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

Sampling Signal in Intervallen abtasten und digitalisieren Shah-Funktion 1 kHz 10 kHz Originalkurve Sample 44,1 kHz

Sampling 440 Hz-Ton „fade in“

Sampling Spektrum berechnet mit Fast Fourier Transform FFT 440Hz

Abtast-Theorem: Ist fmax die höchste vorkommende Frequenz, so kann eine mit mindestens doppelter Frequenz abgetastete Kurve exakt rekonstruiert werden. (Shannon, Nyquist) Anmerkung: ... wenn keine Quantisierungsfehler vorhanden sind !

Analog-Digital-Analog-Verarbeitungskette Taktgeber Tiefpass- Filter ADC Digitale Verarbeitung DAC Tiefpass Filter Analoges Eingangs- Signal Analoger Ausgang Digitale Samples Digitale Samples Treppchen- signal Frequenz- begrenztes Analogsignal

44,1 kHz Samplingfrequenz, 16 Bit Tiefe, Stereo CD-Qualität Ca. 175 kB/s 44100 pro s 16 Bit = 2 Byte Dauer 20 s Stereo 2 Kanäle Dateigröße: 44.100 * 2 * 20 * 2 = 3.528.000 Byte

11,025 kHz Samplingfrequenz, 16 Bit Tiefe, Stereo Grenz-frequenz nahe 5,5 kHz 44 kB/s 11025 pro s 16 Bit = 2 Byte Dauer 20 s Stereo 2 Kanäle s Dateigröße: 11.025 * 2 * 20 * 2 = 882.000 Byte

22,050 kHz Samplingfrequenz, 8 Bit Tiefe, Stereo 44 kB/s 22050 pro s 8 Bit = 1 Byte Dauer 20 s Stereo 2 Kanäle Dateigröße: 22.050 * 1 * 20 * 2 = 882.000 Byte

Quantisierungsfehler Genauigkeit der Messwerte hängt von der Samplingtiefe ab

Sampling Samplingtiefen und Bitraten Abtastrate legt definitiv höchste übertragbare Frequenz fest Sprache: Frequenzen < 4kHz UKW-Rundfunk bis 15 kHz CD-Qualität bis ca. 20 kHz Beispiel: Audio-CD 2 Kanäle Samplingtiefe 16 Bit 44100 Samples/s 2*2 Byte*44100/s = 176400 Byte/s Je höher die Samplingtiefe, um so exakter wird das Signal abgetastet. Beispiel: ISDN-Telefonie 64 kBit/sec DAT /DV 48 kHz, 16 Bit, 2 Kanäle

Störleistung auf Grund diskreter Quantisierung Quantisierungsfehler gleichverteilt USS 3 2 1 Aus dem Quantisierungsfehler resultierende Störleistung: Elektrische Leistung:

Störabstand = Signalleistung / Störleistung Nutzleistung Nutzleistung:Störleistung USS 3 2 1 Signal-Leistung bei gleich- verteilten Werten 0..USS Störabstand dB: +1 Bit Sample-Tiefe + 6 dB Störabstand 16 Bit etwa 100 dB

Sampling: Leise Stellen 1 Rauschen und Knistern bei geringer Samplingtiefe Nichtlineares Abtasten A-law μ-law -Abtastung

Codecs: Coder/Decoder

Vorlesung „Medientechnik WS 1999/2000“ Dr. Manfred Jackel Studiengang Computervisualistik Institut für Informatik Universität Koblenz-Landau Rheinau 1 56075 Koblenz © Manfred Jackel E-Mail: jkl@uni-koblenz.de WWW: www.uni-koblenz.de/~jkl mtech.uni-koblenz.de Literatur zu diesem Kapitel Hyperlinks zu diesem Kapitel Grafik-Quellen