Procesarea Imaginilor

1. Introducere

1.1 Atributele coderului audio

Coderele audio sunt evaluate pe baza anumitor atribute :

-calitatea reproductiei audio,

-complexitatea calculata,

-intarzierea dispozitivului,

-viteza octetului operator,

-eroarea canalului activ.

Obiectivul este de a se a realiza un output de inalta calitate la viteze mici ale octetului ( < 32 kps), cu o acceptabila intarziere algoritmica( ~ 5 la 20 ms), cu o complexitate calculata mica ( ~ 1 la 10 milioane de instructiuni pe secunda, sau MIPS).

1.1.1 Calitatea Audio

Calitatea audio este de o extrema importanta atunci cand se proiecteaza un algoritm de codare audio. Progresele reusite au fost facute inaintea dezvoltarii dizpozitivelor aproape percepute. Tipic, obiectivele de masurare clasice a semnalului exact , SNR ( factorul de semnal zgmot) si distorsiunile armonice totale ( THD ) sunt inadecvate. In domeniul codarii audio create pentru o cerere mare de teste, a existat o crestere corespunzatoare de interes in schemele de masurare perceptive. Diversele masuri obiective si subiective de calitate au fost propuse si standardizate pe durata secolului trecut. Unele din aceste scheme au inclus : NMR ( 1987) factorul de zgomot-masca, evaluarea perceptiva ( PERCEVAL, 1992), obiectivul de masurare (POM, 1995), precum si obiectivul de masurare perceptiva ( OASE, 1997).

1.1.2 Viteza octetului

Din punctul de vedere al unui designer de dispozitiv, una din provocarile cheie este de a reprezenta un fisier audio de inalta fidelitate cu un numar minim de octeti. De exemplu, daca o mostra audio de 5 ms este probata la 48 KHz(240 de mostre pe secunda), aceasta este reprezentata folosind 80 de octeti, astfel viteza de codare va fi in jur de 80 de octeti/ 5 ms = 16 kb/s. Vitezele mici ale octetilor implica o viteza de compresare mare si o calitate de reproducere mica. Mai demult, coderele ISO/IEC MPEG-1 ( 32-448 kb/s), Dolby AC-3 ( 32-384 kb/s), Sony ATRAC ( 256 kb/s), si PHILIPS PASC ( 192 kb/s)intretineau viteze mari de octeti pentru obtinerea de reproduceri audio transparente. Totusi, dezvoltarea a anumitor instrumente de codare audio care par a fi sofisticate( instrumentele audio MPEG-4) au creat metode pentru eficienta de transmisie sau stocarea fisierelor audio la viteze cuprinse intre 8 si 32 kb/s. Algoritmii de codare audio promit sa ofere o calitate rezonabila la viteze mici pentru a clasifica viteza si calitatea in vederea egalarii diferitelor cerinte cum ar fi capacitatea canalului de a varia in timp.

1.1.3 Complexitatea

Complexitatea redusa calculata nu numai impelementeaza in timp util, dar si descreste puterea de consum si extinde durata de viata a bateriei. Complexitatea calculate este de obicie masurata la ordinal milioanelor de instructiuni pe secunda (MIPS). Estimarile complexitatii sunt de dependente de procesor. De exemplu, complexitatea asociata cu decodorul Dolby AC-3 a fost estimate la aproximativ 27 MIPS folosind Zoran ZR38001 : pentru procesorul Motorola DSP56002, complexitatea a fost estimata la 45 MIPS. De obicei, multe din decodificatoarele audio se bazeaza pe asa numitul principiu de asimetrie de codare. Aceasta inseamna ca complexitatea decodificatorului nu poate fi impartita intre codificator si decodificator ( complexitatea codificatorului fiind de 80%, si cea a decodificatorului fiind de 20%), cu o crestere foarte mare in reducerea complexitatii decodificatorului.

1.1.4 Intarzierea codificatorului

Multe din aplicatiile retelei pentru fisierele audio de inalta fidelitate( streaming audio, audio-on-demand) sunt intarziate ingaduitor( pana la 100 – 200 ms), folosind oportunitatea de a exploata proprietatile semnalului de lunga durata pentru a obtine un castig mare de codare. Totusi, in comunicarea de timp util si in aplicatiile Internet( VoIP), intarzierea mica de codare ( 10-20 ms) este importanta. Intr-un scenariu de codare ideal, cantitatea minima de intarziere ar trebui sa fie de 5 ms pentru codificator si de 5 ms pentru decodificator. Totusi, alti factori cum ar fi filtrul de analiza-sinteza, sursa de octeti, si intarzierea canalului contribuie la intarzierile aditionale. Metodele scurte de analiza-sinteza, facand abstractie de sursa de octeti, pot rezulta in intarzierea mica a codificatorului, cu eficiente mici de codificare redusa.

1.1.5 Eroarea canalului activ

Popularitatea crescanda a canalelor audio asupra retelelor wireless cum ar fi Internetul implica ca orice algoritm propus pentru astfel de aplicatii trebuie sa fie in stare sa se descurce cu un canal de zgomot variabil in timp. In particular, prevederile erorii canalului activ si protejarile de eroare trebuie sa fie incorporate la codificator in vederea obtinerii transmisiilor sigure a fisierelor digitale audio asupra canalelor protectoare de erori. O simpla idee ar putea fi sa se furnizeze o protectie mai buna la senzitivitatea de eroare si prioritatea octetilor importanti. De examplu, fisierele audio necesita eroarea maxima a canalului actie; altfel, erorile de transmisie vor strica intregul fisier audio. Numeroase coduri de codare/decodare [Lin82][Wick95][Bay197][Swee02][Zara02] pot fi si ele folosite. Includerea a codurilor de corectare a erorilor in fluxul de biti, pot ajuta la obtinerea reproducerii de erori a fisierului de intrare audio, totusi cu o complexitate si o viteza a octetului crescuta.

MPEG-4 necesita intstrumente pentru designul algoritmilor care satisfac o anumita viteza a octetului, intarziere, complexitate, precum si cereri de impiedicare a erorilor.

2. Procesarea semnalelor

Notiunea de semnal este o notiune centrala în electronica si telecomunicatii. Întrucît am aratat ca electronica este o tehnologie a prelucrarii informatiei, apare întrebarea: cine contine si transporta informatia? Raspunsul electronistilor: semnalele.

Un semnal este o marime fizica purtatoare de informatie. Cel mai adesea, este o functie scalara de variabila timp, ca în exemplele uzuale urmatoare:

- Tensiunea sau curentul furnizate de un traductor de temperatura

- Tensiunea de la intrarea unui amplificator de putere

- Tensiunea de la iesirea modulului tuner radio

- Tensiunea de la bornele microfonului

- Cîmpul electromagnetic produs în antena telefonului mobil (la emisie sau la receptie)

- Pozitia acului la un aparat indicator cu ac

- Presiunea aerului în sistemele pneumatice de masurare si comanda a proceselor (se foloseste în mediile cu potential de explozie)

- Pozitia deschis-închis a releului electromagnetic cu care se comanda functionarea centralei termice

- Succesiunea de valori afisate de ecranul unui voltmetru digital (numeric)

- Pozitia pedalei de acceleratie, transmisa catre carburator

Uneori, folosim semnalul în varianta înregistrata (memorata), în scopul reconstituirii informatiei initiale sau în scopul prelucrarii. Exemple:

- Înregistrarea vocii pe banda de magnetofon

- Înregistrarea vocii de pe un CD