero) corresponde a -32,768 (O menor valor); O valor (65,535) corresponde a 32,767 (valor mais alto); Amostras com maior dimensão melhoram a dinâmica e reduzem a distorção por quantização e o ruído de fundo.

14 Quantização é o processo de selecionar números para representar a voltagem de cada amostra; O conversor A/D tem que escolher um número que represente o nível mais próximo de sinal no instante que foi amostrado (sampled). Isto produz erros de arredondamento que provocam distorções; As distorções por quantização são maiores com baixos níveis de sinal, isto porque usam um intervalo dinâmico menor, sendo assim os erros são uma grande percentagem do sinal amostrado; Uma vantagem muito importante da codificação MP3 é que permite alocar mais bits para os sinais de níveis fracos para reduzir os erros de quantização.

15 Dithering é um processo que introduz um ruído randômico (aleatório) para espalhar o efeito da distorção por quantização tornando-o menos perceptível. Alguns músicos não gostam desta técnica, mas os resultados são bons em termos técnicos. Clipping Os níveis em áudio digital são normalmente expressos em db, medidos em relação aos 0 db, o nível mais alto possível; Uma das regras importantes em áudio Digital é que o sinal nunca exceda os 0 db; Se os níveis ultrapassarem este valor, sofrem um clipping O clipping causa elevada distorção e deve ser evitado a todo o custo.

16 Bit-rates O termo bit-rate refere-se a quantos bits (1s e 0s) são usados por segundo para representar o sinal; O bitrate para o áudio digital é expresso em milhares de bits por segundo (kbps) e faz correspondência diretamente com o tamanho do arquivo e qualidade do som; bit-rates mais baixos originam arquivos menores mas pior qualidade sonora, ao inverso bitrates mais altos resultam em arquivos de qualidade melhor mas de tamanhos maiores. O bit-rate de áudio não comprimido, pode ser calculado multiplicando a velocidade de amostragem pela dimensão da amostra em bits (8-bit, 16-bit, etc.) e o numero de canais Por exemplo, CD Audio (ou uma WAV extraida de um CD) tem uma velocidade de amostragem de 44,100 amostras por segundo, a dimensão da amostra é de 16 bits e dois canais. O bitrate sera de aproximadamente 1.4 milhões de bits por segundo (1,411 kbps).

17 Vantagens!? Há anos que se discute entre especialistas em áudio e engenheiros de som o mérito e demérito do digital versus o analógico de alta fidelidade sem no entanto deixar de haver inúmeros adeptos do áudio analógico de alta fidelidade; Embora o audio digital domine, convém entendermos as vantagens e desvantagens do digital x analógico (até porque e os sistemas de áudio contêm uma mistura de componentes digitais e analógicos); De forma resumida pode-se dizer que o áudio digital possui uma maior imunidade ao ruído, melhor nível de duplicação (cópia) e a capacidade de usar técnicas de correção de erro para compensar ocorrências; Têm também maior duração os suportes como CD e MiniDiscs em comparação com os discos de vinil e cassetes de áudio (fita).

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