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Codifiche - Digitalizzazione dei Segnali

Per sottoporre un segnale analogico ad elaborazioni digitali è necessario prima convertirlo in una sequenza di dati binari, ottenuti con le operazioni di campionamento, quantizzazione e codifica.
Con la prima operazione viene misurata l'ampiezza del segnale in istanti di tempo determinati dalla frequenza di campionamento. Con la quantizzazione, il valore corrisondente viene approssimato al livello discreto più vicino. Con la codifica , infine, si assegna a ciascun valore quantizzato una parola binaria. Il segnale ottenuto dalla digitalizzazione del segnale televisivo analogico si presenta quindi come una successione di simboli distinti ( 0 e 1 ), che sono riconoscibili anche se la forma d'onda è alterata dalla presenza di rumore, nei confronti del quale il segnale numerico è infatti molto più robusto.
In base al teorema del campionamento, " un segnale può essere completamente ricostruito , a partire da una sua versione campionata, se la frequenza di campionamento è almeno doppia di quella contenuta nel segnale ". In tale ipotesi è possibile recuperare il segnale originale semplicemente estraendone lo spettro con un opportuno filtro passa-basso.
In caso contrario, le repliche dello spettro analogico, che sono centrate sulle frequenze multiple di quella di campionamento risultano sovrapposte tra loro: il segnale ottenuto per filtraggio passa-basso presenta perciò un contenuto armonico alle alte frequenze decisamente differente dal segnale analogico iniziale. La distorsione sul segnale ricostruito è detta " di aliasing " e si può arginare filtrando il segnale con un filtro passa-basso (filtro-aliasing) prima di campionarlo. L'errore nella ricostruzione del segnale dalla sua versione digitale è determinato dal numero di livelli utilizzati nell'operazione di quantizzazione, e quindi dal numero di bit utilizzati per definire tali livelli. Un numero superiore dei livelli in cui è suddivisa la dinamica del segnale migliora la fedeltà con cui il segnale digitale approssima quello analogico, in quanto riduce l'errore di quantizzazione. Per ogni bit in più nella codifica del livello ( cioè ad ogni raddoppio del numero dei livelli ), il rapporto segnale/rumore di quantizzazione cresce di 6 dB secondo una formula (che vi risparmio). La frequenza di banda occupata da un segnale numerico è determinata dalla frequenza massima in bit ( Bit-Rate) che corrisponde ad una sequenza ininterrotta di 0 e 1.
A causa della forma rettangolare degli impulsi, la banda realmente richiesta sarà invece molto più larga: a transizioni così nette del livello del segnale corrisponde infatti un notevole contenuto di alte frequenze nello spettro del segnale, che deve essere ridotto a causa della limitata capacità del canale trasmessivo. Operando un filtraggio particolare del segnale si ottiene il duplice vantaggio di ridurre la banda praticamente a 3/4, e al contempo di tenere sotto controllo l'interferenza della forma d'onda da parte degli impulsi della sequenza numerica.


Indice:

  1. Digitalizzazione dei Segnali
  2. Numerizzazione del segnale video
  3. Compressione MPEG video e audio
  4. Multiplazione Audio-Video-Dati e Multiplex di trasporto
  5. La Codifica di canale DVB-S