Medien- Technik Digital Audio Medientyp digital audio representation Abtastfrequenz /sampling...
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Medien-Technik
Digital Audio
Medientyp digital audio
representation
Abtastfrequenz /sampling frequency
Quantisierung (Bittiefe)
Anzahl der Kanäle/Spuren
Interleaving bei Mehrkanal
Positiv/negativ
Codierung
operations
Speicherung
Zugriff auf Sequenzen
Editieren
Klangeffekte
Konvertierung
Pulse
Code
Modulation
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Medien-Technik
Sampling
Originalkurve
Sample 44,1 kHz
1 kHz 10 kHz
Signal in Intervallen abtastenund digitalisieren
Shah-Funktion
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Medien-Technik
Sampling
440 Hz-Ton„fade in“
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Medien-Technik
Sampling
Spektrum
berechnet mitFast FourierTransform FFT
440Hz
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Medien-Technik
Abtast-Theorem:Ist fmax die höchstevorkommende Frequenz,so kann eine mitmindestens doppelterFrequenz abgetasteteKurve exakt rekonstruiertwerden.
(Shannon, Nyquist)
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Medien-Technik
Zn
nxx
III Shah-Funktion mit Frequenz1
Zn
nxx
x
IIIIIIFT
f(x) zu sampelnde Funktionmit beschränktem Spektrum
xfxxg
III
SpektrumAusgangs-Signal
SpektrumagbetastetesSignal
Abtast-Theorem: Beweisidee
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Medien-Technik
Impulsfunktion xDefinition:
1 ,0 0 dxxxxDirac‘scheDelta-Funktion
Eigenschaften:
000 xfdxxxxfdxxxxf
0fdxxxf
xftxfdttxftxfx t
0
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Medien-Technik
Konvolution - Faltung
xgfdttxgtfxh
Definition:
Faltungssatz: dyeygdtetfdxexgf iyuituixu
uGuFuH kurz:
H: Fouriertransformierte von hG: Fouriertransformierte von gF: Fouriertransformierte von f
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Medien-Technik
Abtast-Theorem Shah-Funktion
1 ,0 0 dxxxx
n
n
nxx III
Dirac‘sche Delta-Funktion
Shah-Funktion
xa
ax 1Es gilt:
Es gilt: xxFT IIIIII
ZnZnZn an
xaa
nxanaxax 1
III
castleman
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Medien-Technik
Abtast-Theorem
xfFTxF Spektrum
xFxxG III)( Faltung FT(Shah) mit Spektrum
Kastenfunktion x
xGxxF
xxGFTxFFTxf 11
τx
xg sinc
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Medien-Technik
Tiefpass-Filter
ADCDigitale
VerarbeitungDAC
TiefpassFilter
AnalogesEingangs-Signal
DigitaleSamples
Frequenz-begrenztesAnalogsignal
DigitaleSamples
Treppchen-signal
AnalogerAusgang
Sampling
Analog-Digital-Analog-Verarbeitungskette
Taktgeber
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Medien-Technik
Sampling
Tiefpass-Filter
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Medien-Technik
Sampling
Aliasing bei falscher Abtastfrequenz
fmax-fmax
Frequenzspektrumdes Ausgangssignalsmit fmax
fs fs
Frequenzspektrumdes abgetastetenSignals mit fs
Fehler !
fmax-fmaxfs fmax-fmax
fs fmax-fmaxfs fmax-fmax
fs
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Medien-Technik
Sampling
Samplingtiefenund Bitraten
Beispiel: Audio-CD
2 KanäleSamplingtiefe 16 Bit44100 Samples/s
2*2 Byte*44100/s = 176400 Byte/s
Beispiel: ISDN-Telefonie
64 kBit/sec
DAT /DV
48 kHz, 16 Bit, 2 Kanäle
Sprache: Frequenzen < 4kHz
UKW-Rundfunk bis 15 kHz
CD-Qualität bis ca. 20 kHz
Abtastrate legt definitiv höchsteübertragbare Frequenz fest
Je höher die Samplingtiefe,
um so exakter wird das Signal
abgetastet.
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Medien-Technik
Sampling: Störabstand = Signalleistung / Störleistung
input0
1
2
3 Quantisierungsfehler
gleichverteilt
USS
12
nSSU
Q 2Q
Aus dem Quantisierungsfehler
resultierende Störleistung: 12
2QN
R
U
R
UU
IUN
2
*
*
ElektrischeLeistung:
2
Q
0t
tt
QtU
02
0
0
20
t
dttU
N
t
344
4 20
30
2
0
230
2
0
020
22
0
0
2
0
00
t
t
Qdtt
t
Q
t
dtttQ
t
dttU
Nt
tt
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Medien-Technik
Sampling: Störabstand = Signalleistung / Störleistung
input0
1
2
3 Quantisierungsfehler
gleichverteilt
USS
12
nSSU
Q 2Q
Aus dem Quantisierungsfehler
resultierende Störleistung: 12
2QN
R
U
R
UU
IUN
2
*
*
ElektrischeLeistung:
2
12
1SSUS Signal-Leistung bei gleich-
verteilten Werten 0..USS
22
2
1212
*12
nSS
Q
UNSStörabstand:
Störabstand dB: dB 62lg2012lg102
nnn
+1 Bit Sample-Tiefe
+ 6 dB Störabstand
16 Bit etwa 100 dB
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Medien-Technik
Sampling: Leise Stellen
1 Rauschen und Knisternbei geringer Samplingtiefe
NichtlinearesAbtasten A-law
μ-law-Abtastung