Multimedia-Systeme: Übungsblatt 5

Aufgabe 1: Digitalisierung, Codierung von Audio

Ein Audio-Signal werde zur Digitalisierung durch ein Mikrofon in ein analoges elektrisches Signal umgewandelt, welches zwischen 0V und 7U₀ schwanke. Dabei sei U₀ die kleinste Auflösung, mit der digitalisiert werde.

1. Wieviele Bits werden zur Codierung einer einzelnen Abtastung benötigt?
   bit
2. Wieviele Bits werden bei der Delta-Modulation verwendet?
   bit
3. Codieren Sie das in der Abbildung gezeigte Signal mit der Delta-Modulation, wenn zu ganzzahlig Vielfachen von t₀ abgetastet wird. Zeichnen Sie den Verlauf des digitalisierten Signals in das Diagramm ein. (Bei t₀ gehe die Abtastung von 0U₀ auf 1U₀.)
   
   
   
4. Welche Nachteile bringt diese Codierung mit sich?
5. Geben Sie eine optimale Codierung speziell für dieses Signal an, die das Signal so genau wie in 1. codiert, aber mit einer minimalen Anzahl von Bits auskommt.
6. Eine weitere Kodierungsvariante ist die Pulse-Code-Modulation mit logarithmischer Kennlinie (ungleichförmiger Quantisierung). Welche Vorteile bringt diese Vorgehensweise gegenüber der üblichen linearen Kennlinie?
7. Grenzen Sie die Stichworte Quantisierung und Diskretisierung gegeneinander ab.
8. Der Mensch kann Frequenzen zwischen etwa 16 Hz und etwa 20.000 Hz wahrnehmen. Welche zeitliche Auflösung hat das Ohr damit (Punkt als Dezimalzeichen)?
   ms
   Wie hoch muß die Abtastrate sein, damit für das Ohr der gesamte Frequenzumfang des Originalsignals im digitalen Signal erhalten bleibt?
   Hz
   
9. Wie hoch ist die Bitrate einer CD (44100 Hz Abtastrate, 16 bit Quantisierung, stereo)?
   Byte/s
   

Aufgabe 2: MPEG Audio Codierung

Die MUSICAM-Codierung basiert hauptsächlich auf der Ausnutzung von Maskierungseffekten des menschlichen Ohrs.

1. Welche Lautstärke muß ein Testton der Frequenz 5 kHz erreichen, bevor ein schmalbandiges Rauschsignal der Zentralfrequenz 4 kHz und der Lautstärke 60 dB diesen Testton nicht mehr maskiert?
   etwa dB
   
2. Und wieviel dB muß ein Testton der Frequenz 10 kHz beim selben Rauschsignal erreichen, um gehört zu werden?
   etwa dB
   
3. Erstellen Sie ein Ablaufschema für ein Programm, welches den vorgenannten Effekt zur Kompression bei der Codierung ausnutzt.

Abgabedaten:

Universität:
Mannheim
Heidelberg
Freiburg
Karlsruhe
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