Senyal Analògic vs. Digital: Guia Completa
Enviado por Chuletator online y clasificado en Informática y Telecomunicaciones
Escrito el en 
catalán con un tamaño de 6,6 KB
Senyal Analògic vs. Digital
Definicions
Senyal Analògic: Continu en el temps. Amplitud de resolució infinita. Dificultat de processament. Sensible al soroll. Regeneració limitada. Pèrdues de senyal (drops).
Senyal Digital: Discontinu. Soroll de quantificació. Facilitat de processament. Correcció d'errors. Immunitat al soroll. Regeneració infinita. Encriptació. Metadades. Estabilitat de les funcions. Versatilitat.
Tipus de Senyals
Podem tenir un senyal analògic continu (ex: f(t)²) o discret (ex: f[n]). Els sistemes es descriuen amb la "h" (ex: h(t)), que representa la resposta impulsional, la funció amb la qual un sistema altera el senyal. La convolució és l'operació entre un senyal i un sistema, que resulta en un senyal alterat. En el domini freqüencial, la convolució equival a la multiplicació.
| Domini Temporal (Variacions del senyal en funció del temps) x(t) y(t) h(t) | Domini Freqüencial (Variacions del senyal en funció de la freqüència) X(f) Y(f) H(f) | |||
| --- Transformada de Fourier (TF) ---> | ||||
Transformades
Eines per passar del domini temporal al freqüencial:
- Sèries de Fourier (SF)
- Transformada de Fourier (TF)
- Transformada de Fourier per a Seqüències Discretes (TFSD) o Transformada Discreta de Fourier (DFT)
I viceversa (transformada inversa de Fourier).
Dimensions:
- Senyal temporal: una dimensió (f[n] <-> F[k])
- Imatge fixa: dues dimensions (f[n,m] <-> F[u,v])
n: eix horitzontal <-> u: variacions horitzontals
m: eix vertical <-> v: variacions verticals
Quantificació
Dividim l'eix d'amplituds en N nivells, representables amb b bits:
- N = 2b
- B = log2N
- Exemples: 4 bits -> N = 2⁴ = 16 nivells; 8 bits -> N = 2⁸ = 256 nivells
Error de quantificació:
- S/Nq = 6,02b + 1,7dB
- Si b=8 -> S/Nq = 50dB
- Si b=24 -> S/Nq = 146dB
Augmentar 1 bit la quantificació implica augmentar 6dB la S/Nq. El dither és un soroll que s'afegeix al senyal analògic per reduir la distorsió de quantificació.
Dinàmica d'un Senyal d'Àudio
La dinàmica és la diferència entre la potència màxima i mínima que el senyal pot representar. La quantificació a més de 16 bits no està justificada per a audició domèstica, però sí per a producció (20 o 24 bits). El soroll de quantificació es pot reduir amb el dither.
Digitalització de Vídeo
3 dimensions: x, y (espai), t (temps).
- Persistència visual: defineix la resolució en t
- Agudesa visual: defineix la resolució entre x i y
Resolució Temporal:
- Continuïtat de moviments: mínim 15 fps
- Sense pampallugeig (flicker): mínim 40 fps
Càlcul del Bitrate d'un Senyal HD
Resolució: 1920x1080
Temporalitat: 25 imatges/segon
Quantificació: 10 bits/píxel
Br = 1920 x 1080 x 25 x 10 = 518,4 Mbps
Colorimetria
Cada color es representa per una longitud d'ona. L'ull humà té 3 tipus de cons: vermells (longitud d'ona llarga), verds (mitja) i blaus (curta) (RGB).
Espais de Color
L'espai de color CIE inclou des de l'infraroig fins a l'ultraviolat. Existeixen diferents sistemes:
- Rec. 601: SD estàndard
- DCI-P3: cinema digital
- Rec. 2020: UHD (Ultra High Definition)
Representacions de Color
- RGB Parade: luminància per canals (R, G, B)
- YCbCr Parade: luminància (Y) i informació de color (Cb, Cr)
- Vectorscopi: angle (hue/tint), mòdul (saturació)
Submostreig de Croma
- 4:4:4: sense submostreig, per a producció i postproducció
- 4:2:2: redueix la resolució de croma vertical a la meitat, qualitat broadcast
- 4:1:1: redueix la resolució de croma vertical i horitzontal a la meitat, qualitat no-broadcast
Bits per Sistema
- Rec. 709: 8 bits (SDR)
- DCI-P3 i Rec. 2020: 10 bits (HDR), 12 o 14 bits (WCG - Wide Color Gamut)
La llum blanca: Y = 30%R + 59%G + 11%B. El sensor CCD separa els components RGB mitjançant filtres. La informació RGB es transforma en Y, U (B-Y) i V (R-Y).
Tècniques de Compressió
Tipus de Compressió
- Lossless (reversible): sense pèrdua de qualitat (factors de compressió baixos: 2:1, 3:1)
- Lossy (irreversible): amb pèrdua de qualitat (factors de compressió alts: 50:1, 100:1)
Tècniques de Compressió
- Estadístiques: RLC (Run Length Coding), VLC (Variable Length Coding)
- Transformades: DCT (Discrete Cosine Transform), Wavelets, Codificació en subbandes
- Temporal: DPCM, ADPCM (codificació diferencial PCM), Estimació i compensació de moviment
DPCM i ADPCM
La DPCM codifica les diferències entre mostres. L'ADPCM fa prediccions i codifica els errors de predicció. L'ADPCM és més eficient.
Tècniques Estadístiques i Transformades
RLC i VLC
RLC: ordena estadísticament els valors.
VLC: assigna codis més curts als valors més probables.
DCT
La DCT expressa una imatge en les seves components espectrals. Divideix la imatge en blocs de 8x8 píxels i aplica la DCT a cada bloc. Permet veure el contingut de cada bloc i la seva freqüència.
La DCT transforma del domini espaial a l'espectral, i viceversa. L'usuari tria el factor de compressió. La DCT és una tècnica amb pèrdues, però la pèrdua perceptual és mínima.
UHD (Ultra High Definition)
4K: 4096x2160 píxels (17:9)
UHD: 3840x2160 píxels (16:9)
Millores de la UHD
- Spatial Resolution: Més píxels per a una experiència més immersiva.
- High Frame Rate (HFR): Elimina el motion blur.
- High Dynamic Range (HDR): Negres més profunds i blancs més brillants (fins a 10000 nits).
Tipus de Còdec
- Intra (contribució): Apple ProRes, XAVC-I, DNxHD (compressió frame a frame)
- Inter (distribució): H.264, HEVC (compressió temporal)
Els còdecs inter codifiquen les diferències entre fotogrames, aconseguint factors de compressió elevadíssims.