Criação de Conteúdos para Prototipagem PDF

10/11/2024 Criação de Conteúdos para Prototipagem Prof Pedro Faria Lopes Prof Pedro Figueiredo Santana Aviso Nenhuma parte das aulas desta UC pode...

10/11/2024 Criação de Conteúdos para Prototipagem Prof Pedro Faria Lopes Prof Pedro Figueiredo Santana Aviso Nenhuma parte das aulas desta UC pode ser gravada, em nenhum formato ou suporte. 1 Tópicos, índice Imagem Exercícios Áudio Exercícios parte 1 Áudio parte 2 Exercícios, parte 2 Vídeo Exercícios parte 1 Vídeo, parte 2 Exercícios, parte 2 Criar conteúdo: imagem, vídeo, som, som+vídeo editing, Índice actualizado ao longo das aulas fotografias/vídeo, Exercícios Observações: Para reduzir perturbação na exposição pede-se que dúvidas e questões sejam anotadas para colocar no fim. Esta abordagem permite também responder de forma agregada a questões que, pela sua natureza, sejam semelhantes na forma e no conteúdo. Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 2 2 1  10/11/2024 Imagem, introdução Hoje em dia os dispositivos digitais com ecrã têm maioritariamente uma estrutura organizada em “placa gráfica” com área de memória dedicada a armazenar os elementos básicos de representação visual Frame buffer, ou memória de imagem Organizada para armazenar Picture Elements: Pixels Mesmo a informação que originalmente seja vectorial Em 2D, como linhas, poli-linhas abertas ou fechadas, rectângulos, elipses, triângulos, … ou 3D, como paralelipípedos, cones, esferas, cilindros, malhas de polígonos, … Ou noutro formato qualquer, por exemplo Texto São convertidas (tipicamente por rasterization) em áreas de Pixels Num ecrã vemos grupos de pontos, Pixels, visualmente coerentes Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 3 3 Imagem, representação Num ecrã vemos grupos de pontos, Pixels, visualmente coerentes Exemplos Isto é um Cubo? Isto é um Cilindro? Parece um Cubo e parece um Cilindro, só o são se geometricamente estiverem e forem suportados matematicamente como tal; aqui são só e apenas um conjunto de pontos, Pixels, que nos parecem um Cubo e um Cilindro, Pixels actualizados com determinadas características Se não existir um suporte matemático para o Cubo, o que está representado: Podem ser 7 regiões, ou 3 regiões, ou … delimitadas por segmentos de recta: ambiguidade Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 4 4 2  10/11/2024 Imagem, suporte Para uma placa gráfica suportar a representação de Pixels É organizada em posições de memória Um array / matriz bidimensional, com resolução em X e em Y Em que cada posição contém a informação do Pixel Tipicamente codificada em RGB Red Green Blue Diz-se que se trata de 3 Planos de Cor ou 3 Canais de cor ou 3 Componentes Imagem em RGB: 3 planos, 3 canais, 3 componentes Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 5 5 Imagem, cor de um Pixel Como é assignada a cor do Pixel? Tipicamente codificada em bpp: bits por pixel Exemplos: 24 bpp: 2^24 = 2^4 x 2^10 x 2^10 = 16 x 1024 x 1024 = 16 k x k = 16 Mega cores 16 bpp: 2^16 = 2^6 x 2^10 = 64 x 1024 = 64 k cores No contexto de número de Cores: 1 k cores = 2^10 cores = 1024 cores, como 1 kB = 1024 Byte 24 bits são 3 Bytes: 1 Byte para o R, 1 Byte para o G, 1 Byte para o B Significa que R varia de 0 a 255; G varia de 0 a 255; B varia de 0 a 255 A cor de Negro é dado por RGB(0, 0, 0) A cor de Branco é dado por RGB(255, 255, 255) Porquê? Processo de Cor Aditivo Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 6 6 3  10/11/2024 Imagem, Processos de Cor Luz branca na natureza: Composta pelo conjunto de todas as frequências na banda do visível Experiência de Newton ou Arco íris: Difracção da luz separação da luz branca nas suas componentes que criam a luz branca Processo de Cor Aditivo: a soma das diferentes frequências https://www.britannica.com/technology/prism-optics Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 7 7 Imagem, Processos de Cor Luz branca na natureza: Composta pelo conjunto de todas as frequências na banda do visível Experiência de Newton ou Arco íris: Difracção da luz separação da luz branca nas suas componentes que criam a luz branca Processo de Cor Aditivo: a soma das diferentes frequências Se um tecido é percebido como azul é porque incide luz branca, tudo é absorvido excepto o azul que é radiado Processo de Cor Subtractivo: as cores não reflectidas foram subtraídas Como é que funciona num ecrã? Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 8 8 4  10/11/2024 Imagem, ecrã a cores Um Pixel é composto por três sub-pontos próximos que o olho integra Três “sub-pixeis” três pontos emissores distintos muito próximos, olho integra espacialmente Visto a uma certa distância O olho “soma” as três emissões separadas Há a fusão dos 3 “sub-pixeis” Processo de Cor Aditivo Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 9 9 Imagem, porquê RGB RGB, dito também o tripleto de Cores Primárias RGB porque nenhuma delas é criada à custa das outras duas o R não tem nada de G ou de B o G não tem nada de R ou de B o B não tem nada de R ou de G Quantos Tripletos de Cores Primárias existem? Tantos quantos quisermos Só há uma regra: nenhuma cor do Tripleto pode ser realizada à custa das outras duas Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 10 10 5  10/11/2024 Processos de cor, exemplos Processo de Cor Aditivo No escuro projectar três feixes de luz diferentes cada um com um filtro de R, de G e de B Na zona de sobreposição vê-se um tom de branco Aplicação: projectores fixos Barko com 3 canhões rodar um círculo com três secções de cores RGB Processo de Cor Subtractivo Superfície Azul iluminada por cor Branca: radia azul, tudo o resto é absorvido Em ambiente apenas iluminado por cor pura Green Superfícies Blue ou Red puros reflectem NADA porque nenhuma delas tem Green Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 11 11 Processos de cor, aplicações Processo de Cor Aditivo televisão ecrã de computadores ecrã de telemóveis projecção vídeo Processo de Cor Subtractivo cor nos objectos impressão policromática mistura de cores na paleta do pintor Misturar pigmentos para obter uma nova cor continua a ser Processo de Cor Subtractivo Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 12 12 6  10/11/2024 Imagem, definições Resolução Dimensões em X e Y Número de bits por pixel bpp - Porquê bpp? Porque 2^nº de bpp indica imediatamente o espaço de cores suportado 2^16 = 64 k Cores 2^24 = 16 M Cores Alguma literatura refere número de bits por pixel bpp como Profundidade Z da imagem (bits) Exemplos: 800x600x16, 1280x1024x32, 720x576x24 Atenção: usamos bpp; mas imagens em disco são medidas em Bytes Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 13 13 Imagem, tipos de imagem As imagens não são TODAS em RGB Por questões de espaço, optimização, codificação, a estrutura interna não é sempre RGB Mas a sua afixação no ecrã passa para RGB Tipo de imagem bpp nº de tons / cores Binível 1 2 P&B (cinzas) 8 256 Truecolor 24 16 MCores Pseudo cor 8 + LUT 256 em 16 MCores 16 em 64 kCores, … Aplicações como Cinema Digital, podem usar mais de 24 bpp Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 14 14 7  10/11/2024 Imagem, Pseudo cor ou Falsa cor Há aplicações / ambientes que podem produzir conjuntos restritos de informação mas posteriormente há interesse ou ganhos significativos de percepção em transcrever para o espaço de Cor Aplicações médicas, aplicações científicas (cartografia, mecânica, …), gráficos Se Cor adicionada à posteriori: a Cor não é nativa mas tem que ser suportada Exemplo: estudo de fadiga estrutural mecânica O que é calculado são tensões mecânicas Valores em tabelas: a sua percepção e legibilidade é muito inferior face a visual, cores Azul = baixa tensão mecânica Vermelho = elevada tensão mecânica Palete de cores “arco-íris”: de azul a Vermelho, explicitação visual variação da tensão mecânica visualmente: melhor percepção da probabilidade de quebra Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 15 15 Imagem, Pseudo cor ou Falsa cor, LUT Estudo de fadiga estrutural mecânica Valores de tensão mecância calculados São transcritos para valores de cores em tabela contínua de Azul a Vermelho Afixados visualmente nas zonas correspondentes de cálculo Estutura sujeita a pressão: a variação das cores mostra graus comparativos de tensão Grafismo / Gráficos, Animações usam abordagem idêntica, o formato GIF LUT: Look-Up Table Fonte: BYU, Brigham Young University Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 16 16 8  10/11/2024 Imagem, LUT: Look-Up Table Processo misto Matriz da imagem (frame buffer) + Tabela Posição (x, y) da imagem contém o Índice na entrada “índice” da tabela é que está a Cor frame buffer R G B 17 y 17 14 235 90 Para ecrã x Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 17 17 Imagem, LUT - exemplos Áreas de aplicação: onde os sistemas de imagens a cores são difíceis, caros, impossíveis ou não relevantes medicina, imagem aeroespacial, engenharia, áreas gráficas e visuais Exemplos: estudos de desertificação do planeta estudo de evolução da queima de florestas por imagem de satélite em P&B mamografia, fadiga estrutural de materiais estudo de hábitos migratórios de bancos de espécies piscículas cardiologia (fluxo sanguíneo) Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 18 18 9  10/11/2024 Imagem, LUT - exemplos O formato GIF continua actual em Grafismo e Gráficos É extremamente eficiente e compacto Imagens até 256 Cores simultâneas Permite escolher essas 256 Cores num universo possível de 16 MCores 8 bits por pixel por posição do Frame buffer 24 bits por cada entrada da tabela: 8 bits para R, 8 bits para G, 8 bits para B Num dado momento só estão 256 Cores na LUT, as 256 Cores simultâneas Também suporta menos Cores ficando extremamente compacto Pode-se editar a LUT sem editar a área de Índices Se o original tiver até 256 Cores, o GIF representa de forma EXACTA o original Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 19 19 Imagem, LUT, concentração de energia Original, cores Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 20 20 10  10/11/2024 Imagem, LUT, concentração de energia Original -> P&B palete Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 21 21 Imagem, LUT, concentração de energia Original, P&B vamos carregar a palete Spectrum Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 22 22 11  10/11/2024 Imagem, LUT, concentração de energia Original, P&B palete Spectrum Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 23 23 Imagem, LUT, concentração de energia Original, P&B Spectrum palete Spectrum Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 24 24 12  10/11/2024 Imagem, LUT, concentração de energia Original, P&B Spectrum Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 25 25 Imagem, LUT, concentração de energia Original, cores Spectrum Onde está concentrada a energia? Zonas vermelhas indicam claramente maior radiação Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 26 26 13  10/11/2024 Imagem, planos de cor Classificação por planos de cor RGB para cor, A para canal Alpha / transparência para Compositing Em P&B também se pode ter canal Alpha Abordagens típicas Número de planos bpp 1 imagem P&B 8 2 P&B + plano Alpha (A) 16 3 imagem RGB 24 4 RGBA 32 Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 27 27 Imagem, Relação de Aspecto RA Relação de Aspecto RA, ou Aspect Ratio AR Exemplos 16:9 – 16 unidades na base por 9 unidades na altura, 1.7(7) 4:3 – 4 unidades na base por 3 unidades na altura, 1.3(3) Indica o formato da imagem, mais ou menos rectangular, ou quadrada Quociente entre X e Y, se o Pixel for quadrado Se o pixel não for quadrado há que entrar em conta com o RA do Pixel (RAp) Se uma imagem ocupar 4:3 mas for composta por 512x512 pixeis Implica obrigatoriamente que cada Pixel tem 4:3 de RAp Quando a memória RAM era muito cara esta era uma forma de poupar dinheiro Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 28 28 14  10/11/2024 Imagem, os Pixeis não nascem só quadrados RAt total RAi imagem RAp pixel RAt = RAi x RAp Se o Pixel for quadrado RAp = 1 Antes as aplicações só consideravam Pixeis quadrados: distorção Hoje Photoshop, Vegas, Premiere, …, suportam as diferentes geometrias Alguns tipos de ficheiros podem não suportar a descrição do RAp no cabeçalho Implicações da RA Conversões entre suportes Distorção do espaço imagem Perda de informação Perda de sincronismo espacial Exemplo: incrustação de cenários virtuais com imagens reais (arquitectura, tv, paisagismo, …) Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 29 29 Imagem, exemplos de RA à escala proporcional Exemplo de resoluções: 720x576: RA = 720 / 576 = 1.25 pixel quadrado 352x288: RA = 352 / 288 = 1.2(2) Para estes dois casos os valores só estão certos se e só se o pixel for quadrado Mas se para os dois casos a imagem final é suposta ser 4:3 = 1.3(3) Então a imagem tem que passar a ser 4:3 (TV SD Standard Definition) E para se obter 4:3 o pixel não pode ser quadrado, tem que “alargar” na base 720x576, MPEG-2 DVD compliant (ou o formato DV SD) RAp = 1.3(3) / 1.25 = 1.06(6) 352x288, MPEG-1 CD-I compliant RAp = 1.3(3) / 1.2(2) = 1.09(09) Relembrando: RAt = RAi x RAp Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 30 30 15  10/11/2024 Imagem, conversões de RA Exemplos: 4/3 16/9 16/9 4/3 Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 31 31 Imagem, RA e a vida real… Instituto de Engenharia Nacional contrata empresa de produção de vídeo para produzir um vídeo que publicite a EXCELÊNCIA da Engenharia do Instituto e da Engenharia Portuguesa A empresa produz o vídeo em RA 16:9 Para terminar o vídeo e mostrar a universalidade excelente da Engenharia Portuguesa e do Instituto, a empresa usa um vídeo de um globo terrestre a rodar em 3D O vídeo do globo terrestre a rodar em 3D tem RA em 4:3 A inserção do vídeo clip no vídeo produzido pela empresa é como segue… Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 32 32 16  10/11/2024 Imagem, RA e a vida real… RA original de 4:3 Forçar RA original de 4:3 para 16:9 provoca distorção Toda a gente sabe que o globo terrestre é um ovoide híper achatado… NOT Conclusão possível: a EXCELÊNCIA da Engenharia do Instituto e da Engenharia Portuguesa são uma … aberração?! Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 33 33 Imagem, conversões de RA hoje Pode argumentar-se que hoje em dia as conversões de RA não são problema porque os dispositivos são todos 16:9 É falso: há dispositivos diferentes de 16:9, por exemplo com 18.5:9 Exemplo: resolução de 1920x1080 pixels tem 16:9 RA; 2220x1080 pixels tem 18.5:9 RA O que acontece quando temos um PC ligado a um Projector Vídeo com RA diferentes? 18.5:9 16/9 16/9 18.5:9 Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 34 34 17  10/11/2024 Imagem, conversões de RA hoje Pode argumentar-se que hoje em dia as conversões de RA não são problema porque os dispositivos são todos 16:9 É falso: há dispositivos diferentes de 16:9, por exemplo com 18.5:9 Exemplo: resolução de 1920x1080 pixels tem 16:9 RA; 2220x1080 pixels tem 18.5:9 RA O que acontece quando temos um PC ligado a um Projector Vídeo com RA diferentes? 18.5:9 16/9 16/9 18.5:9 Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 35 35 Imagem, conversões de RA hoje – mais visível Pode argumentar-se que hoje em 16/9 18.5:9 Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 36 36 18  10/11/2024 Imagem, conversões de RA hoje – mais visível Pode argumentar-se que hoje em 18.5:9 16/9 Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 37 37 Imagem, codificação Todas as imagens digitais são codificadas Têm uma certa forma de organizar a informação internamente Podem ser Não comprimidas Comprimidas Sem perdas Com perdas Quanto estou disposto a perder? Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 38 38 19  10/11/2024 Imagem, codificação RAW, sem compressão: Cru O formato RAW nunca tem perdas Recupera sempre o original de forma exacta Cada fabricante implementa o seu RAW Pentax, Nikon, Canon, Sony, Panasonic, … Sem o leitor específico do fabricante não há forma de recuperar os dados Não há um formato RAW universal Pode ser guardado num formato específico Ou ser integrado num formato Encapsulador Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 39 39 Imagem, codificação Compressão sem perdas, recuperam original por processamento RLE, Run Length Encoding: contar quantos existem Óptimo para imagens de grandes áreas uniformes Péssimo se áreas forem fragmentadas, mesmo se com poucas cores, exemplo: Xadrez P&B puro de 1 pixel de dimensão a codificação explode e fica maior que RAW RLE adaptativo contar só depois de acima de threshold (de número de espécies iguais) GIF: se original ruído na recuperação, exemplos a seguir GIF com perdas por corte de cores se original > 256 cores Cores significativas distribuídas de forma inteligente podem disfarçar as perdas Ou então percebem-se bandas de cores explícitas Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 41 41 Imagem, formatos Formato nativo RGB, TGA (Targa, Truevision), BMP (MS), JPG, GIF, PNG (PNG's Not GIF) BMP pode ser RAW, LUT ou RLE TGA tipicamente tem RLE adaptativo Formato encapsulador TIFF, DNG (Adobe) PDF encapsula texto e imagem: especificar compressão Opções standard, “by default”, podem não ser suficientes para garantir qualidade Misconceptions típicos “JPEG é o melhor formato para comprimir”; é? “TIFF é o melhor formato para guardar com qualidade”; é? “DNG permite a maior compatibilidade”; será? Como regra JPEG óptimo para imagens fotográficas, mas não gráficas Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 42 42 21  10/11/2024 Imagem, exemplos Original compressão JPEG máxima Photoshop compressão JPEG máxima ACDSee Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 43 43 Exemplos, este original é Vectorial do PPTX Original, marcada a secção a ampliar no próximo slide: screenshot -> Photoshop -> Save as JPG (compressão max) No PDF as imagens podem apresentar artefactos não presentes no original, porquê? Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 44 44 22  10/11/2024 Exemplos, Secção anterior ampliada Compressão máxima no Photoshop, ruído na compressão: não fica igual ao original! No PDF as imagens podem apresentar artefactos não presentes no original, porquê? Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 45 45 Imagem, Exemplos Observações: Para reduzir perturbação na exposição pede-se que dúvidas e questões sejam anotadas para colocar no fim. Esta abordagem permite também responder de forma agregada a questões que, pela sua natureza, sejam semelhantes na forma e no conteúdo. Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 46 46 23  10/11/2024 Exemplos: a LUT é intermutável? Imagens originais LUT Imagens em LUT, diferentes de originais Converter RGB para LUT reduz para 256 cores máx., diferentes dos originais; a aplicação de dithering minimiza a percepção da perda de qualidade Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 47 47 Exemplos: a LUT é intermutável? Imagens originais LUT Imagens com LUT trocadas Trocámos as LUT. Manter os índices e trocar as LUT altera as imagens: temos os mesmos índices, mas a cor está nas LUT Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 48 48 24  10/11/2024 Exemplos: a LUT é intermutável? LUT imagem “deserto” Imagens originais LUT imagem “gato” Imagens com LUT trocadas Trocámos as LUT. Manter os índices e trocar as LUT altera as imagens: temos os mesmos índices, mas a cor está nas LUT Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 49 49 Exemplos: compressão JPG vs GIF RAW Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 50 50 25  10/11/2024 Exemplos: compressão JPG vs GIF RAW GIF e LUT Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 51 51 Exemplos: compressão JPG vs GIF RAW JPEG GIF e Artefactos de compressão, maximizada para LUT demonstração. O JPEG codifica no domínio da frequência: comprime tanto mais quanto mais se descartarem as frequências menos importantes, mantendo as frequências “principais”. Realizado de forma extrema, como é este exemplo gráfico sem carácter fotográfico, ocorrem artefactos: o que fica guardado não chega para recuperar o original ou uma aproximação do original Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 52 52 26  10/11/2024 Exemplos, compressão JPG vs GIF Podemos pensar que hotspots de etiquetas em texto, para interacção, podem ser tratadas como JPEG, vejamos um exemplo O texto “Obter mais informações” vai ser mostrado como GIF e JPEG, para ser usado numa página como hotspot para click GIF JPEG ampliado e comprimido para demo Qual tem aspecto profissional? Qual vai afastar clientes? Mesmo artefactos não tão visíveis induzem em “falta de qualidade” e potencialmente afastam utilizadores e/ou clientes Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 53 53 Compressão JPEG de imagens de carácter Gráfico Se imagem estiver numa dimensão muito pequena: disfarça artefactos Mas os problemas estão lá Num resize mínimo são logo visíveis Imagem exemplo, não manipulada em compressão, fonte: imagem parcial de um meme Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 54 54 27  10/11/2024 São evidentes os artefactos de compressão JPEG na imagem de carácter Gráfico Imagem ampliada para demonstração; fonte: imagem parcial de um meme Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 55 55 Exercícios, imagem P1: Suponha que tem uma placa gráfica em RGBA de 32 bpp ligada a um monitor TFT LCD, em RGB, onde cada canal consegue apenas suportar 6 bpp. Quantas cores suporta a placa? E o monitor? Que conclusões se podem tirar? P2: Calcular o espaço ocupado sem compressão por uma imagem RGB de 1024 x 768 a 24 bpp P3: Calcular o espaço ocupado sem compressão por uma imagem 1024 x 768 em LUT (buffer+LUT), indicando também números de bits por pixel e dimensão da LUT para 1. 256 cores simultâneas em 16 M possíveis 2. 256 cores simultâneas em 64 k possíveis 3. 64 k cores simultâneas em 16 M possíveis 4. 16 cores simultâneas em 256 possíveis P4: Calcular o espaço ocupado sem compressão por uma imagem RGBA de 1024 x 768 a 32 bpp P5: Num editor de imagem criar e gravar em disco uma imagem BMP RAW de 1024x768 com a) 24 bpp b) 32 bpp - Quantos Bytes ocupa cada ficheiro? Bytes usado são coerentes com teoria? Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 56 56 28  10/11/2024 Exercícios, Resolução Resolver os exercícios deve ser uma prática individual executada antes de ver a resolução Ver a resolução de forma directa sem tentar resolver dá uma falsa sensação de saber resolver Aconselha-se que tente resolver e, só depois de tentar, verificar então a resolução para confirmar o raciocínio ou para tirar dúvidas Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 57 57 Exercícios, resolução P1 P1: Suponha que tem uma placa gráfica em RGBA de 32 bpp ligada a um monitor TFT LCD, em RGB, onde cada canal consegue apenas suportar 6 bpp. Quantas cores suporta a placa? E o monitor? Que conclusões se podem tirar? RGBA Y X Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 58 58 29  10/11/2024 Exercícios, resolução P1 P1: Suponha que tem uma placa gráfica em RGBA de 32 bpp ligada a um monitor TFT LCD, em RGB, onde cada canal consegue apenas suportar 6 bpp. Quantas cores suporta a placa? E o monitor? Que conclusões se podem tirar? Com RGBA 32 bpp então suporta RGB 24 bpp: 2^4x2^10x2^10 = 16x1024x1024 = 16 M cores RGBA Y X Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 59 59 Exercícios, resolução P1 P1: Suponha que tem uma placa gráfica em RGBA de 32 bpp ligada a um monitor TFT LCD, em RGB, onde cada canal consegue apenas suportar 6 bpp. Quantas cores suporta a placa? E o monitor? Que conclusões se podem tirar? Com RGBA 32 bpp então suporta RGB 24 bpp: 2^4x2^10x2^10 = 16x1024x1024 = 16 M cores “cada canal 6 bpp”: RGB 3x6 bpp = RGB 18 bpp RGBA 2^8 x 2^10 = 256x1024 = 256 k cores Y X Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 60 60 30  10/11/2024 Exercícios, resolução P1 P1: Suponha que tem uma placa gráfica em RGBA de 32 bpp ligada a um monitor TFT LCD, em RGB, onde cada canal consegue apenas suportar 6 bpp. Quantas cores suporta a placa? E o monitor? Que conclusões se podem tirar? Com RGBA 32 bpp então suporta RGB 24 bpp: 2^4x2^10x2^10 = 16x1024x1024 = 16 M cores “cada canal 6 bpp”: RGB 3x6 bpp = RGB 18 bpp RGBA 2^8 x 2^10 = 256x1024 = 256 k cores Y A placa pode produzir 16 Mega cores mas o monitor reproduz apenas 256 k cores, só reproduz 1.56% das cores que a placa envie X Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 61 61 Exercícios, resolução P2 P2: Calcular o espaço ocupado sem compressão por uma imagem RGB de 1024 x 768 a 24 bpp. RGB Y X Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 62 62 31  10/11/2024 Exercícios, resolução P2 P2: Calcular o espaço ocupado sem compressão por uma imagem RGB de 1024 x 768 a 24 bpp. Resposta: X = 1024; Y = 768; pixel RGB a 24 bpp = 3 Bytes Sendo que k = 1024 então 768 x 1024 x 3 B = 768 x 3 kB, dividindo por 1024 dá = 2.25 MB RGB Y X Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 63 63 Exercícios, P3 P3: Calcular o espaço ocupado sem compressão por uma imagem de 1024 x 768 em LUT (buffer+LUT), indicando também números de bits por pixel e dimensão da LUT para 1. 256 cores simultâneas em 16 M possíveis. 2. 256 cores simultâneas em 64 k possíveis. 3. 64 k cores simultâneas em 16 M possíveis. 4. 16 cores simultâneas em 256 possíveis. Nos ecrãs seguintes apresenta-se passo a passo a solução para cada questão Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 64 64 32  10/11/2024 Exercícios, resolução P3.1 P3: Calcular o espaço ocupado sem compressão por uma imagem de 1024 x 768 em LUT (buffer+LUT), indicando também números de bits por pixel e dimensão da LUT para 1. 256 cores simultâneas em 16 M possíveis frame buffer R G B 1B 256 1B 1B 1B Y Para ecrã X Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 65 65 Exercícios, resolução P3.1 P3: Calcular o espaço ocupado sem compressão por uma imagem de 1024 x 768 em LUT (buffer+LUT), indicando também números de bits por pixel e dimensão da LUT para 1. 256 cores simultâneas em 16 M possíveis: 8 bits por posição no frame buffer dá 1 Byte para as 256 cores simultâneas; e 3 Bytes por cada posição da tabela para as 16 M possíveis; assim dá: 1024 x 768 do buffer + 256 x 3 = 768.75 kB frame buffer R G B 1B 256 1B 1B 1B Y Para ecrã X Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 66 66 33  10/11/2024 Exercícios, resolução P3.1, comparação P3: Calcular o espaço ocupado sem compressão por uma imagem de 1024 x 768 em LUT (buffer+LUT), indicando também números de bits por pixel e dimensão da LUT para 1. Comparando 768.75 kB com o exercício anterior de 2.25 MB, estamos a reduzir praticamente 2/3 do espaço ANTES DE COMPRESSÃO, e a imagem é IGUAL ao original se tiver 2^8 64x1024 níveis, 16 bpa => 2^6x2^10 Aplicações mais exigentes usam mais bpa. Exemplo em https://www.divilabs.com/2014/12/pulse-code-modulation-pcm-through-matlab.html Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 112 112 56  10/11/2024 Som, codificação digital Som digital conversores A/D (digitalização), D/A (reprodução) número de bits por amostra: bpa Frequência de amostragem: número de amostras por segundo frequências típicas / base: Telefone: 8000 Hz (ou 8 kHz) CD (Compact Disc): 44100 Hz (ou 44.1 kHz) DAT (Digital Audio Tape): 48000 Hz (ou 48 kHz) Submúltiplos, ½ e ¼ de 44100 Hz 11025 Hz, 22050 Hz Múltiplos, 2x, 4x, 8x das principais / base 16 kHz, 32 kHz, 64 kHz – 88.2 kHz – 96 kHz, 192 kHz Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 113 113 Som, codificação digital Som digital conversores A/D (digitalização), D/A (reprodução) número de bits por amostra: bpa Frequência de amostragem: número de amostras por segundo Amostrar a 8000 Hz: obtém-se 8 mil amostras num segundo, cada uma do tamanho dos bpa Se for 8 bpa  1 Byte por amostra: são 8 mil amostras/s  8 mil Bytes para ter 1 segundo Se for 16 bpa  2 Byte por amostra: são 8 mil amostras/s  16 mil Bytes para ter 1 segundo Critério de Nyquist É preciso amostrar ao dobro da frequência máxima que se pretende recuperar Se amostro a 8000 Hz só recupero até 4000 Hz Se amostro a 44100 Hz só recupero até 22050 Hz Se amostro a 48000 Hz só recupero até 24000Hz Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 114 114 57  10/11/2024 Som, codificação digital telefone CD DAT bits por amostra (bpa): 8 16 16 amostragem (kHz): 8 44.1 48 frequência máx. (kHz): 4 22.05 24 1 kHz = 10^3 = 1000 Hz Por razões financeiras e económicas a qualidade telefónica é apenas Mono enquanto CD e DAT são em Stereo Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 115 115 Exercícios, Som digital – parte 1, resolução P1. Quanto ocupa uma hora de som digital em Qualidade telefónica Qualidade CD-A (CD-Audio) Qualidade DAT (Digital Audio Tape) > P2: Um CD standard tem de capacidade 650 MB. Compare com a capacidade necessária do CD-A (CD-Audio) que armazena 74 minutos de música em qualidade CD-A > Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 116 116 58  10/11/2024 Exercícios, Som digital Exemplo em https://www.divilabs.com/2014/12/pulse-code-modulation-pcm-through-matlab.html P3: No exemplo visto na aula identifique graficamente as amostras onde ocorre maior erro de quantificação Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 117 117 Exercícios, Som digital P4: Viu-se que um CD-A tem capacidade para 74 minutos ocupando um total de 783216000 Bytes. Se em vez de 44.1 kHz, a frequência de amostragem usada fosse de qualidade DAT  48 kHz, para quanto tempo dava? Qual a relevância nos dias de hoje em que praticamente ninguém usa CD-A ou DAT? > P5: Algumas câmaras de vídeo permitem escolher a frequência de amostragem do som em PCM, por exemplo 44.1 kHz ou 22.05 kHz, mantendo os bpa. Qual o racional para escolher 22050 Hz em vez de 44100 Hz, e quais são as consequências? Há desvantagens? > Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 118 118 59  10/11/2024 Exercícios, Som digital P6: Suponha um ficheiro de som digital em formato de qualidade telefónica, o que acontece quando é passado para Qualidade CD-A Qualidade DAT Calcule a relação entre os diferentes formatos de qualidade > P7: Suponha um ficheiro de som digital com 96 kHz de frequência de amostragem, 16 bpa, stereo, o que acontece quando é passado para Qualidade telefónica Qualidade CD-A Qualidade DAT Calcule a relação entre os diferentes formatos de qualidade > Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 119 119 Exercícios, Som digital – parte 1 Resolução Resolver os exercícios deve ser uma prática individual executada antes de ver a resolução Ver a resolução de forma directa sem tentar resolver dá uma falsa sensação de saber resolver Aconselha-se que tente resolver e, só depois de tentar, verificar então a resolução para confirmar o raciocínio ou para tirar dúvidas Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 120 120 60  10/11/2024 P1 resolução, Exercícios, Som digital P1. Quanto ocupa uma hora de som digital em Qualidade telefónica Qualidade CD (Compact Disc) Qualidade DAT (Digital Audio Tape) Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 121 121 P1 resolução, Exercícios, Som digital P1. Quanto ocupa uma hora de som digital em Qualidade telefónica São 8 bpa a 8 kHz de amostragem 8000 amostras para 1 segundo Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 122 122 61  10/11/2024 Exercícios, Som digital P1. Quanto ocupa uma hora de som digital em Qualidade telefónica São 8 bpa a 8 kHz de amostragem 8000 amostras para 1 segundo Cada amostra são 8 bits que são 1 Byte 1 Segundo são 8000 Bytes Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 123 123 Exercícios, Som digital P1. Quanto ocupa uma hora de som digital em Qualidade telefónica São 8 bpa a 8 kHz de amostragem 8000 amostras para 1 segundo Cada amostra são 8 bits que são 1 Byte 1 Segundo são 8000 Bytes 1 hora são 3600 segundos Total de Bytes 3600 x 8000 B = 28800000 B Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 124 124 62  10/11/2024 Exercícios, Som digital P1. Quanto ocupa uma hora de som digital em Qualidade telefónica São 8 bpa a 8 kHz de amostragem 8000 amostras para 1 segundo Cada amostra são 8 bits que são 1 Byte 1 Segundo são 8000 Bytes 1 hora são 3600 segundos Total de Bytes 3600 x 8000 B = 28800000 B Dividir por 1024 dá kB: 28125 kB Dividir por 1024 dá MB: ~27.47 MB Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 125 125 Exercícios, Som digital P1. Quanto ocupa uma hora de som digital em Qualidade CD Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 126 126 63  10/11/2024 Exercícios, Som digital P1. Quanto ocupa uma hora de som digital em Qualidade CD São 16 bpa a 44100 Hz de amostragem 44100 amostras para 1 segundo Cada amostra são 16 bits que são 2 Bytes Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 127 127 Exercícios, Som digital P1. Quanto ocupa uma hora de som digital em Qualidade CD São 16 bpa a 44100 Hz de amostragem 44100 amostras para 1 segundo Cada amostra são 16 bits que são 2 Bytes 1 Segundo são 2 x 44100 = 88200 Bytes? Isto “é só para uma orelha” (João dixit) Qualidade CD é Stereo! Canais independentes! Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 128 128 64  10/11/2024 Exercícios, Som digital P1. Quanto ocupa uma hora de som digital em Qualidade CD São 16 bpa a 44100 Hz de amostragem 44100 amostras para 1 segundo Cada amostra são 16 bits que são 2 Bytes 1 Segundo são 2 x 44100 = 88200 Bytes? Isto “é só para uma orelha” (João dixit) Qualidade CD é Stereo! Canais independentes! Para os dois canais temos: 2 x 2 x 44100 = 176400 Bytes por cada Segundo Para 1 Hora teremos 3600 x 176400 = 635040000 B São 620156,25 kB = ~605,62 MB Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 129 129 Exercícios, Som digital P1. Quanto ocupa uma hora de som digital em Qualidade DAT (Digital Audio Tape) Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 130 130 65  10/11/2024 Exercícios, Som digital P1. Quanto ocupa uma hora de som digital em Qualidade DAT (Digital Audio Tape) São 16 bpa a 48 kHz (ie 48000 Hz) de amostragem Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 131 131 Exercícios, Som digital P1. Quanto ocupa uma hora de som digital em Qualidade DAT São 16 bpa a 48000 Hz de amostragem 48000 amostras para 1 segundo Cada amostra são 16 bits que são 2 Bytes 1 Segundo são 2 x 48000 = 96000 Bytes? Isto é se fosse mono Qualidade DAT é Stereo Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 132 132 66  10/11/2024 Exercícios, Som digital P1. Quanto ocupa uma hora de som digital em Qualidade DAT São 16 bpa a 48000 Hz de amostragem 48000 amostras para 1 segundo Cada amostra são 16 bits que são 2 Bytes 1 Segundo são 2 x 48000 = 96000 Bytes? Isto é se fosse mono Qualidade DAT é Stereo Para os dois canais temos: 2 x 2 x 48000 = 192000 Bytes por cada Segundo Para 1 Hora teremos 3600 x 192000 = 691200000 B São 675000 kB = ~659,18 MB Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 133 133 Exercícios, Som digital P1. Quanto ocupa uma hora de som digital em Qualidade telefónica: ~27.47 MB Qualidade CD-A: ~605.62 MB Qualidade DAT: ~659.18 MB Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 134 134 67  10/11/2024 P2 resolução - Exercícios, Som digital P2: Um CD standard tem de capacidade 650 MB. Compare com a capacidade necessária do CD-A (CD Áudio) que armazena 74 minutos de música em qualidade CD Áudio Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 135 135 P2. resolução - Exercícios, Som digital P2: Um CD standard tem de capacidade 650 MB. Compare com a capacidade necessária do CD-A (CD Áudio) que armazena 74 minutos de música em qualidade CD Áudio 74 minutos são 60 x 74 s = 4440 s Qualidade CD são 2 x 2 x 44100 Bytes para 1 s Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 136 136 68  10/11/2024 Exercícios, Som digital P2: Um CD standard tem de capacidade 650 MB. Compare com a capacidade necessária do CD-A (CD Áudio) que armazena 74 minutos de música em qualidade CD Áudio 74 minutos são 60 x 74 s = 4440 s Qualidade CD são 2 x 2 x 44100 Bytes para 1 s Total: 4440 x 2 x 2 x 44100 = 783216000 B = 764859.375 kB = 746.93 MB Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 137 137 Exercícios, Som digital P2: Um CD standard tem de capacidade 650 MB. Compare com a capacidade necessária do CD-A (CD Áudio) que armazena 74 minutos de música em qualidade CD Áudio 74 minutos são 60 x 74 s = 4440 s Qualidade CD são 2 x 2 x 44100 Bytes para 1 s Total: 4440 x 2 x 2 x 44100 = 783216000 B = 764859.375 kB = 746.93 MB Como é que se compara com um CD standard que se diz que tem 650 MB? Um CD-A é um formato especificamente para Áudio: a estrutura é fixa Um CD-ROM é especificado para ter estruturas de dados variáveis É preciso alocar espaço extra para Tabelas de Indexação: isto rouba espaço de dados Pode dizer-se que um CD-ROM “rouba” aproximadamente 97 MB para indexação Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 138 138 69  10/11/2024 Exercícios, Som digital Exemplo em https://www.divilabs.com/2014/12/pulse-code-modulation-pcm-through-matlab.html P3: No exemplo visto na aula identifique graficamente as amostras onde ocorre maior erro de quantificação Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 139 139 Exercícios, Som digital Exemplo em https://www.divilabs.com/2014/12/pulse-code-modulation-pcm-through-matlab.html P3: No exemplo visto na aula identifique graficamente as amostras onde ocorre maior erro de quantificação Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 140 140 70  10/11/2024 Exercícios, Som digital Exemplo em https://www.divilabs.com/2014/12/pulse-code-modulation-pcm-through-matlab.html P3: No exemplo visto na aula identifique graficamente as amostras onde ocorre maior erro de quantificação Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 141 141 Exercícios, Som digital Exemplo em https://www.divilabs.com/2014/12/pulse-code-modulation-pcm-through-matlab.html P3: No exemplo visto na aula identifique graficamente as amostras onde ocorre maior erro de quantificação Mesmo numa onda regular como uma sinusoide, os erros de quantificação não são necessariamente simétricos Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 142 142 71  10/11/2024 Exercícios, Som digital Exemplo em https://www.divilabs.com/2014/12/pulse-code-modulation-pcm-through-matlab.html P3: No exemplo visto na aula identifique graficamente as amostras onde ocorre maior erro de quantificação A frequência de amostragem não tem que ser múltipla do sinal amostrado Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 143 143 P4 resolução - Exercícios, Som digital P4: Viu-se que um CD-A tem capacidade para 74 minutos ocupando um total de 783216000 Bytes. Se em vez de 44.1 kHz, a frequência de amostragem usada fosse de qualidade DAT  48 kHz, para quanto tempo dava? Qual a relevância nos dias de hoje em que praticamente ninguém usa CD-A ou DAT? Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 144 144 72  10/11/2024 Exercícios, Som digital P4: Viu-se que um CD-A tem capacidade para 74 minutos ocupando um total de 783216000 Bytes. Se em vez de 44.1 kHz, a frequência de amostragem usada fosse de qualidade DAT  48 kHz, para quanto tempo dava? Qual a relevância nos dias de hoje em que praticamente ninguém usa CD-A ou DAT? Mudando de 44.1 kHz para 48 kHz, mantendo os restantes parâmetros, temos que os cálculos são o inverso dos anteriores Espera-se que dê para armazenar menos tempo Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 145 145 Exercícios, Som digital P4: Viu-se que um CD-A tem capacidade para 74 minutos ocupando um total de 783216000 Bytes. Se em vez de 44.1 kHz, a frequência de amostragem usada fosse de qualidade DAT  48 kHz, para quanto tempo dava? Qual a relevância nos dias de hoje em que praticamente ninguém usa CD-A ou DAT? Mudando de 44.1 kHz para 48 kHz, mantendo os restantes parâmetros, temos que os cálculos são o inverso dos anteriores, atendendo a que 1 s são 2 x 2 x 48000 = 192000 Bytes Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 146 146 73  10/11/2024 Exercícios, Som digital P4: Viu-se que um CD-A tem capacidade para 74 minutos ocupando um total de 783216000 Bytes. Se em vez de 44.1 kHz, a frequência de amostragem usada fosse de qualidade DAT  48 kHz, para quanto tempo dava? Qual a relevância nos dias de hoje em que praticamente ninguém usa CD-A ou DAT? Mudando de 44.1 kHz para 48 kHz, mantendo os restantes parâmetros, temos que os cálculos são o inverso dos anteriores, atendendo a que 1 s são 2 x 2 x 48000 = 192000 Bytes Os 783216000 Bytes darão para 783216000/192000 = 4079.25 s 4079.25 s são ~67.99 minutos, perdem-se ~6 minutos face a amostrar a 44100 Hz Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 147 147 Exercícios, Som digital P4: Viu-se que um CD-A tem capacidade para 74 minutos ocupando um total de 783216000 Bytes. Se em vez de 44.1 kHz, a frequência de amostragem usada fosse de qualidade DAT  48 kHz, para quanto tempo dava? Qual a relevância nos dias de hoje em que praticamente ninguém usa CD-A ou DAT? Os 6 minutos que se perdem permitem ganhar na qualidade de reprodução do áudio, e veremos proximamente a razão principal e as diferenças entre amostrar a 44.1 kHz ou a 48 kHz; razão que também justifica que em certas aplicações se tenha que optar por 96 kHz ou 192 kHz de frequência de amostragem Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 148 148 74  10/11/2024 Exercícios, Som digital P4: Viu-se que um CD-A tem capacidade para 74 minutos ocupando um total de 783216000 Bytes. Se em vez de 44.1 kHz, a frequência de amostragem usada fosse de qualidade DAT  48 kHz, para quanto tempo dava? Qual a relevância nos dias de hoje em que praticamente ninguém usa CD-A ou DAT? O que têm o CD-A e o DAT de relevantes hoje? O presente não existe de forma espontânea sem um percurso progressivo no passado A frequência de amostragem do áudio na maioria dos vídeos de hoje fixou-se nos 48 kHz, frequência de amostragem que nasceu no DAT Os ficheiros MP3 de hoje nasceram do CD-A e do MPEG, tendo no seu core estes tópicos, temas que abordaremos em próximas aulas Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 149 149 P5 resolução - Exercícios, Som digital P5: Algumas câmaras de vídeo permitem escolher a frequência de amostragem do som em PCM, por exemplo 44.1 kHz ou 22.05 kHz, mantendo os bpa. Qual o racional para escolher 22050 Hz em vez de 44100 Hz, e quais são as consequências? Há desvantagens? Resolução Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 150 150 75  10/11/2024 Exercícios, Som digital P5: Algumas câmaras de vídeo permitem escolher a frequência de amostragem do som em PCM, por exemplo 44.1 kHz ou 22.05 kHz, mantendo os bpa. Qual o racional para escolher 22050 Hz em vez de 44100 Hz, e quais são as consequências? Há desvantagens? Resolução Escolher 22.05 kHz em vez de 44.1 kHz, mantendo os bpa, reduz para metade o espaço da gravação PCM; o espaço libertado pode servir para mais vídeo Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 151 151 Exercícios, Som digital P5: Algumas câmaras de vídeo permitem escolher a frequência de amostragem do som em PCM, por exemplo 44.1 kHz ou 22.05 kHz, mantendo os bpa. Qual o racional para escolher 22050 Hz em vez de 44100 Hz, e quais são as consequências? Há desvantagens? Resolução Escolher 22.05 kHz em vez de 44.1 kHz, mantendo os bpa, reduz para metade o espaço da gravação PCM; o espaço libertado pode servir para mais vídeo Gravar PCM amostrando a 22.05 kHz implica, pelo critério de Nyquist, que só reproduz depois até 11025 Hz: pode não chegar para ter qualidade musical, por exemplo; mas é suficiente se a gravação só tiver narrativa com voz; em próximas aulas analisamos o porquê exacto e exemplos de qualidade Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 152 152 76  10/11/2024 P6 resolução - Exercício de áudio digital P6: Suponha um ficheiro de som digital em formato de qualidade telefónica, o que acontece quando é passado para Qualidade CD-A Qualidade DAT Calcule a relação entre os diferentes formatos de qualidade Resolução Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 153 153 P6 resolução - Exercício de áudio digital P6: Suponha um ficheiro de som digital em formato de qualidade telefónica, o que acontece quando é passado para Qualidade CD-A Qualidade DAT Calcule a relação entre os diferentes formatos de qualidade Resolução Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 154 154 77  10/11/2024 P7 resolução - Exercício de áudio digital P7: Suponha um ficheiro de som digital com 96 kHz de frequência de amostragem, 16 bpa, stereo, o que acontece quando é passado para Qualidade telefónica Qualidade CD-A Qualidade DAT Calcule a relação entre os diferentes formatos de qualidade Resolução Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 155 155 P7 resolução - Exercício de áudio digital P7: Suponha um ficheiro de som digital com 96 kHz de frequência de amostragem, 16 bpa, stereo, o que acontece quando é passado para Qualidade telefónica Qualidade CD-A Qualidade DAT Calcule a relação entre os diferentes formatos de qualidade Resolução Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 156 156 78  10/11/2024 Áudio, parte 2 - Tópicos Implicações da aplicação do critério de Nyquist sem atender ao timbre dos sons Exemplo áudio Exemplo gráfico Codificação e Compressão: PCM, DPCM, ADPCM Estratégias para reduzir débito binário do áudio digital Áudio e qualidade em discos de vinil, CD-A, Laser Turntable e Super Audio CD (SACD) Observações: Para reduzir perturbação na exposição pede-se que dúvidas e questões sejam anotadas para colocar no fim. Esta abordagem permite também responder de forma agregada a questões que, pela sua natureza, sejam semelhantes na forma e no conteúdo. Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 157 157 Áudio, codificação digital telefone CD DAT bits por amostra (bpa): 8 16 16 amostragem (kHz): 8 44.1 48 frequência máx. (kHz): 4 22.05 24 canais mono stereo stereo Se o ouvido humano só capta até 16 kHz (valor teórico) Porque é que o CD e o DAT podem reproduzir até 22,05 e 24 kHz, respectivamente? Há diferença entre amostrar a 44.1 ou a 48 kHz? Porque é que há sistemas que amostram a 96 kHz e a 192 kHz? E nalguns casos a maiores frequências? Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 158 158 79  10/11/2024 Áudio Sinusoide é um som “puro” não apresenta timbre ou “assinatura” Exemplo frequência constante amplitude constante duração: 1 segundo O áudio raramente são frequências e amplitudes constantes Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 159 159 Áudio, exemplos, lá-mi-ré Lá do “Lá-mi-ré” (instrumento) frequência base constante amplitude em crescendo timbre mais perceptível no tempo Destacado um período, repete-se ciclicamente e dá a frequência principal, as variações de forma na amplitude representam o timbre Parte inicial mostra que o timbre começa a ser visível com o aumento da intensidade do sinal; no início o sinal parece uma sinusoide com pequenas perturbações Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 160 160 80  10/11/2024 Áudio, qualidade de reprodução Frequência de amostragem Mais alta Mais baixa ficheiro maior ficheiro mais pequeno maior largura de banda menor largura de banda maior qualidade de som menor qualidade de som “Poema de Bancada”, extracto de “Taco a Taco”, Amélia Muge Amostragem, bpa 44.1 kHz, 16 bpa 8 kHz, 8 bpa espaço em disco ~2.7 MB 125 kB nítido baço, com má qualidade Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 161 161 Áudio, qualidade (cont. 1/7) 16 bpa 44100 Hz 22050 Hz 8000 Hz Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 162 162 81  10/11/2024 Áudio, qualidade (cont. 2/7) 16 bpa 44100 Hz Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 163 163 Áudio, qualidade (cont. 3/7) 16 bpa 44100 Hz 22050 Hz Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 164 164 82  10/11/2024 Áudio, qualidade (cont. 4/7) 16 bpa 44100 Hz 22050 Hz Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 165 165 Áudio, qualidade (cont. 5/7) 16 bpa 44100 Hz Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 166 166 83  10/11/2024 Áudio, qualidade (cont. 6/7) 16 bpa 44100 Hz 8000 Hz Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 167 167 Áudio, qualidade (cont. 7/7) 16 bpa 44100 Hz 8000 Hz Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 168 168 84  10/11/2024 Áudio, PCM Sistema de codificação binário Utilizado para codificar qualquer sinal Resultado é sequência de valores codificados Embora a mais comum não é a mais eficiente Formato com débito binário elevado Não comprime os dados, nesse sentido é RAW Formato de referência para outros métodos PCM não optimiza Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 169 169 Áudio, PCM Qual é uma das características dos sinais de áudio? A diferença entre uma amostra e a seguinte são diametralmente opostas? Ou há alguma forma de correlação “bem comportada”? No sentido em que a amostra seguinte será tão mais próxima da anterior Quanto maior a frequência de amostragem Quanto mais níveis de quantificação tivermos Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 170 170 85  10/11/2024 Áudio, PCM Onde é que podemos identificar amostras que são Muito próximas ou iguais à anterior? Porque é que cada uma dessas amostras tem que ter o full range dos bpa? Não é possível evitar tanto espaço ocupado? Se encontrarmos um método de reduzir o “full range”, é aplicável a todas as amostras na sequência? Amostras consecutivas, as diferenças são pequenas: sinal áudio é “bem comportado” Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 171 171 Áudio, abordagem diferencial Codificação Diferencial Codificar a diferença entre valor da amostra e uma predição desse valor Diferenças assumem valores mais baixos Permite usar menos bits para codificação Adequada a sinais com amostras sequenciais que não diferem muito entre si Ex.: CD-DA, DAT Quanto maior a frequência de amostragem os níveis de quantificação mais semelhantes são as amostras sucessivas Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 172 172 86  10/11/2024 Áudio, Codificação Diferencial DPCM, não tem perdas Variante do PCM em que se codificam diferenças Função de predição não varia no tempo Ex. simples: usar a amostra anterior como predição O que vai ser codificado é a diferença entre a amostra anterior e a seguinte ADPCM, tem perdas Adaptive Differential Pulse Code Modulation Não usa função de predição constante no tempo Função de estimação depende do sinal amostrado Usado (variante IMA) no formato Wave do MS Windows (IMA, International Multimedia Association) Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 173 173 Áudio, estratégias para reduzir débito binário PCM: RAW, ocupa muito espaço / largura de banda; Como reduzir? É necessário Stereo? Se não: poupa metade Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 174 174 87  10/11/2024 Áudio, estratégias para reduzir débito binário PCM: RAW, ocupa muito espaço / largura de banda; Como reduzir? É necessário Stereo? Se não: poupa metade É necessário a qualidade de amostragem do original? Se não: poupa tanto quanto a redução da frequência de amostragem permitir Exemplo: locução pode ser amostrada a 22050 Hz por permitir reproduzir até 11025 Hz Porque é que não há excessivas perdas de qualidade? Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 175 175 Áudio, estratégias para reduzir débito binário PCM: RAW, ocupa muito espaço / largura de banda; Como reduzir? É necessário Stereo? Se não: poupa metade É necessário a qualidade de amostragem do original? Se não: poupa tanto quanto a redução da frequência de amostragem permitir Exemplo: locução pode ser amostrada a 22050 Hz por permitir reproduzir até 11025 Hz Porque é que não há excessivas perdas de qualidade? Porque 80% da info < 4 kHz É necessário recuperar exactamente o original? Ou são admissíveis perdas? Se não: ADPCM ou MP3 ou o que o media aceitar como compressão com perdas Qualquer formato com perdas deve ser só formato de destino e não de Editing Deve-se realizar testes prévios para a aplicação em causa Filtros ou alguma forma de manipulação / processamento pode resultar em artefactos Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 176 176 88  10/11/2024 Áudio, estratégias para reduzir débito binário PCM: RAW, ocupa muito espaço / largura de banda; Como reduzir? É necessário Stereo? Se não: poupa metade É necessário a qualidade de amostragem do original? Se não: poupa tanto quanto a redução da frequência de amostragem permitir Exemplo: locução pode ser amostrada a 22050 Hz por permitir reproduzir até 11025 Hz Porque é que não há excessivas perdas de qualidade? Porque 80% da info < 4 kHz É necessário recuperar exactamente o original? Ou são admissíveis perdas? Se não: ADPCM ou MP3 ou o que o media aceitar como compressão com perdas Qualquer formato com perdas deve ser só formato de destino e não de Editing Deve-se realizar testes prévios para a aplicação em causa Filtros ou alguma forma de manipulação / processamento pode resultar em artefactos bpa: só e só se a aplicação final permitir, de 16 bpa para 8 bpa ruído aumenta Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 177 177 Áudio, outras considerações É verdade que o CD-A é pior que os discos de Vinil? O CD Áudio ao amostrar a 44100 Hz corta as frequências acima de 22050 Hz A 2ª harmónica de um som de 12 kHz é 2 * 12 = 24 kHz: já é eliminada Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 178 178 89  10/11/2024 Áudio, outras considerações É verdade que o CD-A é pior que os discos de Vinil? O CD Áudio ao amostrar a 44100 Hz corta as frequências acima de 22050 Hz A 2ª harmonica de um som de 12 kHz é 2 * 12 = 24 kHz: já é eliminada A qualidade dos sons agudos na componente do seu Timbre fica comprometida Mesmo invocando “só ouvimos até 16 kHz”: sinusoides de teste não são música Os sinais musicais incluem timbre: diferentes pessoas têm diferentes sensibilidades A maioria das pessoas normais pode achar que não nota Mas há pessoas normais para quem o CD-A tem uma “evidente pior qualidade” Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 179 179 Áudio, outras considerações É verdade que o CD-A é pior que os discos de Vinil? O CD Áudio ao amostrar a 44100 Hz corta as frequências acima de 22050 Hz A 1ª harmonica de um som de 12 kHz é 2 * 12 = 24 kHz: já é eliminada A qualidade dos sons agudos na componente do seu Timbre fica comprometida Mesmo invocando “só ouvimos até 16 kHz”: sinusoides de teste não são música Os sinais musicais incluem timbre: diferentes pessoas têm diferentes sensibilidades A maioria das pessoas normais pode achar que não nota Mas há pessoas normais para quem o CD-A tem uma “evidente pior qualidade” Os melómanos = quem tem paixão por música, consideraram a invenção do CD-A um “desastre” Por esta razão a edição em vinil de música clássica não morreu Testes cegos entre Vinil e CD-A mostram que CD-A é pior Testes cegos entre Vinil e Super Áudio CD não permitem diferenciar O Super Áudio CD atinge largura de banda de até 50 kHz (nalguns casos vai a 70-90 kHz) Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 180 180 90  10/11/2024 Áudio, harmónicas Um violino pode ter harmónicas até H10, 10x f base, e a H6, 6xf, com peso ainda considerável: 10 kHz -> 60 kHz Exemplo em https://meettechniek.info/additional/additive-synthesis.html Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 181 181 Áudio, harmónicas Um violino pode ter harmónicas até H10, 10x f base, e a H6, 6xf, com peso ainda considerável: 10 kHz -> 60 kHz A mesma peça em CD-A ou SACD, no mesmo amplificador e colunas, uma pessoa normal nota grandes melhorias e que o SACD parece estarmos na sala de concertos Exemplo em https://meettechniek.info/additional/additive-synthesis.html Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 182 182 91  10/11/2024 Áudio, harmónicas Um violino pode ter harmónicas até H10, 10x f base, e a H6, 6xf, com peso ainda considerável: 10 kHz -> 60 kHz A mesma peça em CD-A ou SACD, no mesmo amplificador e colunas, uma pessoa normal nota grandes melhorias e que o SACD parece estarmos na sala de concertos O custo do SACD, o streaming e a pirataria fizeram do SACD face ao CDA o que o Vinil foi para o CDA: uma área de nicho, existe mas não é main stream, sem edição em quantidade o custo do SACD manteve-se alto O custo inicial dos primeiros álbuns em CDA era exurbitantemente elevado, só a quantidade fez baixar drasticamente os preços praticados Exemplo em https://meettechniek.info/additional/additive-synthesis.html Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 183 183 Áudio, harmónicas Um violino pode ter harmónicas até H10, 10x f base, e a H6, 6xf, com peso ainda considerável: 10 kHz -> 60 kHz A mesma peça em CD-A ou SACD, no mesmo amplificador e colunas, uma pessoa normal nota grandes melhorias e que o SACD parece estarmos na sala de concertos O custo do SACD, o streaming e a pirataria fizeram do SACD face ao CD-A o que o Vinil foi para o CD-A: uma área de nicho, existe mas não é main stream, sem edição em quantidade o custo do SACD manteve-se alto O custo inicial dos primeiros álbuns em CD-A era exurbitantemente elevado, só a quantidade fez baixar drasticamente os preços praticados As colecções de discos Vinil hoje recuperam o espaço que tiveram com os players a Laser, um exemplo (sem publicidade) é o LT Laser Turntable: sem digitalização, sem contacto físico, sem desgaste, o laser lê dos sulcos do vinil onde as agulhas nunca chegaram / desgastaram Exemplo em https://meettechniek.info/additional/additive-synthesis.html Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 184 184 92  10/11/2024 Exercícios, Som digital – parte 2 Som digital – parte 2 Resolver os exercícios deve ser uma prática individual executada antes de ver a resolução Ver a resolução de forma directa sem tentar resolver dá uma falsa sensação de saber resolver Aconselha-se que tente resolver e, só depois de tentar, verificar então a resolução para confirmar o raciocínio ou para tirar dúvidas Nenhuma parte das aulas pode ser gravada 185 185 Exercícios, Som digital – parte 2, resolução Ap2.1 O que acontece quando passamos som digital gravado num dado formato de qualidade para outro formato a) Quando se passa de qualidade telefónica para qualidade CD-A a) em termos de qualidade b) em termos de % (ou x) de variação de tamanhos finais b) Quando se passa de qualidade CD-A para qualidade telefónica a) em termos de qualidade b) em termos de % (ou x) de variação de tamanhos finais Ap