Insegnamento della Laurea Magistrale in Ingegneria del Cinema e dei Mezzi di Comunicazione e dell'orientamento Grafica e Multimedia della Laurea Magistrale in Ingegneria Informatica, collocato al I semestre del II anno. In questo corso vengono ripresi e approfonditi alcuni argomenti di Elaborazione e Trasmissione di Informazioni Multimediali e di Teoria ed Elaborazione dei Segnali per fornire allo studente gli strumenti teorico-pratici per il trattamento digitale dell’audio nei vari contesti della produzione e dell’analisi di materiale multimediale.

Conoscenza e capacità di comprensione - Conoscenza delle tecniche di rappresentazione digitale del segnale audio; capacità di analizzare e calcolare i parametri caratterizzanti delle varie tipologie di segnali audio sapendo valutare i vantaggi dell'impiego di ciascuna tecnica in differenti contesti. - Conoscenza delle fondamentali nozioni di psicoacustica per la comprensione delle tecniche di elaborazione e analisi del suono nel dominio del tempo e della frequenza. - Conoscenza degli algoritmi e standard di codifica e compressione del segnale vocale e audio (standard ITU, MPEG, Dolby); capacità di utilizzare, modificare e configurare in modo appropriato i diversi standard in funzione dei vari scenari applicativi. - Conoscenza delle tecnologie per la sintesi e modellizzazione dei segnali audio ivi compresa la descrizione dell'audio sintetico e partiture musicali. - Conoscenza delle principali metodologie e pratiche per l’editing del segnale audio digitale nel contesto della produzione di materiale multimediale Capacità di applicare conoscenza e comprensione - Capacità di applicare filtri di elaborazione su segnali audio digitali attraverso programmi di calcolo numerici o linguaggi di programmazione. - Capacità di applicare le tecniche di elaborazione dell’audio per la creazione di effetti audio digitali. - Comprensione dei fattori di merito nella scelta e progettazione di un codificatore audio e voce; capacità di affrontare le principali questioni legate all'utilizzo di diversi formati per contenuti multimediali. - Capacità di applicare le tecniche di editing non lineare per la gestione e la produzione di contributi audio in ambito multimediale

Conoscenze di base di teoria ed elaborazione dei segnali digitali: filtri numerici, trasformata di Fourier, analisi dei segnali nel dominio del tempo e della frequenza. Conoscenza di base di linguaggi di calcolo numerico come Matlab o Octave, conoscenza avanzata dei linguaggi di programmazione (linguaggio C preferibilmente) per lo studio dei codificatori/decodificatori audio e lo sviluppo di software per l'elaborazione dell'audio digitale.

* Il suono come segnale: caratteristiche fondamentali e psicoacustica. (6h) -- Caratteristiche fisiche (Intensità e frequenza) in relazione a caratteristiche percettive (volume, altezza e timbro) di un suono -- Evoluzione temporale dei suoni e curve ADSR (attacco, decadimento, sostegno e rilascio) -- Localizzazione delle sorgenti sonore e spazializzazione * La rappresentazione digitale del segnale audio. (6h) -- Quantizzazione e rapporto segnale rumore (SNR) -- Errore di quantizzazione, distorsione armonica, dithering, range dinamico, clipping e aliasing -- Quantizzazione non uniforme (log-PCM) e quantizzazione differenziale (DPCM) * Tecniche di sintesi e di editing di segnali audio. (6h) -- Oscillatore digitale e sintesi wavetable -- Sintesi additiva e sottrattiva -- Modulazione in ampiezza ed in frequenza per la sintesi audio * Analisi ed elaborazione segnale audio: tecniche nel dominio del tempo e della frequenza. (9h) -- Ripasso su trasformata di Fourier digitale (DFT) -- Trasformata di Fourier digitale “a breve termine” e trade-off risoluzione tempo-frequenza * Tecniche e standard di codifica digitale del segnale vocale. (9h) -- Caratteristiche del segnale vocale -- Modello di produzione del segnale vocale -- Il modello basato su predizione lineare (LPC) e stima dei parametri -- Analisi del residuo di predizione: modellazione del pitch e del segnale di eccitazione (CELP) * Tecniche e standard di codifica digitale del segnale audio. (9h) -- Introduzione alla codifica audio lossy e alla valutazione della qualità audio -- Modello di codificatore audio percettivo secondo lo standard MPEG -- Definizione delle soglie di mascheramento ed entropia percettiva -- Tecniche di analisi e codifica audio nel dominio della frequenza: filtri a sottobande (PQMF) e trasformate (MDCT) -- Descrizione e analisi degli standard MPEG 1 L-III (MP3) ed MPEG 4 (AAC)

Sono previste 5 diverse esercitazioni sperimentali in laboratorio (15h) che riguardano l'implementazione delle tecniche di codifica, analisi, sintesi ed elaborazione dell'audio digitale illustrate a lezione tramite l'utilizzo di linguaggi di programmazione (C/Java) o programmi di calcolo numerico (Matlab/Octave). In particolare gli argomenti oggetto di pratica in laboratorio riguardano: i) il progetto e la realizzazione di un quantizzatore digitale per l’audio, ii) l’implementazione di un modello di sintesi audio FM, iii) la realizzazione di un vocoder per l’analisi e il morphing del segnale vocale, iv) la creazione di un codificatore audio mp3 basato sull’analisi psicoacustica del segnale audio, v) la sperimentazione tramite piattaforme di audio editing.

Il testo di riferimento, che copre ad alto livello la quasi totalità degli argomenti presentati a lezione è "V. Lombardo e A.Valle, Audio e Multimedia, Apogeo". Tramite il portale della didattica viene messo a disposizione ulteriore materiale didattico per lo studio: copie elettroniche dei lucidi presentati in aula e degli appunti del docente, testi e riferimenti bibliografici integrativi, codice utilizzato a lezione e nei laboratori, esempi di temi d’esame.

Modalità di esame: Prova orale facoltativa; Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti; Elaborato progettuale in gruppo;

L'esame finale mira a verificare l'acquisizione delle conoscenze e delle capacità obiettivo dell'insegnamento tramite una prova scritta costituita prevalentemente da domande a risposta aperta, circa 10, relative a tutti gli argomenti delle lezioni e dei laboratori. La valutazione dell'elaborato è espressa in trentesimi e viene fatta considerando a) la correttezza delle risposte, b) la pertinenza delle informazioni fornite, c) la capacità di rispondere in modo chiaro, preciso e razionale, motivando adeguatamente le argomentazioni prodotte. L'elaborato comprende anche la richiesta di risolvere uno o due problemi per verificare la capacità di analizzare situazioni pratiche e applicare le conoscenze in contesti d'uso particolari vincolati da singolari specifiche tecniche. Il tempo a disposizione dello studente per la prova scritta è di 2 ore e non è possibile consultare materiale didattico né appunti o altri testi. L'esame prevede inoltre una discussione orale della prova scritta, durante la quale il docente può richiedere di approfondire alcuni argomenti trattati nel corso allo scopo di accertare ed approfondire le conoscenze dello studente. Il voto finale è composto essenzialmente dalla valutazione dello scritto a cui si aggiunge il contributo della discussione orale che può far variare il voto finale sia in positivo sia in negativo per un massimo di tre punti. Di norma la discussione orale dell’esame va sostenuta nell’appello in cui si è superato lo scritto. Gli studenti, in gruppi da due persone, possono integrare la valutazione finale, fino ad un massimo di tre trentesimi, tramite la realizzazione di un progetto di elaborazione audio proposto dal docente da consegnarsi e discutere entro il primo appello d'esame. Il progetto costituisce un ulteriore elemento per valutare le abilità dello studente nel risolvere problemi in contesti nuovi e più ampi rispetto ai casi specifici analizzati nel corso dell'insegnamento, e verificarne l'autonomia nell'apprendere le nuove conoscenze necessarie.

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa; Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti; Elaborato progettuale in gruppo;

L'esame finale mira a verificare l'acquisizione delle conoscenze e delle capacità obiettivo dell'insegnamento tramite una prova scritta costituita prevalentemente da domande a risposta aperta, circa 10, relative a tutti gli argomenti delle lezioni e dei laboratori. La valutazione dell'elaborato è espressa in trentesimi e viene fatta considerando a) la correttezza delle risposte, b) la pertinenza delle informazioni fornite, c) la capacità di rispondere in modo chiaro, preciso e razionale, motivando adeguatamente le argomentazioni prodotte. L'elaborato comprende anche la richiesta di risolvere uno o due problemi per verificare la capacità di analizzare situazioni pratiche e applicare le conoscenze in contesti d'uso particolari vincolati da singolari specifiche tecniche. Il tempo a disposizione dello studente per la prova scritta è di 2 ore e non è possibile consultare materiale didattico né appunti o altri testi. L'esame prevede inoltre una discussione orale della prova scritta, durante la quale il docente può richiedere di approfondire alcuni argomenti trattati nel corso allo scopo di accertare ed approfondire le conoscenze dello studente. Il voto finale è composto essenzialmente dalla valutazione dello scritto a cui si aggiunge il contributo della discussione orale che può far variare il voto finale sia in positivo sia in negativo per un massimo di tre punti. Di norma la discussione orale dell’esame va sostenuta nell’appello in cui si è superato lo scritto. Gli studenti, in gruppi da due persone, possono integrare la valutazione finale, fino ad un massimo di tre trentesimi, tramite la realizzazione di un progetto di elaborazione audio proposto dal docente da consegnarsi e discutere entro il primo appello d'esame. Il progetto costituisce un ulteriore elemento per valutare le abilità dello studente nel risolvere problemi in contesti nuovi e più ampi rispetto ai casi specifici analizzati nel corso dell'insegnamento, e verificarne l'autonomia nell'apprendere le nuove conoscenze necessarie.