2. CONVERSION DIGITAL ANALOGA
3. COMPARACION
Una seal analgica es aquella cuya amplitud (tpicamente tensin de
una seal que proviene de un transductor y amplificador) puede tomar
en principio cualquier valor, esto es, su nivel en cualquier
muestra no est limitado a un conjunto finito de niveles
predefinidos como es el caso de las seales cuantificadas.
En cambio, una seal digital es aquella cuyas dimensiones (tiempo y
amplitud) no son continuas sino discretas, lo que significa que la
seal necesariamente ha de tomar unos determinados valores fijos
predeterminados en momentos tambin discretos.
4. CUANTIFICACIN Y CODIFICACIN
5. CUANTIFICACION
6. La cuantificacin es un proceso que consiste en asignar valores
binarios de una determinada cantidad de bits, a cada uno de los
valores de tensin en amplitud muestreados.
La cuantificacin convierte la muestra analgica a un numero
binario.
7. Consiste en representar la seal muestreada X(nT) mediante una
serie finita de amplitud , asignndole a cada muestra el valor mas
prximo a ella, dentro de una escala de valores fijos y
conocidos.
Denominando X(nT) al valor de la muestra y a Xq(nT) al valor
cuantificado de la seal
8. 9. X(nT) Xq(nT)
Q
10. En el caso de la seal de video generalmente es de 256 que es
representada con una secuencia de 8 bits
Esto se logra pasando la seal muestreada a travs de divisores de
voltaje, los cuales son la misma cantidad de los niveles de
muestreo (256)
11. Seal
Voltaje
referencia
comparadores
En la figura podemos observar el proceso electrnico de
cuantificacin de la seal muestreada
12. Cuantificacin a 3 bits por muestra
Cuanto mayor es la cantidad de bits por muestra, mas son los pasos
de cuantificacin y por ende mayor es la resolucin o definicin de la
imagen y una mejor seal ruido (S/N).
13. Niveles de cuantificacin para la seal de luminancia para 8 y 10
bits por muestra de resolucin.
14. Niveles de cualificacin y valores binarios asignados para 8
bits
15. Niveles de cuantificacin para 8 bits para las seales Cr y
Cb
16. ERROR DE CUANTIFICACION
Bsicamente, la cuantificacin lo que hace es convertir una sucesin
de muestras de amplitud continua en una sucesin de valores
discretos preestablecidos segn el cdigo utilizado.
Durante el proceso de cuantificacin se mide el nivel de tensin de
cada una de las muestras, obtenidas en el proceso de muestreo, y se
les atribuye un valor finito (discreto) de amplitud, seleccionado
por aproximacin dentro de un margen de niveles previamente
fijado.
Los valores preestablecidos para ajustar la cuantificacin se eligen
en funcin de la propia resolucin que utilice el cdigo empleado
durante la codificacin. Si el nivel obtenido no coincide
exactamente con ninguno, se toma como valor el inferior ms
prximo.
En este momento, la seal analgica (que puede tomar cualquier valor)
se convierte en una seal digital, ya que los valores que estn
preestablecidos, son finitos. No obstante, todava no se traduce al
sistema binario. La seal ha quedado representada por un valor
finito que durante la codificacin (siguiente proceso de la
conversin analgico digital) ser cuando se transforme en una sucesin
de ceros y unos.
As pues, la seal digital que resulta tras la cuantificacin es
diferente a la seal elctrica analgica que la origin, algo que se
conoce como Error de cuantificacin. El error de cuantificacin se
interpreta como un ruido aadido a la seal tras el proceso de
decodificacin digital. Si este ruido de cuantificacin se mantiene
por debajo del ruido analgico de la seal a cuantificar (que siempre
existe), la cuantificacin no tendr ninguna consecuencia sobre la
seal de inters.
17. Tipos de cuantificacin
Para minimizar los efectos negativos del error de cuantificacin, se
utilizan las distintas tcnicas de cuantificacin que a continuacin
se describen:
18. Cuantificacin uniforme
En los cuantificadores uniformes (o lineales) la distancia entre
los niveles de reconstruccin es siempre la misma. No hacen ninguna
suposicin acerca de la naturaleza de la seal a cuantificar, de ah
que no proporcionen los mejores resultados. Sin embargo, tienen
como ventaja que son los ms fciles y menos costosos de
implementar.
19. La cuantificacin no uniforme o no lineal se aplica cuando se
procesan seales no homogneas que se sabe que van a ser ms sensibles
en una determinada banda concreta de frecuencias.Se estudia la
propia entropa de la seal analgica y se asignan niveles de
cuantificacin de manera no uniforme (bit rate variable), de tal
modo que se asigne un mayor nmero de niveles para aquellos mrgenes
en que la amplitud de la tensin cambia ms rpidamente.En este caso,
lo que se hace es estudiar la propia entropa de la seal y asignar
niveles de cuantificacin de manera no uniforme (utilizando un bit
rate variable), de tal modo que se asigne un mayor nmero de niveles
para aquellos mrgenes en que la amplitud cambia ms rpidamente
(contienen mayor densidad de informacin).Cuando durante la
digitalizacin se ha usado una cuantificacin no uniforme, se debe
utilizar el mismo circuito no lineal durante la decodificacin, para
poder recomponer la seal de forma correcta.
20. Cuantificacin logartmica
La cuantificacin logartmica o escalar es un tipo de cuantificacin
digital en el que se utiliza una tasa de datos constante, pero se
diferencia de la cuantificacin uniforme en que como paso previo a
la cuantificacin se hace pasar la seal por un compresor
logartmico.
Se hace pasar la seal por un compresor logartmico antes de la
cuantificacin. Como en la seal resultante la amplitud del voltaje
sufre variaciones menos abruptas, la posibilidad de que se produzca
un ruido de cuantificacin grande disminuye. Antes de reproducir la
seal digital, sta tendr que pasar por un expansor.
En esta cuantificacin tendremos pequeos pasos de cuantificacin para
los valores pequeos de amplitud y pasos de cuantificacin grandes
para los valores grandes de amplitud, lo que proporciona mayor
resolucin en seales dbiles al compararse con una cuantifificacin
uniforme de igual bit rate, pero menor resolucin en seales de gran
amplitud.
A la salida del sistema, la seal digital ha de pasar por un
expansor, que realiza la funcin inversa al compresor logartmico. El
procedimiento conjunto de compresin y expansin se denomina
companding.
Los algoritmos Ley Mu y Ley A sirven como ejemplo de
cuantificadores logartmicos.
21. Cuantificacin vectorial
La cuantificacin vectorial, un tipo de cuantificacin digital, en el
proceso puede ser idntico a la cuantificacin uniforme (utiliza un
bit rate constante) o no constante (utiliza un bit rate variable).
La particularidad radica, en que, en lugar de cuantificar las
muestras retenidas individualmente, se cuantifican por bloques de
muestras. Con ello, se logra una cuantificacin ms eficaz.
En lugar de cuantificar las muestras obtenidas individualmente, se
cuantifica por bloques de muestras.
Cada bloque de muestras ser tratado como si se tratara de un
vector; de ah el nombre de esta tipologa.
La cuantificacin vectorial es la ms eficiente de todas las
modalidades de cuantificacin en lo referente al error de
cuantificacin. No obstante, est ms predispuesta a verse afectada
por errores de transmisin. Otro inconveniente, es que los procesos
informticos para lograr esta codificacin resultan muy
complejos.
22. CODIFICACION
23. Despus de realizada la cuantizacin, los valores de las tomas de
voltajes se representan numricamente por medio de cdigos y
estndares previamente establecidos. Lo ms comn es codificar la seal
digital en cdigo numrico binario.
La codificacin permite asignarle valores numricos binarios
equivalentes a los valores de tensiones o voltajes que conforman la
seal elctrica analgica original.
24. Para el ejemplo vemos una codificacin de tres bits
25. En la tabla podemos observar los valores numricos
correspondientes a los voltajes de las muestras tomadas de la seal
analgica,tomando como ejemplo un cdigo binario de tres bits.
26. El proceso de codificacin se hace mediante el uso de
comparadores a los cuales se les proporciona por una de sus
entradas un voltaje preciso conocido como voltaje de referencia y
el cual se logra con un divisor de voltaje similar al del proceso
de conversin.
De esta manera se logra que cuando el voltaje de cuantificacin se
mayor que el voltaje de referenciael comparador ponga un uno (1) en
su salida, manteniendo el restante de sus comparadores mantienen su
salida en cero (0)
27. Voltaje referencia
seal
comparadores
codificador
Seal codificada
El la figura podemos observar el proceso electrnicocompleto de
cuantificacin y codificacin de la seal muestreada
28. La cantidad de informacines directamente proporcional al numero
de bits que se empleen en el proceso de cuantificacin.
Se debe aclarar que a mayor resolucin (cantidad de bits) menor ser
el error de cuantificacin
29. En seales de video se utiliza una codificacin de 8 bits por
muestra, con una frecuencia de muestreo de 13.5 MHz para la
luminancia y de 6 75 MHz para cada una de las seales de
crominancia.
Debido a las altas velocidades a las que deben funcionar estos
conversoresse hace necesario el uso de dos de estos.
Uno para los voltajes de referencia altos y otro para los voltajes
de referencia bajos los cuales tienen que ser combinados al final
para obtener el cdigo completo a la salida
30. Con eluso de 8 bits o256diferentes niveles, el flujo de datos
requerira un anchode banda muy elevado, por lo tanto se hace
necesario un proceso de compresin de los datos.
En este proceso de compresin se eliminaran los datos que no
contengan ningn tipo de in formacin de videoni de sincronismo de
lnealo cual har que el ancho de banda sea mucho menor
31. 32. CONVERSIN
DIGITAL- ANLOGICA
33. Un convertidor Digital/Analgico (DAC), es un elemento que
recibe informacin de entrada digital, en forma de una palabra de
"n" bits y la transforma a seal analgica, cada una de las
combinaciones binarias de entrada es convertida en niveles lgicos
de tensin de salida.
34. La funcin principal de la conversin deuna seal digital a una
analgica esla restauracin de la seal originalmente
transmitida
35. En la figura podemos observar un conversor digital a
anologico
36. La funcin de la conversin digital/analgica es la traduccin de
informacin de bits ( 8 para el caso de video) en distintos niveles
de voltajes correspondientes a la seal analgica original
37. En la tabla se observalos valores en bitsy su posible valor en
voltajespara conversin de 4 bits
38. Ventajas de la seal digital
- Cuando una seal digital es atenuada o experimenta perturbaciones
leves, puede ser reconstruida y amplificada mediante sistemas de
regeneracin de seales.
- Cuenta con sistemas de deteccin y correccin de errores, que se
utilizan cuando la seal llega al receptor; entonces comprueban (uso
de redundancia) la seal, primero para detectar algn error, y,
algunos sistemas, pueden luego corregir alguno o todos los errores
detectados previamente.
- Facilidad para el procesamiento de la seal. Cualquier operacin es
fcilmente realizable a travs de cualquier software de edicin o
procesamiento de seal.
- La seal digital permite la multigeneracin infinita sin prdidas de
calidad.
- Es posible aplicar tcnicas de compresin de datos sin prdidas o
tcnicas de compresin con prdidas basados en la codificacin
perceptual mucho ms eficientes que con seales analgicas.
39. Desventajas de la seal digital
- Se necesita una conversin analgica-digital previa y una
decodificacin posterior, en el momento de la recepcin.
- Si no se emplean un nmero suficientes de niveles de cuantificacin
en el proceso de digitalizacin, la relacin seal a ruido resultante
se reducir con relacin a la de la seal analgica original que se
cuantific. Esto es una consecuencia de que la seal conocida como
error de cuantificacin que introduce siempre el proceso de
cuantificacin sea ms potente que la del ruido de la seal analgica
original, en cuyo caso, adems, se requiere la adicin de un ruido
conocido como "dither" ms potente an con objeto de asegurar que
dicho error sea siempre un ruido blanco y no una distorsin. En los
casos donde se emplean suficientes niveles de cuantificacin, la
relacin seal a ruido de la seal original se conservar esencialmente
porque el error de cuantificacin quedar por debajo del nivel del
ruido de la seal que se cuantific. Esto, naturalmente, es lo
normal.
- Se hace necesario emplear siempre un filtro activo analgico pasa
bajo sobre la seal a muestrear con objeto de evitar el fenmeno
conocido como aliasing, que podra hacer que componentes de
frecuencia fuera de la banda de inters quedaran registrados como
componentes falsos de frecuencia dentro de la banda de inters.
Asimismo, durante la reconstruccin de la seal en la posterior
conversin D/A, se hace tambin necesario aplicar un filtro activo
analgico del mismo tipo (pasa bajo) conocido como filtro de
reconstruccin. Para que dicho filtro sea de fase lineal en la banda
de inters, siempre se debe dejar un margen prctico desde la
frecuencia de Nyquist (la mitad de la tasa de muestreo) y el lmite
de la banda de inters (por ejemplo, este margen en los CD es del
10%, ya que el lmite de Nyquist es en este caso 44,1 kHz / 2 =
22,05 kHz y su banda de inters se limita a los 20 kHz).
40. EJEMPLO
La msica en el formato digital se almacena en el CD. Un sistema
ptico de diodos lser lee los datos digitales del disco cuando ste
gira y los transfiere al conversor digital-analgico. Este
transforma los datos digitales en una seal analgica que es la
reproduccin elctrica de la msica original. Esta seal se amplifica y
se enva al altavoz para poder disfrutarla.
Cuando la msica original se grab en el CD se utiliz un proceso que
esencialmente, era el inverso del descrito aqu, y que utilizaba un
conversor analgico-digital.
41. BIBLIOGRAFIA
Manual de produccin de televisinHerbert Zettl
Televisin digital de Salvador Almalfa
http://es.wikipedia.org/wiki/Conversi%C3%B3n_digital-anal%C3%B3gica
http://prof.usb.ve/tperez/docencia/2422/contenido/Cuantifico/CUANTIFICO.htm
Libro Televisin Digital AvanzadaIng. Jos Simoneta - Capitulo 2-
Digitalizacin de la seal de video
Libro Fundamentos de televisin analgica y digital
42. GRACIAS