TENTAMEN. Kurs: Kursnummer: Audio&Videoteknik, 2D2021. Program: Åk: HME02 Åk 2. Datum: Tid: :00. Omfattning och betygsgränser:

Transkript

1 TENTAMEN Kurs: Kursnummer: Moment: Program: Åk: Examinator: Rättande lärare: Datum: Tid: Hjälpmedel: Audio&Videoteknik, 2D2021 Tentamen HME02 Åk 2 Trille Fellstenius Trille Fellstenius :00 Miniräknare Omfattning och betygsgränser: Övrig information: Markera med kryss! Datortenta Tentamenskonto Disketter

2 Vilka är de tre grundstenarna för ljud? Ge en kortfattad förklaring av varje grundsten. (3p) Alstring Ljud alstras då en kropp vibrerar och på så sätt orsakar en störning i ett medium. T e x då en gitarrsträng vibrerar orsakar den en störning i luften. Luftmolekyler förtätas då strängen slår mot dem och förtunnas då strängen slår tillbaka. Denna störning orsakar allså områden med tryckvariationer i den omgivande lufen. Områdena är mycket små, någon miljondels cm vid vanligt tal. Dessa förtätningar och förtunningar av luftpartiklar utbreder sig som ljudvågor där förtätningarna är vågtoppen och förtunningen vågdalen. Överföring När luftmolekylerna krockar med varandra förflyttas ljudvågen från källan. Från detta kan man dra slutsatsen att deniteten på mediumet har stor inverkan på hur lätt en våg förflyttas. T e x i vatten färdas ljud snabbare än i luft. Den mänskliga hjärnan är dock inställd på ljudhastigheten i luft och hinner därför inte uppfatta varifrån ett ljud kommer ifrån under vattnet då det är för liten tidsintervall mellan då ljudet träffar öronen. Mottagning. För att få tillgång till det akustiska systemet behöver vi utrustning som kan omvandla en energiform till en annan, d v s ljudalstrare och mottagare. Ett trummskinn fungerar som en ljudalstrare. Den överför mekanisk energi till akustisk energi i form av ljudvågor. En mikrofon å sin sida tar upp akustisk energi och omvandlar till elektriska signaler som sedan en högtalare återigen kan omvandla till akustisk energi i form av ljudvågor som slutligen tas upp av våra öron. Hur mycket minnesutrymme kräver en minuts ljud av CD-kvalitet vid lagring i dator. Redovisa dina beräkningar! (2p) 60sek x 2kanaler x 16bitar x = bitar/8 = 10,6Mbyte Vid digitalisering av ljud krävs ett lågpassfilter på ingången. a. Varför används detta filter och var bör dess brytfrekvens ligga? (2p) b. Vid D/A-omvandlingen används också ett filter. Av vilken typ är detta filter samt vad är dess syfte? Finns det lösningar som medför att enklare filter kan nyttjas? (2p) a) Syftet är att anpassa bandbredden till samplingsfrekvensen. För att samplingsteoremet ska fungera måste alla frekvenser över halva samplingsfrekvensen filtreras bort. b) Signal/brus förhållandet i digitala system bestäms av upplösningen. Det är alltså resterna av kvantiseringstrappan ger brus. Detta kallas för kvantiseringsbrus och beräknas enligt: S/N(dB)=20log 2 n + 1,76, där n är ordlängd i bitar och 1,76 en vinst av att signalen är sinusformad Vid D/A omvandlingen läses varje siffervärde in i ett registerminne varifrån det omvandlas till en spänning. Utläsningen sker med samplingsfrekvensen och multiplar

3 av denna vilket innebär att varje värde läses mer än en gång. På så sätt hamnar sidbanden högre upp i frekvensbandet och kan lättare filtreras bort. Översampling, D/A omvandlingen sker med samplingsfrekvensen och multiplar av denna vilket möjliggör användning av enklare filter rest från D/A omvandlingen med två sidband. Dessa måste filtreras bort vilket görs med ett digitalt filter, FIR eller IIR, och ett analogt filter. Redogör kort för tre typer av distortion (3p) Harmonisk distortion (THD) orsakas av ofullkomligheter i ljudanläggningens komponenter. Skapar övertoner som inte fanns från början Intermodulationsdistortion När två eller flera toner modulerar varandra och på så sätt skapar nya toner. Transient intermodulationsdostortion Orsakas av långsamma elektriska komponenter som inte hinner med att återskapa ljudet rätt efter en transient (amplitudtopp) Beskriv utförligt hur A/D omvandlingen går till. (4p) A/D omvandlingen Ett lågpassfilter avgränsar frekvensbandet efter samplingsfrekvensen Tidsmässig uppdelning av den analoga signalen, sample. Sample/Hold krets gör analoga signalen tidsdiskret, d v s uppdelad i tidsdomän. Antalet sample/sek = samplingsfrekvens, För CD 44.1kHz för DVD upp till 192kHz Omvandling från samples till siffervärden kallas kvantisering och innebär att signalen delas upp i amplitudsteg. Systemets upplösning = ordlängd, ex 8 bitar -> 256 steg(video8), 16bitar=65 535steg (CD) Parallell / Seriellomvandlaren omvandlar parallelldatat till serielldata. Hur går Huffmankodning till och vilken typ av kodning är det? (2p)

4 Ofta återkommande värden kort kod Sällsynta värden lång kod Ickeförstörande kodning Vilken är den kritiska flimmerfrekvensen för ögat? (1p) 50Hz Vilka 2 modeller används vid auralisering? (1p) transaural dämpat lyssningsrum med högtalare binaural - med hörlurar Ge exempel på 4 olika direktivitetsegenskaper hos mikrofoner (1p) Omni, åtta, njure, supernjure Vad påverkar konens egenskaper i en högtalare? (1p) Materialtjocklek,Profil, Dimensioner, Geometri, Talspolens massa och placering Förklara begreppet batchcapture i digital videoproduktion och berätta hur det fungerar. 3p Batchcapture innebär att begära av datorn att den tar in vissa förutbestämda delar av videomaterialet från videobandet till HD. De förutbestämda delarna har tidigare i produktionsflödet märkts ut av den som redigerar genom att han/hon gör en logglista där respektive del (klipp) definierats genom att sätta in- repektive ut-punkter som datorn registrerar som anteckningar i form av tidkoder för in/ut. Vad är aliasing eller fold over för något? (1p) Ligger inte samplingsfrekvensen högre än dubbla maximala infrekvens, kommer undre sidbandet att delvis hamna inom signalens spektra. Härvid uppstår överlappningsdistortion, fold over, eller aliasing som den ofta kallas Ange i geaografisk var man använder följande olika tekniska TV-format. SECAM, PAL, NTSC. (1p) SECAM i Frankrike. PAL i Sverige. NTSC i USA. TV använder en metod som kallas interlaced för att bygga upp och visa bilden. Datorer bygger upp och visar bilden med en metod som kallas progressive. Redogör för dessa två metoder. Ange dessutom med vilken frekvens bilden byggs upp i respektive metod. (4p) Interlaced innebär att bilden byggs upp av två halva bilder, sk. Fields. Upper field består av alla udda linjer och Lower field består av alla jämna linjer. Upper field visas i 1/50 sek och lower field i 1/50 sekund. I dator som progressive visas alla pixlar i varje bildruta BxH i 1/25 sek. Beskriv MPEG-kodning utförligt. (4p) MPEG används för rörliga bilder. Fungerar genom att göra analys av bilder med vissa intervall: Det går till så att videosignalen digitaliseras och bildpunkterna indelas i block om 8 x 8 element.

5 Dessa block kodas enligt DCT-algoritmen (dvs indelas i frekvens- och amplitud-data) Med DCT-kodning menas att bilden delar (block) jämförs med ovanstående och när blocket motsvarar en ruta i ovanstående matris får blocket motsvarande rutas kodnummer. Detta ger i sig ingen datareduktion men genom att ta bort de högsta frekvenserna och efter detta införs Huffmankodning vilken är förlustfri och ger en reduktion om ca 2:1. Metoden kan användas för kompression från 2:1 100:1 Men för att minska datamängden ytterligare tar man bort information och litar på att intilliggande bilder har ungefär samma information. Man arbetar således med "huvudbilder" och "underbilder", I-frames och subframes. Bilderna mellan "huvudbilderna" överförs endast med hänsyn till förändringen till föregående och nästkommande fullt analyserade bild. Endast I-bilderna innehåller full information om bilden medans P- och B-bilderna bara innehåller information om förändringarna. Då man jämför två ljudnivåer med varandra använder man formeln 10log(W 1 /W 2 ). Om W 1 mäts 1 meter från en ljudkälla och W 2 mäts 4 meter från ljudkällan, hur stor är skillnaden i decibel mellan de två ljudkällorna? (2p) Enligt lagen om ljudets dämpning i luft blir skillnaden 12dB 10log1/16 = Vad säger lagen om första vågfronten? (1p) Direktljudet bestämmer riktningsintrycket a Videokameror har ibland en funktion som kalla ZEBRA. Hur visas den i sökaren och vad ger den för information till kameramannen? 2p Är funktionen aktiverad så kan ljusa ytor i bildytan beläggas med ett randigt mönster. Detta skall tolkas som att bilden i dessa ytor är överexponerad. b Vilken åtgärd bör vidtagas i inställningarna på kameran? 1p Man bör öka bländaren och därmed släppa in mindre ljusmängd till CCD-plattan.

6 Redogör för skillnaden mellan en 1CCD- respektive en 3CCD-kamera. Tala också om vad beteckningen CCD står för (på engelska). 2p I en 1CCD-kamera finns bara en ChargedCoupleDevice. I en 3CCD-kamera finns en CCD-platta för färgerna rött, grönt och blått. Detta medför en mer korrekt färgåtergivning för varje pixel. Redogör för den tekniska termen Linjesläck. 3p Linjesläck är den tid som det tar för en CRT-skärms förflyttning av linjeuppritningen mellan det att man nått slutet på linjerna i upper field till att uppritningen av linjerna för lower field påbörjas.