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cockedhatpocketInternet και Εφαρμογές Web

11 Δεκ 2013 (πριν από 3 χρόνια και 6 μήνες)

331 εμφανίσεις

Telecomunicazioni Multimediali


Introduzione

Scopo del corso:

fornire agli allievi le conoscenze di base necessarie per comprendere alcuni dei più
importanti sistemi multimediali di comunicazione oggi disponibili.

Durata del corso:

42 ore

Crediti:


5 CFU

Calendario del corso:

dal 08
-
5
-
2009 al 26
-
6
-
2009 (giovedì dalle 09:00 alle 13:00


venerdì dalle 09:00 alle 11:00

Tipo di corso:

fondamentale

Frequenza:


consigliata (non obbligatoria)

Prerequisiti:

corsi di Teoria dei Segnali, Elaborazione delle Immagini, Sistemi di Telecomunicazione,
Comunicazioni Elettriche, Teoria dell'Informazione e Codici

Testi di riferimento:

Digital Video and Audio Broadcasting Technology
-

W. Fisher
-

2007
-

Ed. Springer


2nd
Edition
-

ISBN 978
-
3
-
540
-
76358
-
4


Fondamenti di Telecomunicazioni
-

Leon W. Couch


2002


Ed. Apogeo
-

ISBN
8873038514, 9788873038511



Wikipedia (
www.wikipedia.org
)

Esame:


Scritto o tesina + Orale

Argomenti tesine:

DAB, compressione audio, misura della qualità dei segnali video, correzione errori,
MPEG2, modulazioni digitali

Riferimenti:


Alessandro Barducci



a.barducci@alice.it



335 8210471

Una

solida

base

di

conoscenze

matematiche

è

indispensabile

per

seguire

il

corso

ed

ottenere

un

buon

voto

negli

esami

di

profitto
.

Si

assume

che

tutti

gli

allievi

abbiano

familiarità

con

i

concetti

e

le

tecniche

matematiche

tipiche

dei

corsi

di

Teoria

dei

Segnali,

Elaborazione

delle

Immagini,

Sistemi

di

Telecomunicazione

e

Teoria

dell'Informazione

e

Codici
.

Colorimetria

e

Visione


Spettri e visione umana


Tristimolo: il sistema fondamentale (s, m, l)


Osservatore, illuminante e riflettanza


Il sistema x, y, z


Metamerismo


Gli spazi di colore percettivi: CIELab, LCH


Nozioni

di

Base

e

Richiami


Trasformata di Fourier


Trasformata di Hilbert


Modulazione analogica di ampiezza (AM)


Teorema del Campionamento


Quantizzazione e modulazioni impulsive (PCM, PAM, PPM, PWD)


Phase Lock Loop (PLL)


Televisione analogica (PAL, SECAM e NTSC)


Telecomunicazioni Multimediali


Programma 1/3

Digital

Video

Broadcasting



DVB
-
S


DVB
-
T


DVB
-
C


DVB
-
H


DVB
-
SH


DVB
-
IPDC


Sistemi DVB di seconda generazione


HDTV (Standard Europeo)

Le modulazioni Numeriche


ASK, FSK, PSK


Modulatore IQ


BPSK e QPSK


QAM


COFDM


Demodulatore IQ

Telecomunicazioni Multimediali


Programma 2/3

Digital Audio Broadcasting


….

Cenni sulla qualità, robustezza e cifratura dei segnali


Codifica ridondante a correzione d’errore di Reed
-
Solomon

The

perception

of

color

teaches

us

a

lot

about

ourselves
;

We

universally

believe

that

objects

look

colored

because

they

are

colored
.

Nothing

could

be

further

from

the

truth
.

Color

is

a

psychological

property

of

our

visual

experience,

not

a

physical

property
.


Concetto

base

Newton

è

stato

uno

dei

primi

scienziati

dell’era

moderna

ad

occuparsi

del

colore,

della

sua

percezione

negli

esseri

umani

e

della

possibilità

di

darne

una

rappresentazione

quantitativa
.



The

rays

to

speak

properly

are

not

colored
.

In

them

there

is

nothing

else

than

a

certain

Power

and

Disposition

to

stir

up

a

Sensation

of

this

or

that

Color

so

Colours

in

the

object

are

nothing

but

a

Disposition

to

reflect

this

or

that

sort

of

Rays

more

copiously

than

the

rest


Isaac

Newton

(
1704
)

Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 1/29

Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 2/29

c
f




netica
elettromag

frequenza


f
Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 3/29

La

descrizione

fisica

del

colore

percepito

dagli

esseri

umani

parte

quindi

dallo

spettro

della

radiazione

elettromagnetica

che

veicola

questa

sensazione
.

La

luce

bianca

può

essere

decomposta

nelle

varie

frequenze

elettromagnetiche

mediante

prismi

(rifrazione),

reticoli

(diffrazione),

e

filtri

(interferenza,

assorbimento)
.

Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 4/29

Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 5/29

La

luce

che

entra

nell’occhio

è

sovente

indicata

con

Le(

)

è

detta

radianza

spettrale

o

anche

intensità

specifica

del

campo

di

radiazione
.

Fissata

Le(

),

ogni

elemento

della

retina

è

colpito

da

una

definita

radiazione

elettromagnetica
.

I

fotoni,

una

volta

raggiunta

la

retina,

hanno

una

probabilità

di

essere

assorbiti

che

dipende

dalla

sensibilità

spettrale

dei

fotorecettori
.

Siano

s(

),

m(

)

e

l(

)

le

sensibilità

spettrali

rispettivamente

dei

coni

con

maggiore

sensibilità

alle

corte

lunghezze

d’onda

(coni

S),

alle

medie

(coni

M)

ed

alle

lunghe

(coni

L)
.

Secondo

il

principio

dell’univarianza

di

Rushton

un

fotone,

una

volta

assorbito

dal

pigmento

di

un

cono,

innesca

un

processo

chimico

che

non

dipende

dalla

sua

energia
.

Ciò

comporta

che

la

sensazione

di

colore

dipende

solo

dal

numero

di

fotoni

N
S
,

N
M

e

N
L

assorbiti

dai

tre

diversi

tipi

di

fotorecettori

nell’unità

di

tempo
.

Si

suole

considerare

una

terna

di

numeri

(S,M,L)

detti

valori

di

tristimolo,

che

per

una

radiazione

luminosa

avente

radianza

spettrale

Le(

)

terna

vale































d
L
l
d
L
l
k
L
d
L
m
d
L
m
k
M
d
L
s
d
L
s
k
S
e
e
L
e
e
M
e
e
s
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 6/29

Le

costanti

k
S
,

k
M

e

k
L

definiscono

le

unità

di

misura

della

terna

(
S,M,L
)

ed

in

generale

sono

scelte

in

modo

che

S

=

M

=

L

per

la

radiazione

luminosa

esattamente

grigia,

avente

L
e
(

)

=

costante

(lo

stimolo

di

colore

associato

alla

terna

corrispondente

viene

chiamato

stimolo

equienergetico
)
.

Le

tre

funzioni

contenute

negli

integrali

alla

destra

delle

equazioni


)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(






l
k
l
m
k
m
s
k
s
L
M
S



sono

dette

Funzioni

Colorimetriche

e

furono

introdotte

e

misurate

per

la

prima

volta

da

Maxwell

nel

1860
.

Queste

funzioni

vengono

spesso

indicate

col

nome

inglese


Color

Matching

Functions


(CMF)
.

Gli

integrali

di

queste

funzioni

devono

sempre

estendersi

a

tutto

l’intervallo

spettrale

visibile
.

Le

equazioni

assegnate

mostrano

che

alla

somma

di

più

radiazioni

corrisponde

la

somma

delle

rispettive

terne,

cioè

che

vale

per

lo

stimolo

di

colore

il

principio

di

sovrapposizione

degli

effetti
.

È

lecito

dunque

considerare

le

terne

(
S,M,L
)

come

vettori

di

uno

spazio

lineare

tridimensionale
.

Essi

sono

detti

rispettivamente

Vettori

Tristimolo

e

Spazio

del

Tristimolo
.

Questo

sistema

di

riferimento

definito

nello

spazio

del

tristimolo

è

noto

come

fondamentale
.


Profondità geometrica
Superficie esterna

Profondità geometrica
Superficie esterna


Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 7/29

Siamo

abituati

a

considerare

un

fenomeno

fisico

quale

la

riflessione

della

luce

sulla

superficie

di

un

dato

corpo

materiale,

come

un

processo

esclusivamente

superficiale,

che

avviene

cioè

esclusivamente

alla

superficie

di

separazione

tra

il

corpo

e

lo

spazio

esterno
.

Questa

concezione

in

parte

intuitiva

è

tuttavia

fuorviante

e

sostanzialmente

errata
.

La

riflessione

della

luce

non

avviene

infatti

sulla

superficie,

ma

riguarda

uno

strato

finito

(pellicola)

del

corpo

materiale,

il

cui

spessore

può

variare

in

ragione

della

natura

del

materiale,

della

lunghezza

d’onda

elettromagnetica

considerata,

etc
.

In

molti

corpi

materiali

reali

questo

spessore

può

raggiungere

diversi

millimetri

o

nel

caso

dei

fluidi

trasparenti

(e
.
g
.:

l’acqua)

parecchi

metri

(fino

a

30

m

circa)
.

In

altre

parole

si

può

affermare

che

la

luce

riflessa

da

un

corpo

materiale

non

proviene

necessariamente

dalla

sua

superficie,

ma

è

prodotta

da

vari

strati

del

corpo,

posti

a

profondità

differenti
.

Maggiore

è

la

profondità

a

cui

lo

strato

considerato

è

posto

inferiore

sarà

il

suo

contributo

alla

riflessione

totale,

poiché

la

luce

attraversando

il

corpo

materiale

viene

anche

assorbita,

in

accordo

alla

legge

di

De

Beer
.






z
z
d
k
z
z
T
L
e
L
z
L
0
)
,
(
)
,
(
)
,
(
)
,
(
)
0
,
(
)
0
,
(
)
,
(











Dove,



è

la

lunghezza

d’onda,

z

la

profondità

geometrica

sotto

la

superficie

del

corpo

materiale,



lo

spessore

ottico

dello

strato

di

materiale

compreso

tra

la

superficie

esterna

e

la

profondità

geometrica

z

e

k

è

il

coefficiente

di

assorbimento

(misurato

ad

esempio

in

cm
-
1
)
.

La

quantità

e
-

(

,
z
)
,

sempre

compresa

tra

0

e

1
,

prende

il

nome

di

trasparenza

T
(

,
z
)

dello

strato

di

materiale

attraversato

dalla

luce
.

La

Figura

7

illustra

da

un

punto

di

vista

microscopico

l’insieme

dei

processi

fisici

che

producono

la

riflessione

della

luce

su

un

corpo

materiale
.

Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 8/29

Al

fine

di

isolare

gli

effetti

dovuti

unicamente

al

corpo

materiale

attraversato,

viene

definita

e

misurata

la

riflettanza

spettrale

R
(

)

della

superficie
.

Questo

è

un

coefficiente

adimensionale,

compreso

tra

0

ed

1
,

che

si

calcola

come

rapporto

tra

la

radianza

incidente

e

quella

riflessa

a

ciascuna

lunghezza

d’onda
.

Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 9/29

Quando

osserviamo

un

oggetto

materiale

la

luce

(
L
e
(

)

o

SPD)

che

esso

ci

invia

dipende

da

due

fattori
:

la

sua

riflettanza

R
(

)

e

lo

spettro

della

sorgente

che

lo

illumina

E
(

)
:



















d
R
E
l
L
d
R
E
m
M
d
R
E
s
S
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(



R
E
L
e


Il

modello

fisico

di

tristimolo

può

quindi

essere

riscritto

come
:

Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 10/29

La

definizione

delle

funzioni

di

Color

Matching
……………
.

Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 11/29

Lo

spazio

del

tristimolo

con

il

sistema

di

riferimento

fondamentale

è

stato

qui

introdotto

per

ragioni

“didattiche”,

ma

il

riferimento

più

usato

nella

pratica

colorimetrica

è

quello

proposto

nel

1931

dalla

Commission

Internationale

de

l'Eclairage

(CIE),

nel

quale

una

componente

del

vettore

tristimolo

rappresenta

la

luminanza
.

Si

suole

indicare

questo

spazio,

valido

per

visione

foveale

con

campo

visivo

inferiore

a

4
o
,

come

“CIE

1931


e

non

va

confuso

con

lo

spazio

“CIE

1964
”,

che

vale

per

una

visione

a

campo

visivo

di

10
o
.

Per

visione

foveale

si

intende

la

visione

che

avviene

in

quella

parte

della

retina,

detta

fovea
,

nella

quale

esiste

solo

la

visione

a

colori

ed

i

coni

sono

organizzati

in

un

tessuto

compatto

ed

ordinato

idoneo,

atto

a

produrre

la

più

alta

acuità

visiva
.

Fuori

dalla

fovea

il

tessuto

retinico

è

strutturato

in

modo

diverso

ed

intervengono

nella

visione

altri

fotorecettori

(ad

esempio

i

bastoncelli,

responsabili

della

visione

crepuscolare)
.

Questo

produce

una

modificazione

dello

spazio

di

colore
.

Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 12/29

Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 13/29

Il

diagramma

di

cromaticità

è

ottenuto

mediante

il

calcolo

delle

coordinate

cromatiche

relative

x,

y

e

z
.

Su

questo

diagramma

la

cromaticità

di

un

vettore

Q
=(
X,Y,Z
)

risulta

definita

dal

punto

q
=(
x
,
y
),

le

cui

componenti

sono

date

da
:

y
x
Z
Y
X
Z
z
Z
Y
X
Y
y
Z
Y
X
X
x












1
Il

bordo

della

figura,

noto

col

nome

di

spectrum

locus,

rappresenta

la

cromaticità

delle

radiazioni

monocromatiche

e

nel

tratto

rettilineo

delle

radiazioni

di

tinta

porpora
.


Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 14/29

Lo

Spazio

di

Colore

RGB


Enormemente

importante

per

molti

sistemi

tecnologici

quali

le

stampanti

i

monitor,

etc
.

Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 15/29

Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 16/29

Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 17/29

Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 18/29

Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 19/29

Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 20/29

Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 21/29

Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 22/29

Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 23/29

Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 24/29

Lo

spazio

di

colore

X,

Y,

Z,

o

più

banalmente

lo

spazio

più

familiare

definito

dalle

coordinate

cromatiche

R
,

G
,

B
,

può

essere

rappresentato

usando

un

sistema

di

riferimento

alternativo,

di

tipo

cilindrico
.

Questa

rappresentazione

delle

coordinate

cromatiche

fu

introdotto

per

la

prima

volta

da

Albert

H
.

Munsell,

che

intendeva

migliorare

i

sistemi

ed

i

modelli

cromatici

fino

ad

allora

esistenti
.

In

particolare

l’opera

di

Munsell

era

tesa

a

fornire

un

sistema

di

classificazione

dei

colori

che

accomodasse

per

quanto

possibile

la

percezione

dei

colori
.

Il

sistema

adottato

da

Munsell

corrispondeva

matematicamente

all’introduzione

di

un

sistema

di

assi

di

tipo

cilindrico

nello

spazio

del

colore
.

In

un

sistema

di

coordinate

cilindrico

le

tre

coordinate

spaziali

sono

la

quota

(direzione

verticale),

la

distanza

dall’asse

centrale

(nel

piano

orizzontale)

e

l’anomalia

polare,

cioè

un

angolo

misurato

attorno

all’asse

delle

quote

(asse

z

o

di

simmetria)
.

La

Fig
.

5

mostra

la

schematizzazione

del

riferimento

cilindrico

e

le

principali

definizioni

ad

esso

associate
.

Scegliendo

come

asse

delle

quote

(asse

di

simmetria)

la

retta

che

rappresenta

gli

stimoli

di

valore

uguale

(ad

esempio

R

=

G

=

B),

si

ottiene

un

sistema

colorimetrico

le

cui

coordinate

sono

indicate

da
:



H

(Hue)

la

tinta,

ossia

un

valore

(angolo)

che

indica

il

colore

primario

del

vettore

(stimolo

cromatico)

considerato
.

La

tinta

è

l’angolo

formato

dalla

proiezione

del

vettore

colore

considerato

in

un

piano

perpendicolare

all’asse

delle

quote

del

riferimento
;

l’angolo

viene

misurato

rispetto

ad

una

direzione

arbitraria

e

può

essere

espresso

in

gradi,

ad

esempio

nell’intervallo

[
0
,
360
]
.


S

la

saturazione
,

che

misura

la

distanza

del

vettore

colore

considerato

dall’asse

delle

quote

del

sistema
.

I

colori

puri

hanno

una

saturazione

elevata,

mentre

i

colori

grigi

o

tendenti

al

grigio

hanno

una

bassa

saturazione

e

giacciono

in

prossimità

dell’asse

delle

quote
.

La

saturazione

misura

la

purezza

di

un

colore
.


L

la

luminosità

o

luminanza,

o

valore
,

il

cui

significato

fisico

si

suppone

noto
.

Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 25/29

Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 26/29

Riepilogo

Spazi di colore analizzati

Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 27/29

Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 28/29

Nelle

applicazioni

tecnologiche

il

sistema

colorimetrico

più

diffuso

è

il

CIELab,

derivato

mediante

trasformazioni

non

lineari

dal

CIE

1931

o

dal

CIE

1964
.

Questo

sistema,

proposto

dalla

CIE

nel

1976
,

può

essere

definito

sia

per

l’Osservatore

Standard

sia

per

l’Osservatore

Standard

Supplementare

e

nel

secondo

caso

le

grandezze

sono

caratterizzate

dal

pedice


10

.

Le

motivazioni

e

gli

scopi

che

sono

alla

base

di

questo

sistema

sono

molteplici

ed

il

suo

successo

è

dovuto

al

fatto

che

non

vi

sono

state

alternative

più

vantaggiose
.

Nella

pratica

industriale

si

vorrebbe

che

il

colore

fosse

esclusivamente

una

proprietà

intrinseca

delle

superfici

osservate,

cioè

non

dipendesse

dall’intensità

e

dalla

distribuzione

spettrale

della

radiazione

illuminante
.

Tuttavia,

i

valori

tristimolo

dipendono

da

questa

caratteristica
.

Per

ovviare

a

quest’inconveniente

e

rendere

maggiormente

riproducibile

la

misura

del

colore

si

usano

i

seguenti

accorgimenti
.

1
)

Si

seleziona

un

“illuminante”

(sorgente

di

luce)

standard

(A,

C,

D
55
,

D
65
,

D
75
,

etc)
.

2
)

Si

introduce

come

riferimento

sia

nella

scala

luminosa

che

cromatica

un

diffusore

ideale

(isotropo

(lambertiano),

con

superficie

omogenea

e

fattore

di

riflettanza

spettrale

uguale

ad

1
)

al

quale

si

associa

la

luminosità

riflessa

massima

(spesso

pari

a

100
)
.

3
)

Si

valuta

il

vettore

tristimolo

corrispondente

all’oggetto

illuminato
.

4
)

Si

definiscono

le

nuove

coordinate

L
*
,

a
*

e

b
*









































































3
/
1
3
/
1
3
/
1
3
/
1
3
/
1
3
/
1
200
*
500
*
008856
.
0


16
116
008856
.
0


16
3
.
903
*
n
n
n
n
n
n
n
n
Z
Z
Y
Y
b
Y
Y
X
X
a
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
L
Telecomunicazioni Multimediali


Colore e Visione 29/29

Si

tratta

di

un

sistema

molto

simile

al

sistema

HVS

di

Munsell
.

Anche

in

questo

caso

Lo

spazio

CIELab

è

costruito

attorno

all’asse

dei

grigi,

ma

a

differenze

del

HVS

non

utilizza

un

sistema

polare

di

coordinate

attorno

a

questo

asse
.

In

questo

caso

si

impiegano

due

assi

ortogonali

che

definiscono

le

coordinate

a

e

b

del

sistema
.

Si

tratta

di

crominanze

opponenti
.

Telecomunicazioni Multimediali


Richiami Matematica 1/6

La

trasformata

di

Fourier

di

un

segnale

ne

costituisce

una

rappresentazione

completa
.

La

trasformata

di

Fourier

(come

le

altre

trasformate

integrali)

può

essere

considerata

un

operatore

funzionale

(che

opera

su

spazi

di

funzioni)

biunivoco

tra

spazi

di

funzioni

continue

integrabili

in

modulo

(eventualmente

in

modulo

quadro)
.
















df
e
f
S
t
s
dt
e
t
s
f
S
t
jf
t
jf


2
2
)
(
)
(
)
(
)
(
In

altre

parole
:


a

segnali

diversi

corrispondono

sempre

spettri

diversi

e

viceversa


segnali

uguali

hanno

sempre

lo

stesso

spettro

e

viceversa
.

Telecomunicazioni Multimediali


Richiami Matematica 2/6

In

generale

s(t)

sarà

un

segnale

reale,

quindi

S(f)

sarà

una

funzione

a

valori

complessi

di

una

variabile

reale

(la

frequenza

f)
.

Il

grafico

di

S(f)

dovrà

essere

disegnato

in

uno

spazio

3
-
dim,

nel

quale

ci

sarà

una

sola

variabile

indipendente

(f)

e

due

variabili

dipendenti

Im{S(f)}

e

Re{S(f)}
.


























dt
e
t
s
dt
e
t
s
f
S
f
S
f
S
t
f
j
t
f
j


2
2
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
Piano

complesso

Eulero
-
Gauss
:

J

è

la

fase

e

r

il

modulo

di

S(f)









f
S
z
f
S
z
Im
Re











z
j
z
f
S
Im

Re

S(f)

J


z

z
r





J
r
J
r
sin
cos






z
z


J
r



j
e
f
S
Telecomunicazioni Multimediali


Richiami Matematica 3/6

Il

modulo

rappresenta

l’ampiezza

del

numero

complesso,

mentre

la

fase

è

la

sua

anomalia

polare
.


















z
z
z
z
f
S
arctan
2
2
J
r
Im

Re



j

r



j
J

r






j
j
e
r
e
f
S






j
J
r







j
e
r
f
S
Im

Re



j

r

S(f)


r
r

Jj

E’

interessante

notare

l’effetto

della

moltiplicazione

nel

piano

complesso
:

viene

moltiplicato

il

modulo

e

addizionata

la

fase


il

numero

complesso

prodotto

ruota

nel

piano

Eulero
-
Gauss
.


Telecomunicazioni Multimediali


Richiami Matematica 4/6

Il

teorema

della

convoluzione

è

uno

dei

risultati

più

importanti

dell’analisi

di

Fourier
.



















f
Y
f
X
t
y
t
x
d
y
t
x
t
y
t
x











FT













f
Y
f
X
t
y
t
x



FT


























d
f
Y
f
X
f
Y
f
X
d
y
x
t
y
t
x
t
t






















0

1
0


FT













d
f
Y
f
X
d
y
x












Telecomunicazioni Multimediali


Richiami Matematica 5/6

La

trasformata

di

Hilbert

è

un’altra

trasformata

integrale,

molto

importante

nella

teoria

dei

segnale

ed

in

molti

sistemi

di

telecomunicazione

moderni
.


















d
x
t
t
x
t
t
x
t
x
H













1
1
HT
La

trasformata

di

Hilbert

è

equivalente

ad

un

sistema

lineare

tempo

invariante
.

E’

importante

notare

l’effetto

della

trasformata

di

Hilbert,

utilizzando

la

trasformata

di

Fourier
:

otteniamo

che

il

sistema

ha

funzione

di

trasferimento

pari

a


j

volte

il

segno

della

frequenza
.









f
X
f
j
t
x
H




sgn
FT
H(f)

f

j

-
j

La

trasformata

di

Hilbert

lascia

invariato

il

modulo

ma

cambia

la

sua

fase

di


/
2

applicando

due

volte

consecutive

la

trasformata

di

Hilbert

otteniamo

il

segnale

di

partenza

sfasato

di


,

cioè

il

segnale

originale

cambiato

di

segno
.

Telecomunicazioni Multimediali


Richiami Matematica 6/6

Alcuni

esempi

di

trasformate
.











































2
2
2
2
2
2
0
0
2
0
0
0
0
2
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
4
2
exp
FT
exp
exp
FT
sinc
tr
FT
tr
sinc
FT
rect
sinc
FT
sinc
rect
FT
2
2
sin
FT
2
2
cos
FT
f
a
a
t
a
f
t
f
f
f
t
f
f
f
f
t
f
f
f
f
t
f
f
f
f
t
f
f
f
f
f
t
f
f
f
f
f
t
f




















































Calcolare

la

HT

della

funzione

rect(t)
……

















?
rect
HT
2
cos
2
sin
HT
2
sin
2
cos
HT
0
0
0
0





t
t
f
t
f
t
f
t
f




Telecomunicazioni Multimediali


Teoria dei Segnali 1/5

Il Teorema del Campionamento Ideale

Dato

un

segnale

s(t)

a

banda

limitata

(f
max

è

la

frequenza

massima

per

la

quale

il

suo

spettro

è

non

nullo)

e

indicato

con

s
c
(t)

il

segnale

campionato,

è

possibile

ricostruire

a

qualunque

istante

t

il

segnale

originale

(analogico)

s(t)

conoscendo

unicamente

la

serie

infinita

dei

suoi

campioni,

purché

questi

siano

stati

misurati

con

una

frequenza

f
c

maggiore

[o

uguale]

al

doppio

della

frequenza

massima

f
max
.

T
c

è

il

passo

di

campionamento
















k
k
c
c
T
k
t
t
s
t
s

c
c
f
T
1














k
k
c
c
c
f
k
f
S
f
f
S






t
s
f
S
FT

max
2
f
f
c
























k
k
c
c
c
T
T
k
t
T
k
s
t
s
sinc
Formula

di

interpolazione

Frequenza

di

Nyquist

Telecomunicazioni Multimediali


Teoria dei Segnali 2/5

La modulazione analogica di ampiezza

Le

modulazioni

servono

per

spostare

la

banda

di

frequenza

occupata

dal

segnale,

trasformando

la

banda

base

in

una

banda

passante

ad

una

frequenza

opportuna
.

Normalmente

alcune

modulazioni

codificano

il

segnale

stesso

in

una

forma

differente,

questa

circostanza

è

verificata

per

le

modulazioni

più

moderne
.

La

modulazione

in

ampiezza

è

una

delle

modulazioni

più

vecchie

che

siano

mai

state

usate

e

serve

appunto

per

lo

scopo

suddetto
.

Oggi,

la

modulazione

AM

viene

ancora

usata

per

i

segnali

radio

nelle

bande

di

frequenza

più

basse

(onde

lunghe)
.

s
(
t
)





獥杮慬a

浯mu污湴l

cos(
.
)




灯牴慮瑥







t
f
t
s
t
s
m
0
2
cos



B
f
>>
0
Normalmente

la

frequenza

centrale

del

segnale

modulato

è

molto

maggiore

della

frequenza

massima

(larghezza

di

banda)

B

del

segnale

in

banda

base
.







2
0
0
f
f
S
f
f
S
f
S
m




B

-
B

f

S(f)

f
0

f

S
m
(f)

1

-
f
0

½

Telecomunicazioni Multimediali


Teoria dei Segnali 3/5

La demodulazione analogica di ampiezza

La

demodulazione

di

un

segnale

modulato

AM

avviene

attraverso

una

ulteriore

modulazione
.

Si

può

intuire

che

un’ulteriore

modulazione

riproduce

la

banda

base

del

segnale

più

alcune

repliche

dello

stesso

a

frequenza

doppia

rispetto

a

quella

originale

della

portante
.

Il

problema

vero

è

costituito

dal

fatto

che

al

ricevitore

non

è

nota

la

fase

della

portante

usata

per

la

modulazione

del

segnale
.

Ciò

ha

conseguenze

importanti
.







t
f
t
s
t
s
m
0
2
cos









j




t
f
t
s
t
x
m
0
2
cos














j

j

sin
2
sin
cos
2
cos
0
0





t
f
t
f
t
s
t
x
m
La

mancata

conoscenza

della

fase

della

portante

usata

per

la

modulazione

del

segnale

ha

come

conseguenza

una

difficoltà

intrinseca

nel

demodulare

il

segnale,

in

particolare

per

quanto

riguarda

la

sua

ampiezza
.

Questo

problema

viene

efficacemente

risolto

dal

sistema

denominato

PLL

(Phase

Lock

Loop),

che

determina

in

modo

autonomo

la

fase

della

portante

originale,

massimizzando

la

potenza

del

segnale

demodulato
.

Vediamo

i

dettagli
.

Telecomunicazioni Multimediali


Teoria dei Segnali 4/5

La demodulazione tramite Phase Lock Loop (PLL)

Come

primo

passo

calcoliamo

lo

spettro

del

segnale

x(t),

che

ancora

contiene

la

fase

della

portante

disponibile

nel

ricevitore
.

Filtro

passa
-
basso

ideale















j
j
sin
2
cos
2
0
0
0
0










j
f
f
S
f
f
S
f
f
S
f
f
S
f
X
m
m
m
m
2f
0

f

Re{X(f)} / cos(
j
)

-
2f
0

¼















j

j

sin
2
sin
cos
2
cos
0
0





t
f
t
f
t
s
t
x
m
½

2f
0

f

Im{X(f)} / sin(
j
)

-
2f
0

¼

-
¼

Evidentemente,

isolando

la

componente

a

bassa

frequenza

(mediante

un

filtro

passa
-
basso)

otteniamo

proprio

lo

spettro

del

segnale

in

banda

base,

a

meno

di

un

fattore

di

ampiezza
.

Indichiamo

con

y(t)

questo

segnale

filtrato
:





)
(
t
h
t
x
t
y











B
f
f
H
2
rect
Telecomunicazioni Multimediali


Teoria dei Segnali 5/5

La demodulazione tramite Phase Lock Loop (PLL)

Calcoliamo

ora

lo

spettro

di

y(t)
.











j
cos
2




f
S
f
H
f
X
f
Y
f

Y(f)

½
cos(
j
)

A

questo

punto

è

possibile

determinare

la

fase

della

portante

originale

semplicemente

massimizzando

la

potenza

istantanea

del

segnale

filtrato

y(t)
.

Ciò

rende

possibile

la

demodulazione

completa

del

segnale,

recuperando

senza

errori

la

sua

ampiezza
.

Modulazione

Filtro

passa
-
basso

Calcolo fase

(ottimizzazione potenza)

Demodulazione



t
s


t
s
m


t
y


t
x
j
PLL

Telecomunicazioni Multimediali


TV Analogica 1/11

La Televisione Analogica

La

televisione

analogica

nasce

nella

prima

metà

del

1900

e

trova

la

sua

prima

applicazione

negli

USA

e

successivamente

in

Europa
.

Originariamente

il

segnale

televisivo

era

in

grado

di

trasmettere

segnali

video

pancromatici

(in

toni

di

grigio)

dotati

di

audio

monofonico

e

privi

di

informazioni

teletext
.

Esistevano

standard

diversi

per

questo

tipo

di

televisione,

che

successivamente

sono

tutti

evoluti

verso

la

televisione

a

colori,

secondo

uno

dei

tre

standard

PAL,

SECAM

e

NTSC
.

Le

principali

caratteristiche

tecniche

della

televisione

analogica

furono

impostate

considerando

le

caratteristiche

della

visione

umana
.

Tra

di

esse

vi

sono

l’acuità

visiva,

la

sensibilità

ai

diversi

pattern

di

oscillazione

spaziale

a

diversi

livelli

di

luminosità,

etc
.

Telecomunicazioni Multimediali


TV Analogica 2/11

Oltre

i

32

Hz

(variazione

temporale)

la

sensibilità

dell’occhio

umano

ai

modelli

(variazioni)

spaziali

di

luminosità

si

riduce

drasticamente
.

Questa

caratteristica

è

di

grande

rilievo

per

stabilire

le

frequenze

di

aggiornamento

delle

immagini

nei

sistemi

video

e

multimediali
.

Telecomunicazioni Multimediali


TV Analogica 3/11

Oltre

i

32

Hz

(variazione

temporale)

la

sensibilità

dell’occhio

umano

ai

modelli

(variazioni)

spaziali

di

luminosità

si

riduce

drasticamente
.

Questa

caratteristica

è

di

grande

rilievo

per

stabilire

le

frequenze

di

aggiornamento

delle

immagini

nei

sistemi

video

e

multimediali
.

Telecomunicazioni Multimediali


TV Analogica 4/11

Rappresentazione

della

funzione

di

filtro

tipica

dell’occhio

umano

mediante

vari

profili

di

forma

gaussiana
.

La

rappresentazione

data

dalla

figura

è

relativamente

realistica

e

rappresenta

le

ali

molto

estese

nella

funzione

di

trasferimento

dell’occhio
.

Il

filtro

si

allontana

molto

dalle

condizioni

di

idealità

e

rende

necessario

il

sovracampionamento

dell’immagine

al

fine

di

evitare

fenomeni

di

aliasing
.

L’efficienza

di

campionamento

h
c

dell’occhio

è

stimata

come
:

7
.
0

c
h
Telecomunicazioni Multimediali


TV Analogica 5/11

I

sistemi

di

ripresa

e

di

riproduzione

dell’epoca

funzionavano

tutti

mediante

un

semplice

principio

di

scansione
:

per

righe

e

poi

per

colonne
.

Il

segnale

televisivo

era

continuo

sulle

righe

(in

orizzontale)

e

campionato

in

senso

verticale
.

In

realtà

i

tubi

CRT

moderni

adottano

uno

schema

di

campionamento

in

entrambe

le

direzioni

(orizzontale

e

verticale)
.

Inoltre,

tutte

le

telecamere

moderne,

basate

sull’uso

di

sensori

a

matrice

a

stato

solido

(CCD,

CMOS,

etc),

ottengono

un

segnale

campionato

in

entrambe

le

direzioni

spaziali

dell’immagine
.

t

s
(
t
)

Riga i

Riga i+1

Fine riga: ritorno a capo orizzontale

Fine quadro: ritorno a capo verticale

Al

fine

di

ottimizzare

le

condizioni

di

ripresa

e

di

riproduzione

delle

immagini

bisognerebbe

considerare

una

versione

2
-
dim

del

teorema

del

campionamento
.

Questa

fornisce

risultati

simili

a

quelli

già

noti

per

il

caso

1
-
dim
.

La

differenza

prevalente

sta

nella

disposizione

geometrica

dei

campioni

nel

piano
.

Si

dimostra

che

l’efficienza

di

campionamento

è

massima

per

una

disposizione

a

cella

esagonale

(a

nido

d’ape)
.

I

massimi

vantaggi

si

avvertono

nelle

direzioni

oblique
.

Telecomunicazioni Multimediali


TV Analogica 6/11

h
q

rappresenta

la

frazione

del

tempo

di

quadro

riservata

alla

scansione

effettiva,

mentre

(
1

-

h
q
)

T
q

è

il

tempo

dedicato

al

ritorno

verticale

del

pennello

elettronico
.

Sia

m

il

numero

di

campioni

equivalenti

in

direzione

orizzontale

(cioè

il

doppio

del

numero

max

di

cicli

alla

massima

frequenza

spaziale

disponibile)

ed

n

il

numero

di

righe

attive

nell’immagine
.

Indichiamo

con

T
q

il

tempo

di

quadro

e

con

T
r

il

tempo

di

riga
.

Siano

inoltre

l

ed

h

la

larghezza

e

l’altezza

del

quadro

(immagine)
.

Si

può

mostrare

che
:










3
4

a
a
R
n
m
h
l
R
n
T
T
q
q
r
h

Indichiamo

con

h
r

la

frazione

del

tempo

di

riga

dedicato

alla

scansione
;

al

solito

(
1

-

h
r
)

T
r

costituirà

il

tempo

dedicato

al

ritorno

a

capo

del

pennello

elettronico
.

In

questo

modo

è

possibile

calcolare

la

frequenza

max

dei

campioni

equivalenti

contenuti

nel

segnale

video

della

TV

analogica

in

toni

di

grigio
.

q
q
r
r
r
c
T
n
m
T
m
f
h
h
h



q
q
r
a
c
T
n
R
f
h
h
2


La

TV

analogica

in

toni

di

grigio

assumeva

una

frequenza

di

quadro

di

50

Hz

e

per

ridurre

la

larghezza

di

banda

richiesta

dal

segnale

veniva

usata

la

scansione

interallacciata
.

In

questa

scansione

si

trasmettono

alternativamente

un

semiquadro

pari

e

un

semiquadro

dispari

alla

frequenza

complessiva

di

50

Hz
.

Questo

limitava

lo

sfarfallio

dell’immagine

mantenendo

la

banda

del

segnale

uguale

a

quella

di

una

frequenza

di

quadro

di

25

Hz
.

q
q
r
c
r
r
c
T
n
m
T
m
f



h
h
h
h
h
2
1
2
1
max
Telecomunicazioni Multimediali


TV Analogica 7/11

3
4

a
R
s

25
1

q
T
8
.
0
9
.
0


r
q
h
h
750

m
TV

analogica

in

toni

di

grigio

560

n
MHz

5
max

f
μs

64

r
T
7
.
0

c
h
MHz

518
14.

c
f
Telecomunicazioni Multimediali


TV Analogica 8/11

Nella

TV

analogica

in

toni

di

grigio

i

segnali

di

sincronismo

sono

aggiunti

alla

fine

delle

righe

e

dei

quadri

rispettivamente
.

Si

tratta

di

segnali

che

hanno

un’ampiezza

negativa

e

che

non

corrispondono

a

nessun

livello

reale

di

luminosità
.

Il

segnale

di

sincronismo

di

quadro

innesca

nella

periferica

di

riproduzione

il

ritorno

a

inizio

quadro

del

pennello

elettronico,

così

come

il

sincronismo

orizzontale

provoca

il

ritorno

a

capo
.

Il

sincronismo

di

riga

ha

una

durata

di

5

m
s,

mentre

il

sincronismo

di

quadro

ha

una

durata

di

2
.
5

linee

(circa

160

m
s)
.

Telecomunicazioni Multimediali


TV Analogica 9/11

Il

passaggio

alla

TV

a

colori

fu

eseguito

aggiungendo

due

segnali

di

crominanza

al

segnale

TV

tradizionale
.

Lo

schema

generale

di

questo

inserimento

di

nuovi

segnali

è

sinteticamente

descritto

nella

seguente

figura
.





Y
R
V
Y
B
U
B
G
R
Y












88
.
0
49
.
0
11
.
0
59
.
0
3
.
0
L’uso

di

una

modulazione

IQ

(in

fase

e

in

quadratura)

per

i

due

segnali

di

crominanza

permette

una

grande

risparmio

di

banda

di

frequenza
.

Larghezza

di

banda

viene

anche

risparmiata

definendo

i

segnali

di

crominanza

ad

una

risoluzione

spaziale

inferiore
.

La

larghezza

di

banda

riservata

alle

crominanze

è

circa

1
.
3

MHz
.

CVBS

Composite

Video,

Blanking,

and

Sync

MHz

43351875
.
4
25
75
.
283




r
SC
f
f
Telecomunicazioni Multimediali


TV Analogica 10/11

Composizione

del

segnale

TV

a

colori

completo

con

l’aggiunta

di

un

segnale

audio

stereofonico
.

I

segnali

TV

moderni

trasportano

nella

zona

di

ritorno

ad

inizio

quadro

del

segnale

anche

alcune

informazioni

supplementari,

quali
:


il

segnale

teletext

(televideo),


alcuni

segnali

di

dati

opzionali

(VPS),


linee

di

test

Telecomunicazioni Multimediali


TV Analogica 11/11

Parametri Televideo (Teletext)


NRZ


Data

rate
:

6
.
9375

Mbit

/

s
.

Questo

valore

è

attivo

solo

durante

la

fase

di

ritorno

a

inizio

quadro

(tempo

morto

tra

due

immagini

successive)
.

Questo

tempo

dura

circa

0
.
9

*

1

/

50

s

=

0
.
002

s,

durante

il

quale

possono

essere

trasmessi

al

massimo

14

kbit

=

1
.
7

kbyte
.

Si

consideri

che

una

pagina

televideo

occupa

una

quantità

di

memoria

pari

a

circa

1

kbyte
.


Parità
:

pari


Caratteri

per

linea
:

40


Linee

per

pagina
:

24

Linee di Dati


RZ


Data

rate
:

2
.
5

Mbit

/

s


Volume
:

15

bytes

/

line

Video Program System (VPS)


Posizione
:

byte

da

11

a

14

della

linea

16

di

ritorno

a

inizio

quadro


Day
:

5

bit


Month
:

4

bit


Hour
:

5

bit


Minute
:

6

bit


Country
:

4

bits


Program

source
:

6

bit

Telecomunicazioni Multimediali


DVB 1/69

Il

D
igital

V
ideo

B
roadcasting

(
DVB
),

dalla

lingua

inglese

Diffusione

Video

Digitale
,

rappresenta

un

insieme

di

standard

aperti

ed

accettati

a

livello

internazionale,

concepiti

per

lo

sviluppo

e

la

diffusione

della

televisione

digitale
.

Attualmente

essi

sono

mantenuti

dal

DVB

Project
,

un

consorzio

industriale

con

più

di

270

membri,

e

vengono

pubblicati

da

un

Comitato

Tecnico

Congiunto

(
Joint

Technical

Committee
,

JTC)

dell'Istituto

Europeo

per

gli

Standard

di

Telecomunicazioni

(
European

Telecommunications

Standards

Institute
,

ETSI),

del

Comitato

Europeo

per

la

Standardizzazione

Elettrotecnica

(
European

Committee

for

Electrotechnical

Standardization
,

CENELEC)

e

dell'Unione

Europea

per

la

Radiodiffusione

(
European

Broadcasting

Union
,

EBU)
.

Questi

standard

possono

essere

scaricati

gratuitamente

dal

sito

ETSI

previa

registrazione

libera
.


Il

sistema

DVB

ha

prodotto

degli

standard

per

ciascun

mezzo

trasmissivo

(terrestre,

satellite,

via

cavo)

utilizzato

dalla

TV

analogica
.

In

particolare,

si

possono

annoverare

i

seguenti
:


DVB
-
S

(la

"S"

sta

per

"Satellite")
:

per

ricevere

i

segnali

video

è

necessario

collegare

il

televisore

ad

un

ricevitore

satellitare

collegato

ad

un'
antenna

parabolica
,

che

riceve

i

segnali

direttamente

dai

satelliti

posti

in

orbita

geostazionaria
;


DVB
-
C

(la

"C"

per

"Cable"
-
"Cavo")
:

il

segnale

è

ricevuto

grazie

ad

un

cavo

ad

alta

frequenza

(spesso

coassiale)
;


DVB
-
T

(la

"T"

sta

per

"Terrestrial"
-
"Terrestre")
:

il

segnale

video

è

ricevuto

attraverso

le

normali

antenne

televisive
;


DVB
-
H

(la

"H"

sta

per

"Handheld"
-
"Portatile")
:

è

lo

standard

del

consorzio

europeo

DVB

per

una

modalità

di

radiodiffusione

terrestre

studiata

per

trasmettere

programmi

TV,

radio

e

contenuti

multimediali

ai

dispositivi

handheld,

come

i

più

comuni

smartphone,

i

palmari

e

i

PDA

(Personal

Digitale

Assistant)
.

Si

tratta

di

uno

standard

derivato

dal

DVB
-
T

e

funziona

combinando

gli

standard

del

video

digitale

con

l'Internet

Protocol

in

modo

da

suddividere

i

contenuti

in

pacchetti

di

dati

da

trasferire

sul

cellulare

e

leggibili

da

parte

dell'utente
.

Lo

standard

prevede

l’uso

delle

bande

III,

IV,

V

e

L
.

Telecomunicazioni Multimediali


DVB 2/69

Altri

standard

sono

stati

aggiunti

in

anni

recenti

(
2006



2009
)
:


DVB
-
IPDC

(“IPDC"

sta

per

“IP

DataCasting")
:

si

tratta

di

un

protocollo

pensato

per

la

trasmissione

di

video,

audio

e

dati

su

una

rete

Internet

(IP

sta

per

Internet

Protocol)
.

Questo

standard

è

stato

anche

pensato

per

offrire

un

supporto

di

comunicazione

bi
-
direzionale

agli

altri

standard,

ad

esempio

la

trasmissione

DVB
-
H
.

Si

noti

che

la

maggior

parte

degli

standard

di

trasmissione,

quali

i

DVB
-
C/T/H,

hanno

tutti

un

supporto

fisico

della

comunicazione

che

non

è

bi
-
direzionale
.


DVB
-
SH

(al

solito

la

"H"

sta

per

"Handheld"
-
"Portatile“,

mentre

la

“S”

indica

la

banda

elettromagnetica