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© H.-D. Wuttke 2012

Sinneswahrnehmungen des Menschen

Tastsinn

Gleichgewicht

Geruch

Sehen Gehör

Sprache Aktion

Multimedia -“Kanäle“

des Menschen


Techniken für Medien im Wandel

Text : Bücher, Zeitschriften => Videotext, Textverarbeitung

Bild : Malerei, Druck, Fotographie => digitale Bildverarbeitung

Sprache : Telefon, Diktiergeräte => ISDN, GSM, UMTS

Ton : Schalplatte,Tonband => CD, MD, MP3-Stick

Bewegung : Film, Video, Zeichentrick => DVD, Computeranimation

Multimediale Kommunikation


Kontinuierliche Medien

Bewegung Audio- und Bewegtbild- Kodierung (MPEG1) (Moving Audiorate:von 32 ... 448 kBit/s wählbar 1,77 MBit/sPicture Experts konstante Datenrate: 1 856 000 Bit/sGroup)

Anmerkung: k in Verbindung mit Bit: 1 024k in Verbindung mit Byte: 1 024 ( 210 )k in Verbindung mit Hz: 1 000 (103 )M in Verbindung mit Bit: 1 048 576M in Verbindung mit Byte: 1 048 576 ( 220 )M in Verbindung mit Hz : 1 000 000 (106 )

M3: Multi-Media-Mogelfaktor


Anmerkung: k in Verbindung mit Bit: 1 024k in Verbindung mit Byte: 1 024 ( 210 )k in Verbindung mit Hz: 1 000 (103 )M in Verbindung mit Bit: 1 048 576M in Verbindung mit Byte: 1 048 576 ( 220 )M in Verbindung mit Hz : 1 000 000 (106 )


Kontinuierliche Medien


1.3 Historie

1980: Medientechnik und Computertechnik separat

Aufnahme Übertragung Wiedergabe

Rechner 1 Rechner 2Netz


Historie (5)

2000: Vollständige digitale Verarbeitung

Rechner 1 Rechner 2Netz

=> technische Voraussetzungen für multimediale Kommunikation lokal vorhanden


2. Medientyp Audio

2.1. Physikalische GrundlagenHörbereich Sensitivität

2.2. Digitalisierung/ SamplingZeit-/ FrequenzbereichSample-Rate, NyquistAliasing


Physikalische Grundlagen

SchallFrequenz Amplitude

Menschliche WahrnehmungHörbereichLautstärke (Fletcher-Munson)Besonderheiten


Schall

Mechanische SchwingungDruckschwankung => SchalldruckWellenausbreitung, Reflexion, Laufzeit

ArtenReiner Ton => Sinus- SchwingungKlang/Musik => mehrere gleichmäßige ~ Geräusch => ungleichmäßige ~Sprache


Schall

Mechanische SchwingungFrequenz => Druckschwankung => TonhöheAmplitude => Druck => Lautstärke

p

t


Menschliche Wahrnehmung

Frequenz

Infraschall => 0 Hz bis 20 HzHörbereich => 20 Hz bis 20 kHz

Ultraschall => 20 kHz bis 1 GHzHyperschall ab 1 GHz



Anatomie

Quelle: glasklar Mensch 3D /Vorlesung Hendrich Uni Hamburg



Anatomie

Quelle: glasklar Mensch 3D /Vorlesung Hendrich Uni Hamburg

Haarzellen



Amplitude => Lautstärke-Empfinden

Frequenzabhängig, 1 kHz als Normlogarithmische Abhängigkeit quadratischer Effektivwert=> Angabe in Dezibel (dB) p0 = Hörschwelle

1dB = 20 * log (p/p0) mit p = 1.1122...* p06dB = 20 * log 2 12dB = 20 * log 4

48dB = 20 * log 256 24dB = 20 * log 1696dB = 20 * log 65536 (6dB * 16Bit)



Amplitude (Lautstärke)

Klangbeispiel Klangdruckgröße

Papiergeraschel 20 dB

Gesprochene Sprache 60 dB

Dichter Verkehr 80 dB

Rock Band 120 dB

Schmerzgrenze 130 dB



Fetcher Munson DiagrammLinien gleichlauter Hörempfindung



BesonderheitenAusblenden von Frequenzen (Maskieren)



räumliche Wahrnehmung

Schlecht ortbar für > Kopfdurchmesser=> Höhen besser (300Hz)


2.2 Digitalisierung/ Sampling

Physikalische GrundlagenHörbereich Sensitivität

Digitalisierung/ SamplingDigitale SignaleZeit-/ FrequenzbereichSample-Rate, NyquistAliasing


Schall

Analoges SignalZeit => zu beliebigen ZeitpunktenAmplitude => definierter Wert ablesbar


Schall

DiskretisierungZeit => nur diskrete ZeitpunkteAmplitude => beliebiger Wert


Schall

DigitalisierungZeit => nur diskrete ZeitpunkteAmplitude => nur diskrete Amplitudenwerte

1 2 3 4 5 4 2 1 2 3 3 1 -1 -3 -4 -3 -1 1 3

DigitalisierungZeit => nur diskrete Zeitpunkte


Audio Sampling

Anmerkung: M in Verbindung mit Hz : 1 000 000 (106 )M in Verbindung mit Byte: 1 048 576 ( 220 )M in Verbindung mit Bit: 1 048 576

k (teilw. K) in Verbindung mit Hz: 1 000 (103 ) k in Verbindung mit Byte: 1 024 ( 210 )k in Verbindung mit Bit: 1 024


Qualität Sample Rate

Bits per Sample

Mono/ Stereo

Daten Rate (unkomprimiert)

Frequenz Band

Einheit kHz kByte/s (kByte/s) Hz

Telefon 8 8 Mono 8 ( 7,81...) 200-3.400

AM Radio 11,025 8 Mono 11,0 ( 10,77..) 50 - 5,000

FM Radio 22,050 16 Stereo 88,2 ( 86,13...) 20 - 15,000

CD 44,1 16 Stereo 176,4 ( 172,2...) 20-20.000

DAT 48 16 Stereo 192,0 ( 187,5 ) 20-20.000

DVD Audio 192 24 Stereo 1152,0 (1125 ) 20-20.000


Sample-Rate, Nyquist

Sampling von AudiosignalenWie oft pro Sekunde?

Hörbereich: 20Hz bis 20kHz

Sample-Rate, Nyquist- Kriterium:

fs = 2fmax, z.B. CD: fs= 44kHz

(fmax: max. erkennbare f, fsSamplefrequenz)


Aliasing

CD- Samplefrequenz fs = 44 kHzAudiosignal kann auch Frequenzen oberhalb der Hörschwelle enthalten. (z. B. Geigenoberton)

Oberton mit f=55kHz mit fs= 44 kHz => Abbildung auf f=11kHz


Aliasing

Aliasing: hochfrequente Töne werden auf Sample-Daten niederer Frequenzen abgebildet

Ursache: Nyquist- Kriterium fs > fmax *2 verletzt

Folgen: a) hörbare Frequenzen fehlen, falls fs < fmax*2

b) nicht hörbare Frequenzen hörbar ft > fs=fmax*2

Samplefrequenz fs, max hörbare Frequenz fmax Tonfrequenz ft


Aliasing

kontinuierliche Zeit t => diskrete Zeit: nT (T=1/ fs)

x(t) = cos(2π f1 t) => y(n) = cos(2 π f1 nT) n = 1,2,3...

Unterschiede um ganzzahlige Vielfache von fs verschwinden

f2 = f1 + N* fs N {0,1,2,3...}


Aliasing


Zusammenfassung Medientyp Audio

2.1. Physikalische GrundlagenHörbereich: 20Hz bis 20kHz, 0 bis 130dBSensitivität: frequenzabhängig, Maskierung

2.2. Digitalisierung/ SamplingZeit-/ Frequenzbereich: DiskretisierungSample-Rate, Nyquist: fmax= 2fs, CD:44kHz Aliasing: kont. Zeit => diskrete Zeit: Tiefpassfilter

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