Señales Analógicas y señales Digitales, gráfica con Python

Edison Del Rosario

5 May 202207:35

Summary

TLDREl script aborda el tema de señales analógicas y digitales, destacando el procesamiento y almacenamiento de señales de audio en formato digital. Se describe el uso de archivos de audio como la muestra 'alarma 01.wav', y se explica el proceso de lectura y análisis de estas señales con el software Payton, incluyendo la obtención de la frecuencia de muestreo y la visualización gráfica de los datos. Además, se menciona la diferencia entre la representación continua y discreta de señales, y se invita a los usuarios a participar en la discusión a través de comentarios o foros.

Takeaways

📚 Se discuten señales analógicas y digitales, destacando que las señales de audio son de naturaleza analógica pero se procesan y almacenan en formato digital.
💾 Se menciona el uso de un archivo compartido para trabajar con señales, el cual debe ser descargado y copiado en el directorio de trabajo del curso.
📈 Para representar señales, se utilizan funciones matemáticas y se hacen gráficas con la ayuda de bibliotecas como MATLAB y SciPy.
🔊 Se requiere una biblioteca adicional llamada 'waves' para la lectura de archivos de audio en formato .wav.
📄 Al leer un archivo de audio, se obtienen dos parámetros fundamentales: la velocidad de muestreo y el sonido en sí.
🎛️ La velocidad de muestreo para el archivo dado es de 22.05 muestras por segundo, lo que equivale a 22 kHz.
🔉 El archivo contiene 1,228,680 muestras en dos canales, asumiendo que el canal 0 es el de la izquierda y el canal 1 es el de la derecha.
🕒 Se describe un procedimiento para observar un segmento de sonido específico, señalando el inicio y el final en términos de muestras.
📊 Se sugiere la visualización gráfica de un segmento de sonido seleccionado para analizar su comportamiento oscilatorio.
📈 Se destaca la importancia de etiquetar correctamente los ejes en las gráficas, usando unidades de tiempo y señales para facilitar la interpretación.
🔄 Se menciona la posibilidad de cambiar la instrucción 'block' por 'stem' para representar una señal discreta y no una gráfica continua.
💬 Se anima a los estudiantes a escribir consultas o comentarios en la sección de comentarios o en el foro del curso.

Q & A

¿Qué tipo de señales se discuten en la transcripción?
-Se discuten señales analógicas y digitales, específicamente señales de audio en formato compacto.
¿Cómo se representan las señales continuas y discretas?
-Las señales continuas y discretas se representan a través de funciones matemáticas y se consideran en el contexto de procesamiento y almacenamiento de señales de audio.
¿Qué archivo se utiliza para el procesamiento de señales en este ejemplo?
-Se utiliza el archivo 'alarma01.wav' ubicado en el directorio de descargas y copiado en el directorio de trabajo del curso.
¿Qué librerías son necesarias para procesar numéricamente y graficar los datos?
-Se necesitan las librerías conocidas para procesamiento numérico como MATLAB, además de la librería 'waves' dedicada a la entrada/salida de archivos de audio.
¿Cuál es el procedimiento para leer el archivo de audio?
-Consiste en obtener dos parámetros: la velocidad de muestreo y el sonido en sí, utilizando la instrucción 'waves.read'.
¿Cuál es la frecuencia de muestreo del archivo 'alarma01.wav'?
-La frecuencia de muestreo es de 22.050 muestras por segundo, es decir, 22 kilohertz.
¿Cuántas muestras y canales de audio existen en el archivo?
-Existen 122,868 muestras en dos canales de audio.
¿Qué canales de audio se consideran en el análisis?
-Se considera el canal 0 (primera columna) como el canal izquierdo y el canal 1 (siguiente columna) como el canal derecho.
¿Cuál es el intervalo de muestras que se observa en el ejercicio?
-Se observa desde la muestra 2600 hasta la muestra 2720.
¿Cómo se calcula el tamaño del paso o 'dt' para observar la señal?
-El tamaño del paso 'dt' se calcula como el inverso de la frecuencia de muestreo, lo que en este caso es aproximadamente 4.5 x 10^-5 segundos.
¿Cómo se representa gráficamente el segmento de sonido seleccionado?
-Se utiliza un segmento de tiempo y se indica el canal de audio a observar, el punto inicial y final de la observación. Se muestra el sonido utilizando la instrucción 'plot' para unir los puntos y 'show' para visualizar en pantalla.
¿Cómo se podría mejorar la gráfica del segmento de sonido?
-Se podrían añadir etiquetas a las lecturas de las x (tiempo en segundos) y a la etiqueta y (sonido observado en esas unidades de tiempo) para mejorar la claridad.
¿Qué sucede cuando se trata una señal analógica en una computadora?
-Aunque la señal es analógica, el procesamiento en una computadora se realiza por muestras discretas, lo que la convierte en una señal discreta en el sentido estricto.
¿Cómo se podría observar una señal discreta en lugar de una continua?
-Para observar una señal discreta, se podría cambiar la instrucción 'plot' por 'stem', lo que muestra los puntos sin unirlos por una línea.
¿Cómo se podrían mostrar los valores de un segmento de sonido en el bloque de salida?
-Se podrían mostrar los valores observando el segmento y asegurándose de que no sólo se muestren resúmenes del inicio y del final del archivo.

Outlines

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📚 Procesamiento de Señales Analógicas y Digitales

Este párrafo aborda la diferencia entre señales analógicas y digitales, y cómo las señales de audio, que son analógicas por naturaleza, son procesadas y almacenadas en formato digital. Se menciona el uso de un archivo de audio compartido para la práctica, y se detalla el proceso de lectura del archivo utilizando bibliotecas específicas para procesamiento numérico y entrada/salida de archivos de audio. Se destaca la importancia de la velocidad de muestreo y cómo se representa gráficamente el sonido observando un segmento específico del canal de audio seleccionado. Además, se explora la diferencia entre la representación de una señal continua y la de una señal discreta, y se sugiere la posibilidad de mejorar la gráfica con etiquetas y representaciones más precisas.

05:02

📈 Observación y Mejora de la Gráfica de Señales

En este párrafo, se profundiza en la observación de la señal de audio y se sugieren mejoras para la gráfica generada. Se describe cómo se puede observar una señal que varía de forma oscilatoria en un segmento específico y cómo se podría ampliar la observación para cubrir todo el archivo. Se discuten las opciones de visualización, como cambiar la instrucción 'block' por 'stem' para mostrar una gráfica de puntos no unidos. Se sugiere la tarea de ajustar variables y textos al formato de script y realizar observaciones en función de las muestras en lugar del tiempo total. Finalmente, se invita a los estudiantes a compartir inquietudes en la sección de comentarios o en el foro del curso.

Mindmap

Keywords

💡señales analógicas

Se refiere a señales que varían de manera continua en el tiempo, como la señal de audio que se produce al grabar una voz o un instrumento. En el video, se discute cómo estas señales son procesadas y almacenadas en formato digital, lo que implica una conversión de una señal continua a una señal discreta.

💡señales digitales

Son señales que representan información en forma de niveles discretos, en contraste con las señales analógicas que varían continuamente. En el contexto del video, las señales digitales son el resultado de la codificación de señales analógicas, permitiendo su procesamiento y almacenamiento en dispositivos electrónicos.

💡unidad de audio

Una unidad de audio es un dispositivo o software que permite la captura, el procesamiento y la reproducción de señales de audio. En el video, se utiliza una unidad de audio para manejar y analizar las señales de audio en formato digital.

💡formato de archivo

El formato de archivo es el tipo de estructura de datos utilizado para almacenar información en un archivo. En el video se menciona el formato '.wav', que es un formato de archivo de audio común utilizado para almacenar señales de audio en su forma no comprimida.

💡velocidad de muestreo

Es la frecuencia a la que se toman muestras de una señal analógica para convertirla en una señal digital. En el video, la velocidad de muestreo es de 22,050 muestras por segundo, lo que indica la cantidad de veces que se mide la señal en un segundo.

💡canales de audio

Los canales de audio se refieren a las diferentes pistas o fuentes de sonido en una grabación. En el video, se habla de dos canales, que podrían representar por ejemplo el sonido de la izquierda y la derecha en una grabación estéreo.

💡muestreo

El muestreo es el proceso de medir la amplitud de una señal analógica en intervalos específicos para su posterior conversión a una señal digital. En el contexto del video, el muestreo es crucial para la representación digital de la señal de audio.

💡librerías

Las librerías son colecciones de código preescrito que se pueden utilizar para realizar tareas específicas. En el video, se mencionan librerías como 'numpy' para procesamiento numérico y 'waves' para la manipulación de archivos de audio.

💡graficación

La graficación es la representación visual de datos, en este caso, de señales de audio. Se utiliza para observar y analizar visualmente las características de las señales, como su frecuencia y amplitud. En el video, se discute cómo generar gráficas de señales de audio usando herramientas gráficas.

💡segmento de sonido

Un segmento de sonido es una parte específica de una grabación de audio que se selecciona para su análisis. En el video, se indica cómo extraer y observar un segmento de sonido dado, desde una muestra específica hasta otra, para su estudio y análisis.

💡etiquetas gráficas

Las etiquetas gráficas son las leyendas o descripciones que se colocan en una gráfica para facilitar la interpretación de los datos presentados. En el video, se sugiere agregar etiquetas a las gráficas de señales de audio para mejorar la comprensión de los datos visualizados.

Highlights

Se discuten señales analógicas y digitales, y cómo las señales de audio de naturaleza analógica son procesadas y almacenadas en formato digital.

Se utiliza un archivo compartido para representar señales continuas y discretas en el contexto de audio.

El archivo de audio se encuentra en el directorio de descargas y es copiado al directorio de trabajo del curso.

Para procesar el archivo de audio, se requiere la librería 'waves' dedicada a la entrada y salida de archivos .wav.

El bloque de inicio indica el tipo de trabajo a realizar y las librerías necesarias para el procesamiento numérico y la gráfica.

La lectura del archivo de audio se realiza mediante la función 'waves.read', obteniendo la velocidad de muestreo y el sonido.

Se muestra la frecuencia de muestreo y las dimensiones del sonido, incluyendo el número de canales de audio.

Se asume que el canal 0 corresponde al canal izquierdo y el canal 1 al canal derecho del sonido.

Se selecciona un segmento de tiempo específico para observar la señal de audio, desde la muestra 2600 hasta la muestra 2720.

El tamaño de paso en el análisis de la señal es determinado por la frecuencia de muestreo, que es de 22.050 Hz.

Se utiliza un rango de tiempo para interpretar los elementos del sonido y se muestra cómo obtener una gráfica del sonido.

La gráfica resultante muestra una señal oscilatoria que representa el sonido en el segmento seleccionado.

Se sugiere observar otros segmentos para asegurarse de analizar todo el archivo de audio.

Se discuten posibles mejoras en la gráfica, como añadir etiquetas y leer en unidades de tiempo.

Se menciona la posibilidad de cambiar la instrucción 'block' por 'stem' para mostrar la gráfica de una manera diferente.

Se destaca la diferencia entre la representación de una señal analógica y la práctica de procesarla en forma discreta por computadora.

Se invita a los estudiantes a escribir sus inquietudes en la sección de comentarios o en el foro del curso.