Neuroanatomía y neurología clínica - UAB Barcelona · Neuroanatomía y neurología clínica...

Joan Codina i BantiJosé Luis Muñoz Chaín

Programació multimèdiaNeuroanatomía y neurología clínica

Escoles Universitàries Gimbernat i Tomàs Cerdà

Universitat Autònoma de BarcelonaServei de Publicacions

Bellaterra, 2011

El autor agradece la ayuda y comentarios recibidos de:

Primera edició: març 2011

Edició i impressió:Servei de Publicacions

Universitat Autònoma de BarcelonaEdifici A. 08193 Bellaterra (Barcelona). Spain

[email protected]://publicacions.uab.es/

Imprès a Espanya. Printed in Spain

Dipòsit legal: B-11.293-2011ISBN: 978-84-490-2636-2

Programació multimèdia Trivium 5

1. Introduccióalsdiferentstipusdemitjans ............................................... 11 1.1. Hipertext, multimèdia i hipermèdia ............................................................ 11 1.1.1 Mitjans ............................................................................................. 11 1.1.1.1 Tipus de mitjans................................................................... 11 1.1.1.2 MIME .................................................................................. 13 1.1.1.3 Mitjans discrets versus mitjans continus ............................. 14 1.1.1.4 Streams de dades ................................................................. 14 1.1.2 Multimèdia ....................................................................................... 15 1.1.3 Hipertext ........................................................................................... 15 1.1.3.1 Introducció a l’hipertext ...................................................... 16 1.1.3.2 Arquitectura d’un sistema hipertext .................................... 17 1.1.3.3 Cadena d’informació no lineal: nodes, enllaços (vincles) i àncores ................................................................ 17 1.1.3.4 Enllaços en HTML .............................................................. 18 1.1.3.5 Relacions entre multimèdia, hipertext i hipermèdia ............ 18 1.1.3.6 SGML i HTML .................................................................... 19 1.2. Àudio: propietats, emmagatzemament i formats ........................................ 20 1.2.1 Propietats del so ............................................................................... 20 1.2.2 Conceptes físics ................................................................................ 20 1.2.3 Representació computacional del so ................................................ 22 1.2.3.1 PCM (Pulse Code Modulation) ........................................... 22 1.2.3.2 Mètodes bàsics de compressió (amb pèrdua de qualitat) .... 24 1.2.4 Formats dels fitxers d’àudio ............................................................. 26 1.2.4.1 Sense compressió ................................................................. 26 1.2.4.2 Amb compressió .................................................................. 26 1.2.5 Fitxers de música sintetitzada: MIDI ............................................... 28 1.3. Imatges: propietats, emmagatzemament i formats ..................................... 29 1.3.1 Teoria del color i espais de color ..................................................... 29 1.3.1.1 Espais de color basats en la lluminositat (o espais de grisos).............................................................................. 30 1.3.1.2 Espais de color basats en RGB (Red-Green-Blue) .............. 31 1.3.1.3 Espai de color CMYK - Cyan-Magenta-Yellow-Key (Black) ................................................................................. 33 1.3.1.4 Espais de color universals.................................................... 35 1.3.2 Canal alfa .......................................................................................... 39 1.3.3 Propietats de les imatges .................................................................. 40 1.3.4 Emmagatzemament de les imatges .................................................. 40 1.3.4.1 Reducció del nombre de bytes/píxel (depth) ....................... 41 1.3.5 Formats d’imatges ............................................................................ 43 1.3.5.1 BMP ..................................................................................... 43

Índex

aJoan Codina, José Luis Muñoz6 Trivium

1.3.5.2 GIF ....................................................................................... 43 1.3.5.3 JPG o JPEG ......................................................................... 43 1.3.5.4 PNG ..................................................................................... 44 1.4. Gràfics: propietats, emmagatzemament i formats ...................................... 44 1.4.1 Propietats dels gràfics (imatges vectorials) ...................................... 44 1.4.2 Primitives gràfiques .......................................................................... 45 1.4.3 Formats d’imatges vectorials ........................................................... 46 1.4.3.1 Vector Markup Language (VML) ....................................... 46 1.4.3.2 Small Web Flash (SWF) ...................................................... 46 1.4.3.3 SVG ..................................................................................... 47 1.5. Vídeo: propietats, emmagatzemament i formats ........................................ 49 1.5.1 Propietats del vídeo digital ............................................................... 49 1.5.2 Formats de vídeo digital ................................................................... 50 1.5.2.1 AVI ...................................................................................... 50 1.5.2.2 Quicktime ............................................................................ 50 1.5.2.3 MPEG .................................................................................. 51 1.5.2.4 MPEG-1 ............................................................................... 51 1.5.2.5 MPEG-2 ............................................................................... 52 1.5.2.6 MPEG-4 ............................................................................... 53 1.5.2.7 Format Real Video............................................................... 54 1.5.2.8 Windows Media Video ........................................................ 54 1.5.2.9 DV (Digital Video) .............................................................. 54 1.6. Animacions: propietats, emmagatzemament i formats .............................. 54 1.6.1 Cas particular: animacions amb SVG .............................................. 55 1.7. Altres mitjans ............................................................................................. 58 1.7.1 Olors ................................................................................................. 58 1.7.2 Realitat virtual .................................................................................. 58 1.7.2.1 Classificació de la realitat virtual ........................................ 59 1.7.3 Audiollibres i PodCast ..................................................................... 60

2. IntroduccióaAdobeFlash .......................................................................... 63 2.1. Introducció a Flash ..................................................................................... 63 2.1.1 Orígens de Flash ............................................................................... 63 2.1.2 Què és Flash? ................................................................................... 64 2.1.3 Pel·lícules de Flash ........................................................................... 64 2.1.4 Navegació per les pel·lícules Flash .................................................. 64 2.2. Components principals de la interfície Flash ............................................. 65 2.2.1 Colors en Flash ................................................................................. 67 2.2.2 Animacions en Flash ........................................................................ 67 2.2.3 Símbols / Instàncies de Flash ........................................................... 68 2.2.4 Objectes Flash .................................................................................. 68 2.2.5 Llista de visualització ....................................................................... 70 2.2.6 Compressió de vídeo en Flash .......................................................... 71

3. Programaciómultimèdiaguiadaperesdeveniments ............................... 73 3.1. Esdeveniments. Concepte i tipus ................................................................ 73 3.1.1 Esdeveniments i programació guiada per esdeveniments ................ 73 3.1.2 Tipus d’esdeveniments ..................................................................... 74 3.2. Gestors d’esdeveniments (handlers) ........................................................... 75 3.2.1 Associacions entre esdeveniments i gestors ..................................... 75 3.2.2 Gestors i esdeveniments d’ActionScript .......................................... 77


3.3. ActionScript ................................................................................................ 81 3.3.1 Consideracions bàsiques sobre ActionScript ................................... 81 3.3.1.1 ActionScript versus JavaScript ............................................ 81 3.3.1.2 Sobre la sintaxi d’ActionScript: .......................................... 82 3.3.1.3 Tipus de dades: .................................................................... 82 3.3.1.4 Àmbit de variables: .............................................................. 84 3.3.1.5 Funcions: ............................................................................. 84 3.3.1.6 Sufixos dels principals objectes de Flash ............................ 85 3.3.1.7 Escrivint scripts d’ActionScript .......................................... 85 3.3.1.8 Navegació per una pel·lícula Flash ...................................... 85 3.3.1.9 Coordenades del ratolí i de MovieClip ................................ 86 3.3.1.10 Drag & Drop i col·lisions: .................................................. 86 3.4. Annexos ...................................................................................................... 87 3.4.1 Preloaders en Flash .......................................................................... 87 3.4.2 Càrrega de dades des d’un fitxer de text .......................................... 88 3.4.3 Càrrega de dades des d’un fitxer XML ............................................ 89 3.4.4 Treballant amb àudio des d’ActionScript ......................................... 91

4. MultimèdiaalaWWW ................................................................................. 93 4.1. Breu introducció a les xarxes de computadors ........................................... 93 4.1.1 Conceptes generals ........................................................................... 93 4.1.1.1 Classificació de les xarxes de computadors ........................ 94 4.1.1.2 Xarxes de commutació ........................................................ 95 4.1.2 Protocols d’Internet .......................................................................... 96 4.1.2.1 Protocols del nivell d’aplicació ........................................... 96 4.1.2.2 TCP (Transmission Control Protocol) ................................. 96 4.1.2.3 IP (Internet Protocol) ........................................................... 97 4.1.2.4 Nivells físic i d’enllaç .......................................................... 99 4.1.3 Principis de l’arquitectura client/servidor ........................................ 100 4.1.4 WWW com a arquitectura client/servidor ........................................ 100 4.1.4.1 Processament de dades al servidor ...................................... 101 4.1.4.2 Processament de dades al client........................................... 102 4.2. Descripció d’algunes tecnologies multimèdia a la WWW ......................... 104 4.2.1 Adobe Shockwave (format d’Adobe Director) ................................ 104 4.2.2 Adobe Shockwave Flash (format d’Adobe Flash) ........................... 105 4.2.2.1 Accés al web des de Flash ................................................... 105 4.2.3 Multimèdia amb HTML ................................................................... 106 4.2.4 SMIL ................................................................................................ 108 4.2.4.1 Què és SMIL? ...................................................................... 108 4.2.4.2 Breu introducció a SMIL ..................................................... 109 4.2.4.3 Reproductors de SMIL ........................................................ 113 4.3. Streaming .................................................................................................... 113 4.3.1 Protocols relacionats amb l’streaming ............................................. 114 4.3.2 Unicast/Multicast ............................................................................. 116 4.3.3 Audiències ........................................................................................ 117 4.3.4 Cas particular de tecnologies de streaming: RealNetworks ............. 118 4.3.4.1 Helix Producer ..................................................................... 118 4.3.4.2 Helix Universal Server ........................................................ 120 4.3.4.3 Reproductor RealOne Player ............................................... 121 4.3.4.4 Fitxer RAM.......................................................................... 121 4.3.5 Servint mitjans codificats per streaming des d’un servidor web ..... 122


4.4. Videoconferència ........................................................................................ 123 4.4.1 Multiconferències d’àudio i vídeo .................................................... 124

5. Sistemesoperatiusmultimèdia .................................................................... 125 5.1. Introducció i repàs ...................................................................................... 125 5.1.1 Multimèdia i els seus requeriments .................................................. 125 5.2. Fitxers multimèdia ...................................................................................... 127 5.2.1 Àudio ................................................................................................ 127 5.2.2 Vídeo ................................................................................................ 127 5.2.3 Compressió de vídeo ........................................................................ 129 5.2.3.1 L’estàndard JPEG ................................................................ 129 5.2.3.2 Els estàndards MPEG .......................................................... 130 5.2.4 Compressió d’àudio .......................................................................... 130 5.3. Què és un sistema operatiu? ....................................................................... 131 5.4. Introducció als sistemes de temps real ....................................................... 131 5.4.1 Hard Real-Time versus Soft Real-Time ........................................... 132 5.4.2 Gestió i reserva de recursos d’un sistema de temps real .................. 132 5.5. Introducció als sistemes operatius multimèdia (SOM) .............................. 133 5.5.1 Planificació de processos en els SOM (scheduler de processos) ..... 134 5.5.1.1 Algorisme Rate Monotonic (RM) ........................................ 135 5.5.1.2 Algorisme Earliest Deadline First (EDF) ........................... 136 5.5.1.3 Comparativa: RM versus EDF ............................................ 137 5.5.2 Sistemes de fitxers ............................................................................ 137 5.5.2.1 Funcions de control ............................................................. 138 5.5.2.2 Vídeo per demanda aproximada (near video on demand) ... 138 5.5.2.3 Models d’organització dels fitxers ...................................... 139 5.5.2.4 Models d’organització dels discos ....................................... 140 5.5.2.5 Ús de cachés de disc ............................................................ 141 5.5.3 Planificació de disc per multimèdia ................................................. 141 5.5.3.1 Estàtica................................................................................. 141 5.5.3.2 Dinàmica .............................................................................. 142 5.5.4 Exemple: el sistema operatiu BeOS ................................................. 142 5.5.4.1 Versions de BeOS 5.0 (agost 2000)..................................... 142 5.5.4.2 Aspectes característics del BeOS ........................................ 143 5.5.4.3 Aspectes tècnics de BeOS ................................................... 143 5.6. Extensions multimèdia del sistema operatiu .............................................. 146

6. Apèndixs........................................................................................................... 149 6.1. Bibliografia ................................................................................................. 149 6.1.1 Bibliografia bàsica ............................................................................ 149 6.1.2 Bibliografia complementària ............................................................ 149

Aquest material respon a les necessitats de l’assignatura Programació Multimèdia de l’Escola Universitària d’Informàtica Tomàs Cerdà. Està pensat per ser una base en l’estudi de la matèria i una eina d’ajuda per la superació de l’assignatura.

Aquesta base s’aprofundirà i ampliarà a les classes de l’assignatura, tot i que els mateixos materials permeten, a qui ho desitgi, investigar més a fons els conceptes relacionats amb la matèria en incorporar una gran quantitat d’enllaços web.


En aquest primer tema començarem introduint els principals mitjans emprats actualment i, després de parlar de l’hipertext i l’hipermèdia, entrarem a estudiar-los en detall. Veurem de cada un les seves característiques principals, les formes que hi ha de desar-los i els seus formats més habituals.

1.1. Hipertext, multimèdia i hipermèdia

Tot seguit introduirem breument els tipus de mitjans emprats més habitualment i expli-carem el funcionament del sistema d’hipertext, analitzant-ne la interrelació amb els sistemes d’hipermèdia.

1.1.1. Mitjans

1.1.1.1 Tipusdemitjans

Medium: (del llatí) Matèria intermèdia sobre la qual alguna cosa és transmesa o trans-portada.

Criteris de classificació dels mitjans 12

1. Percepció: Com percebem la informació? visual: text, imatge, vídeo; oïda: música, parla; tàctil: braille...; olfactiva; ...

2. Representació: Com es codifica la informació? formats de text: ASCII, EBCDIC; gràfics: GKS, OpenGL; audio stream: PCM amb quantificació lineal de 16 bits; imatge: fax (ISO grup 3), JPEG; àudio/vídeo combinat: estàndards de televisió com PAL o SECAM per codificar-los i MPEG per guardar-los.1

3. Presentació: A través de quin mitjà es lliura la informació? paper, pantalla, LCD2, altaveu,... per lliurar-la i teclat, càmera, ratolí, micròfon,... per introduir-la.

4. Emmagatzemament: On es desa la informació? paper, disc dur, DVD, CD, llapis USB,...5. Transmissió: A sobre de què serà transmesa la informació? Xarxa cablejada amb RJ45, xarxa

amb fibra òptica, xarxa inalàmbrica, ràdio,...6. Intercanvi d’informació: Quin portador s’utilitza per a l’intercanvi d’informació? Transmissió directa amb

xarxes d’ordinadors, e-mail que combina transmissió i emmagatzemament,...

1. Cerqueu vídeo a http://es.wikipedia.org, llegiu l’article i al seu final podeu ampliar la informació als enllaços sobre els diferents tipus de formats i els connectors que s’utilitzen habitualment.

2. Aquí teniu uns interessants documents de com es construeixen les pantalles LCD: http://www.auo.com/?sn=195&lang=en-US

1. Introducció als diferents tipus de mitjans


Altres consideracions que cal tenir en compte fan referència a:

— Els valors de la representació, per exemple, el text visual es pot representar per una seqüència de caràcters, però per representar la parla es pot utilitzar una ona de pressió. Aquests valors representatius poden ser considerats com una seqüència de valors discrets amb vista al seu tractament i emmagatzemament.

— Les dimensions de la representació. Cada representació espacial consisteix en una dimensió de representació o més d’una. Per exemple, la pantalla n’utilitza dues, però l’holografia o l’estereofonia (so codificat en dos canals o més) requereixen una nova –tercera– dimensió espacial. Si, a més, es té una seqüència temporal, encara s’hi ha d’afegir una altra dimensió –la quarta–, cosa que dóna peu a una nova classificació segons la independència temporal dels mitjans.

Mitjans més habituals

Tot seguit descriurem els mitjans utilitzats més habitualment, especificant només algunes de les seves característiques. Més endavant, en aquest mateix tema, aprofundirem en el seu coneixement.

• ÀudioUn senyal d’àudio és un senyal analògic elèctricament exacte a un senyal sonor; nor-malment està acotat al rang de freqüències audibles pels éssers humans. És a dir, el so audible per l’home.

Aquest senyal analògic es mostreja periòdicament i els valors discrets es desen en un fitxer que posteriorment podrà ser reproduït.

Sense comprimir ocupa molt espai.

• TextÉs una composició de signes codificats en un sistema d’escriptura (com un alfabet) que forma una unitat de sentit (o no, si està xifrat). Així, l’entramat de signes amb intenció comunicativa adquireix significat en un context determinat. És el mètode habitual de comunicació asíncrona entre les persones i la forma tradicional de comunicació entre persones i ordinadors. Alguns tipus poden ser:

Text pla Text sense format (usa entre 5 i 8 bits per codificar cada caràcter).Text amb format Text on introduïm propietats com el color, la font, l’estil, etc. Text lineal Només permet una lectura seqüencial.Hipertext Permet saltar a diferents punts d’aquest mateix o d’un altre docu-

ment.

• GràficsDocuments formats per primitives gràfiques (línies, cercles, polígons, etc.). La semàntica –el significat rellevant– d’aquestes primitives s’ha d’interpretar i obtenir la representació adient (normalment píxels) abans de realitzar la representació del gràfic en un dispositiu.

Poden incloure interactivitat i ocupen relativament poc espai.


• ImatgesDocuments formats per la informació relativa al color de cadascun dels seus píxels.

Sense comprimir ocupen molt espai.

• AnimacionsSeqüència de gràfics en moviment, és a dir, gràfics que canvien en funció del temps.

Ocupen relativament poc espai. Tenen una gran capacitat de modificació.

• VídeoSeqüència d’imatges o fotogrames que es presenten amb un tempo (fotogrames/segon) determinat i que generen en l’observador la sensació de moviment.

Són complexos de modificar i ocupen molt espai.

1.1.1.2 MIME

(Multipurpose Internet Mail Extensions) És una classificació de mitjans que pretén que es puguin intercanviar tot tipus d’arxius a través d’Internet de manera transparent a l’usuari. Està controlada per la IANA (Internet Authority Numbers Assignment) segons uns tipus i subtipus que es poden trobar definits a: http://www.iana.org/assignments/media-types.

Alguns exemples poden ser:

Tipus Subtipus Extensió

application application/x-javascript (.js) Simple

audio audio/x-wav (.wav) Simple

image image/jpeg (.jpe .jpeg .jpg) Simple

text text/html (.html) Simple

video video/x-msvideo (.avi) Simple

multipart Compost

message message/rfc822 (.mht) Compost

Es pot trobar un detallat diccionari de tipus MIME a: http://www.glosarium.com/list/3

Activitats proposades:

• Connecteu-vos als dos enllaços anteriors (iana i glosarium) per aprendre més sobre MIME. També podeu llegir l’article http://es.wikipedia.org/wiki/Multipurpose_Internet_Mail_Extensions

• Dediqueu uns minuts a cercar informació sobre altres tipus de mitjans no tan habituals (lectors braille, impressores olfactives,...)


1.1.1.3.Mitjansdiscretsversusmitjanscontinus

Mitjans discrets (independents del temps) La informació en aquests mitjans consisteix exclusivament en una seqüència d’elements individuals o compostos sense un component de temps.

El seu temps de processament no és crític perquè la validació de les dades no depèn de cap condició temporal.

Exemples: text, gràfics.

Mitjans continus (dependents del temps) La informació no es defineix únicament pel seu valor individual, sinó també pel moment de la seva ocurrència.

El seu temps de processament és crític perquè la validació de les dades depèn de condicions temporals. Per exemple, una mostra d’àudio transmesa i que arriba massa tard serà invàlida si les mostres posteriors ja han arribat (i han estat escoltades).

Els valors de les representacions individuals són donats com una seqüència contínua de mostres periòdiques agafades en uns instants de temps determinats.

Exemples: àudio, vídeo, senyals de sensors (temperatura, humitat,...)

1.1.1.4.Streamsdedades

L’streaming fa referència a la tècnica de reproduir un arxiu directament, sense necessitat de descarregar-lo totalment abans a l’ordinador, és a dir, es pot anar reproduint contí-nuament i sense interrupcions a mesura que es va descarregant.

En un Sistema Multimèdia Distribuït, la informació transmesa es divideix en petites unitats individuals (generalment anomenades paquets). Aquestes unitats bàsiques són enviades des d’un component del sistema –la font– fins a un altre –la destinació–. Font i destinació poden estar localitzades en el mateix sistema o en diferents màquines.

Una seqüència de paquets individuals transmesos utilitzant un mode dependent del temps s’anomena «data stream» (flux de dades).

Els paquets poden transportar informació de mitjans continus o discrets. Un exemple de stream de dades contínues és el flux de dades present durant la transmissió d’una con-versa en un sistema telefònic. D’altra banda, un exemple d’un stream de dades discretes podria ser la recuperació d’un document d’una base de dades.

Activitat proposada:

• Penseu un parell d’exemples de paquets continus de streams de dades. Indiqueu-ne després un parell d’exemples de paquets discrets.


Els documents lineals ordinaris permeten la reconstrucció del coneixement, però no la faciliten. En el cas de l’hipertext i l’hipermèdia, s’utilitza una estructura gràfica que simplifica el procés d’escriptura i de lectura.

1.1.3.1.Introduccióal’hipertext

Quan dins un document es troben referències creuades que condueixen el lector a múl-tiples cerques en diferents llocs, podem fer servir l’ajut d’una facilitat electrònica: els enllaços d’informació o «links».

Per exemple, el manual de referència d’un avió està escrit per diferents autors, només algunes parts seran llegides linealment i moltes paraules potser tindran referències creuades a les seves definicions o enllaços a: altres parts del manual, altres documents d’utilització (text), demostracions de funcionament (aplicacions executables externes, vídeos), els aeroports (imatges), estadístiques (gràfiques), etc.

L’hipertext és una tecnologia que organitza una base d’informació en diferents blocs de continguts que estan connectats a través d’una sèrie d’enllaços, l’activació dels quals provoca la recuperació de la informació associada. És a dir, la lectura no ha de ser necessàriament lineal, sinó que el lector pot escollir la seqüència de lectura. És important ressaltar que l’hipertext no està limitat a dades textuals, sinó que pot utilitzar qualsevol altre tipus de mitjà (gràfics, imatges, àudio...).

Figura 1.1. Text seqüencial (esquerra) i hipertext (dreta)


1.1.3.2.Arquitecturad’unsistemahipertext

El podem dividir en tres capes amb diferents funcionalitats:

Figura 1.2. Arquitectura d’un sistema hipertext

— Presentació: determina les dades que es presenten a la interfície d’usuari i com es presenten.

— Màquina abstracta d’hipertext: coneix l’estructura del document i, per tant, també dels enllaços i dels seus atributs i els gestiona.

— Emmagatzemament (o base de dades): Conté les funcions que estan relacionades amb l’emmagatzemament de dades.

1.1.3.3.Cadenad’informaciónolineal:nodes,enllaços(vincles)iàncores

Com hem dit, en els sistemes d’hipertext els lectors poden fer lectures no sols seqüen-cials sinó que poden triar el camí de lectura entre els enllaços determinats per l’autor de la informació.

Figura 1.3. Exemple d’un enllaç hipertext amb àncores

L’estructura de l’hipertext és un graf on els nodes són les unitats lògiques d’informació (per exemple: elements de text, gràfics, àudio o vídeo) i les arestes són els vincles que proporcionen enllaços a altres unitats d’informació.


Figura 1.4. Relacions entre multimèdia, hipertext i hipermèdia

1.1.3.6.SGMLiHTML

SGML (Standard Generalized Markup Language) és un sistema estandarditzat de proces-sament de documents7 que permet descriure l’estructura de documents de diferents tipus.

SGML8 especifica la sintaxi (organització i etiquetat dels documents), però no la semàntica. Descriu les connexions entre els elements individuals representats com a models. La manipulació del model descriu totes les operacions permeses per crear, can-viar o eliminar la informació multimèdia.

Els documents HTML (HyperText Markup Language) són un tipus de document SGML. Són documents d’hipertext àmpliament difosos gràcies a Internet i la base del que avui coneixem com a web. Però hi ha molts altres llenguatges, especialment de publicació de documents, que l’utilitzen com ara postscript, RTF o TeX.

HTML és un estàndard definit pel W3C (World Wide Web Consortium, http://www.w3.org) que permet definir l’estructura d’un document mitjançant una sèrie d’etiquetes (tags).

Referència al llenguatge HTML: http://www.w3.org/MarkUp/

Figura 1.5. Relacions entre SGML, HTML, XML i XHTML

7. Hi ha altres arquitectures de documents propietàries, com per exemple DCA (Document Content Architecture de DEC o MO:DCA de IBM.

Podeu trobar tota la informació sobre SGML a: http://www.w3.org/MarkUp/SGML/ 8. Dins la referència d’hipertexto.info trobeu l’SGML a: http://www.hipertexto.info/documentos/sgml.htm


1.2. Àudio: propietats, emmagatzemament i formats

1.2.1. Propietats del so

El so és un fenomen físic produït per la vibració de la matèria, com per exemple una corda de violí. En vibrar la matèria es creen variacions de pressió en l’aire que la circumda.9

Aquesta alteració d’altes i baixes pressions es propaga a través de l’aire en forma d’ona. El patró d’aquesta oscil·lació rep el nom de waveform (forma d’ona).

Figura 1.6. Waveform

El waveform repeteix la mateixa figura a intervals regulars. L’amplada d’aquesta ona es diu període (T).

La freqüència d’un so és la inversa del període (f = 1/T), és a dir, representa el nombre de períodes que es repeteixen en un segon i es mesura en hertz (Hz) o cicles per segon.

L’amplitud d’un so és la mida del desplaçament de l’ona de pressió des del seu estat de repòs.

Classificació dels sons en funció de la freqüència:

Infrasò (freqüència inferior a la mínima audible) des de 0 Hz fins a 20 Hz

Rang audible pels humans des de 20 Hz fins a 20 kHz

Ultrasò (freqüència superior a la màxima audible) des de 20 kHz fins a 1 GHz

Hipersò des d’1 GHz fins a 1 THz

Es denomina àudio els sons que estan dins el rang audible pels humans i senyals acústics les ones d’aquest rang de freqüència.

1.2.2. Conceptes físics

L’orella humana pot arribar a percebre variacions de pressió amb freqüències compreses entre 1.620 Hz i 20.000 Hz. Totes les orelles no assoleixen aquesta extensió, sobretot cap a les freqüències altes. A mesura que avança l’edat, la sensibilitat auditiva decreix considerablement en dos sentits: en la dificultat per apreciar vibracions acústiques febles i en la limitació del rang de freqüències audibles.

9. Amplieu-ne informació a: http://es.wikipedia.org/wiki/Sonido o en català a http://ca.wikipedia.org/wiki/So


L’òrgan auditiu té una característica molt peculiar, que és la de presentar un cert aïllament acústic pel que fa als sons generats des de l’interior del cos humà, incloent-hi la pròpia veu. Cal destacar que l’òrgan auditiu capta l’energia acústica per dues vies. L’una és la via aèria, descrita anteriorment, i l’altra és la transmissió de la vibració pels ossos del crani que, tot i tenir menys incidència, no es poden menystenir en alguns casos patològics.

Figura 1.7. Representació interna de l’orella

L’orella pot localitzar la direcció d’una font sonora gràcies a les diferències de percep-ció de cada orella, perquè el so, en propagar-se, perd intensitat. A més, cada orella capta diverses fases del so. Els pavellons auriculars són com antenes direccionals que capten millor els sons provinents de la part de davant de l’oïdor que els de la part posterior.

La diferència de fase respecte de la captació del so per l’orella està relacionada amb la longitud d’ona del so i amb la distància entre les dues orelles (separades uns 15 cm). Les longituds d’ona dels sons audibles s’estenen des d’uns 17 mm fins a uns 17 m (de 20.000 Hz a 20 Hz); per això els sons que tinguin una longitud d’ona sensiblement inferior a la distància de separació entre les dues orelles es perceben amb notables diferències de fase i proporcionen, d’aquesta manera, informació sobre la procedència del so.

Com que a les baixes freqüències els corresponen longituds d’ona llargues, la diferèn-cia de fase amb prou feines influeix en la recepció dels sons. Per aquesta raó, és difícil localitzar la procedència d’un so greu. D’altra banda, els sons aguts, d’alta freqüència, són fàcilment localitzables, ja que en tenir una longitud d’ona menor arriben a l’orella amb diferències de fase prou apreciables.

L’enregistrament del so sol ser monofònic o estereofònic (també pot ser tetrafònic o quadrifònic). És monofònic quan és captat només per un micròfon, cosa que és assimi-lable a escoltar per només una oïda. L’estereofonia requereix la captació del so per dos micròfons que representen les dues orelles. Aquesta dualitat s’ha de mantenir durant tot el procés, fins a arribar a la reproducció per altaveus independents.


1.2.3. Representació computacional del so

Mitjançant un micròfon podem obtenir el waveform com un senyal elèctric analògic que el representa: en funció de la pressió del waveform també variarà la tensió elèctrica del senyal analògic.

Figura 1.8. Obtenció del senyal analògic corresponent al waveform

Però aquest senyal analògic no és suficient. Per poder treballar-hi directament des d’un ordinador haurem de digitalitzar-lo.10

Digitalitzar implica mesurar l’amplitud del waveform en intervals de temps regulars, produint una sèrie de valors que representen el waveform original i que podran ser tractats des d’un ordinador.

Anomenem samples o mostres a cadascuna de les mesures que es fan del senyal analògic.

Un ADC (Analog-to-Digital Converter) és un mecanisme que permet convertir un senyal analògic en un senyal digital. En canvi, un DAC11 (Digital-to-Analog Converter) realitza la conversió inversa: de digital a analògic.

1.2.3.1.PCM(PulseCodeModulation)12

És un mètode estàndard que permet convertir senyals analògics en senyals digitals. Aquest mètode interpreta cada mostra com un pols d’una amplitud determinada que és codificada binàriament.

Es denomina sampling rate, o freqüència de mostreig, a la freqüència amb la qual s’agafen les mostres del waveform continu.

Teorema de Nyquist:

Per a una digitalització sense pèrdua, el sampling rate ha de ser més gran que el doble de la freqüència màxima (fmàx) present al senyal.13

10. Amplieu coneixements de la digitalització (conversió analógica-digital) a: http://es.wikipedia.org/wiki/Digitalizar 11. Sobre la conversió digital a analògic vegeu: http://es.wikipedia.org/wiki/Conversión_digital-analógica 12. Modulació per impulsos codificats a: http://es.wikipedia.org/wiki/Modulación_por_impulsos_codificados 13. Teniu més explicacions del teorema de Nyquist a: http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia_de_muestreo


Exemple:

L’ample de banda d’un senyal d’àudio (rang de freqüències entre les quals opera) és de [20Hz -20KHz]. Segons el teorema de Nyquist, si volem digitalitzar un senyal d’àudio sense pèrdua d’informació el sampling rate haurà de ser superior a 2·20 KHz = 40 KHz

Exercici:

Quin és el rang de períodes en què estan incloses les ones dels senyals d’àudio audibles pel humans?

La resolució o quantificació del valor d’un sample (una mostra) depèn del nombre de bits que s’utilitzen per a la seva representació.

La discretització del senyal (conversió del valor continu a una seqüència de valors discrets) es realitza mitjançant la quantificació en diferents nivells i pot ser lineal (tots els nivells tenen la mateixa amplada) o no lineal (els nivells tenen diferents amplades, cosa que implica que uns tinguin més resolució que els altres).

Per a la discretització lineal, la resolució ve donada per la diferència entre els valors dels nivells.

Tenim que:

∆ = (Vmàx-Vmín) / N {en un cas general}

∆ = (2·Vmàx) / N {quan el senyal està centrat a zero: Vmín = -Vmàx}

On: ∆: Interval de quantificació

N: Nombre de nivells de quantificació

n: Nombre de bits destinats a la quantificació N = 2n

Vmàx: Tensió màxima que volem representar

Vmín: Tensió mínima que volem representar

Vegem un exemple de digitalització PCM. Amb discretització lineal, un senyal que operi en el rang [+1V,-1V] amb 4 bits de codificació tindria una resolució de:

∆ = (Vmàx-Vmín) / N = 1-(-1) / 24 = 2 / 16 = 0,125V

Una possible porció de l’stream de dades d’aquest senyal PCM un cop digitalitzat seria la següent:

0101 1010 1000 1011 0100 0110 1001 1000 1011 0100 0111


Figura 1.9. Exemple de digitalització PCM del senyal analògic

1.2.3.2 Mètodesbàsicsdecompressió(ambpèrduadequalitat)

El problema de la discretització del senyal analògic radica en què genera una gran quan-titat de dades, que ocupen molt espai. Cal aplicar-hi tècniques per reduir-ne el volum i comprimir-les.

La compressió de les dades recollides a la digitalització es pot dur a terme de dues maneres:

• Reduint el nombre de bits• Reduint el nombre de mostres

En tots dos casos es produeix una pèrdua de qualitat en el senyal discretitzat.

Reduint el nombre de bits

Aquests mètodes redueixen la quantitat d’informació total reduint el nombre de bits des-tinats a la quantificació de cada mostra i conseqüentment el nombre de nivells de quanti-ficació, reduint per tant la resolució. Tornant a l’exemple anterior, si reduïm 1 bit/sample, utilitzant 3 bits en comptes de quatre, tenim que:

∆= 1-(-1) / 23 = 2/8 = 0,250 V

Amb això la mateixa porció de l’stream de dades del senyal digitalitzat seria ara:

010 101 100 101 010 011 100 100 101 010 011

Neuroanatomía y neurología clínica - UAB Barcelona · Neuroanatomía y neurología clínica...

Documents

Transcript of Neuroanatomía y neurología clínica - UAB Barcelona · Neuroanatomía y neurología clínica...