Audio konverzija

Maturski, seminarski i diplomski radovi iz informatike.

Audio signali su po svojoj prirodi vrlo specifični, bez sličnog primera u elektrotehnici. Takva osobina je direktna posledica veličine informacionog polja zvuka određenog graničnim mogućnostima čula sluha. Informaciono polje karakteriše velika širina frekvencijskog opsega (tri dekade) i veliki dinamički opseg čula sluha (u nekim okolnostima i preko 120 dB). Kontrola takvog signala radi očuvanja njegovog informacionog sadržaja u raznim fazama prolaska kroz audio sistem jedan je od bitnih zadataka u procesu kontrole rada.
Zbog prirode audio signala realizacija njegovog merenja predstavlja relativno složen tehnički zadatak koji nema apsolutno i jedninstveno rešenje.
Uvid u saržaj audio signala veoma je delikatna tehnička tema. Gotovo po pravilu, merenje i kontrola mora se obavljati u realnom vremenu, a u mnogim situacijama i bez mogućnosti naknadnih korekcija ako se na vreme ne predvidi moguća nepravilnost.
Zbog svega toga, poznavanje osnovnih osobina audio signala je od bitnog značaja.
Audio signal se na svom putu javlja u tri različita oblika. To su:
- akustički signal koga stvaraju izvori zvuka i zvučnici,
- zvučni pritisak kao signal u zvučnom polju i
- audio signal u električnom domenu.
U opštem slučaju audio signali dobijeni na različite načine, mogu biti različitih efektivnih vrednosti.
Njegova veličina je faktor od značaja za postizanje odgovarajućeg dinamičkog opsega, jer određuje izdizanje signala iznad nivoa šuma. Da bi se izbegla proizvoljnost u veličinama analognih signala unutar audio sistema i da bi se u tom domenu uveo izvestan red, definisane su dve kategorije signala podeljene prema njihovoj veličini.
Prvu kategoriju čine signali relativno visokog nivoa koji se u praksi nazivaju ″linijski signali″. Njihove amplitude u maksimumu mogu dostizati veličine reda volti. Signali linijskog nivoa zbog velike amplitude omogućavaju maksimalan odnos signal/šum u sistemu i povećavaju imunost na uticaj eventualnih smetnji.
Drugu kategoriju čine signali niskog nivoa, kakve na svom izlazu uglavnom daju mikrofoni, pa se zbog toga oni nazivaju i ″mikrofonski signali″.
Dve osobine audio signala su značajne u pokušaju da se njegova veličina predstavi jednim brojem:
- izrazita nestacionarnost i
- osobine čula sluha kao njegovog krajnjeg korisnika.
Nestacionarnost čini da je numerička vrednost kojom bi signal mogao da se predstavi funkcija trenutka merenja. Ta činjenica je u audiotehnici zahtevala posebnu standardizaciju samog postupka merenja u odnosu na merenja u ostalim oblastima elektrotehnike, pa čak I uvođenje više različitih načina za iskazivanje veličine signala da bi se omogućilo zadovoljavanje raznorodnih zahteva.
Ljudsko uvo kao korisnik audio signala nametnulo je logaritamske mere veličine, odnosno uvođenje decibela za predstavljanje veličine signala.
Osnovna veličina koja karakteriše audio signal je njegova efektivna vrednost.
Međutim, predmet ovog rada u nastavku neće biti audio signali već određeni proces pretvaranja audio signala u drugi oblik signala odnosno proces audio konverzije.

2 Audio konverzija

2.1 Pojam audio konverzije

U svakom audio sistemu njegovi ulazi i izlazi se uvek nalaze u analognom domenu, jer je zvučno polje po svojoj prirodi analogno. Međutim, u okviru celine sistema audio signal može više puta prelaziti iz analognog u digitalni oblik i nazad.
Na putu signala kroz audio sistem, po pravilu se jednom ili više puta pojavljuje njegova konverzija u digitalni oblik i nazad.
To povlači za sobom i sve promene koje takva transformacija donosi, pa se procesi konverzije pojavljuju kao faktori koji utiču na izlazni signal iz audio sistema u istoj ravni kao što je i uticaj svih drugih uređaja.
Naime, prebacivanje nekih funkcija audio sistema iz analognog u digitalni domen razrešio je mnoge imanentne probleme kojim je analogna tehnologija bremenita, ali je sa druge strane sam doneo nove sasvim specifične probleme.
Načelno govoreći, čujne degradacije u signalu, odnosno promene u informacionom sadržaju diskretnih audio signala mogu se podeliti u tri osnovne grupe. To su:
- konačnost rezolucije kao imanentne osobine diskretnog signala,
- tehnološki nedostaci i
- neke specifične operacije nad digitalnim signalima koje generišu parazitske promene.
U vreme početka uvođenja digitalnih uređaja u audio sisteme, što je bilo krajem sedamdesetih i početkom osamdesetih godina dvadesetog veka, neki problemi su bili sasvim neočekivani, i tek su tokom godina bili objašnjeni i na neki način prevaziđeni.
U to vreme to je sve stvorilo određenu atmosferu nezadovoljstva kod mnogih korisnika novih tehnologija. Trebalo je mnogo vremena da se kontinualnim istraživanjem i nizom poboljšanja osnovni nedostaci procesa audio konverzije minimiziraju.
Eho tog nezadovoljstva digitalizacijom iz onog vremena još je po negde prisutan, iako su poboljšanja kvaliteta audio konverzije, pa time i poboljšanja kvaliteta signala u digitalnom domenu, od tada do danas ogromna.
Interesantno je da su neke pojave u telekomunikacijama teorijski postavljene veoma davno ali su bile irelevantne sa aspekta zahteva koji postoje u digitalnim telekomnikacijama.
Tek kada se pojavila potreba rada sa audio signalima i kada se tehnologija susrela sa zahtevima prenosa velikih informacionih polja i strogim kriterijumima kvaliteta prenosa koji se postavljaju u savremenim audio sistemima, neke specifične pojave u procesu audio konverzije postale su značajne.
Proces audio konverzije jeste proce pretvaranja audio signala u digitalni signal odnosno pretvaranje audio signala u digitalni oblik.
Audio signal je po svojoj prirodi bipolaran, što proizilazi iz činjenice da on reprezentuje zvučni pritisak.
Konverzija takvog signala zahteva da minimalni binarni kodni broj u nizu predstavlja maksimalnu negativnu vrednost, a maksimalni binarni kodni broj predstavlja maksimalnu pozitivnu vrednost analognog signala. U takvoj podeli vrednost 0 V se koduje vrednošću koji se nalazi na sredini niza binarnih brojeva.
Ovo je ilustrovano na slici 1, gde je na primeru osmobitnih binarnih brojeva šematski prikazana konverzija adio signala u dvokomplementarni digitalni kod.

1 UVOD 3
2 Audio konverzija 4
2.1 Pojam audio konverzije 4
2.2 Faze audio konverzije 6
2.3 Karakteristične pojave u procesu audio konverzije 7
2.3.1 Uticaj ulaznog filtra 7
2.3.2 Oversempling kao minimizacija uticaja ulaznog filtra 9
2.3.3 Poboljšanje odnosa signal šum pri oversemplingu 10
2.3.4 Nesavršenosti diskretizacije signala u vremenu 11
3 ZAKLJUČAK 13
4 LITERATURA 14