Informatik (Fach) / MultimedialeSignalverarbeitung (Lektion)

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• Menschen nehmen Informationen mit ihren Sinnen auf: HörenSehenRiechenSchmeckenTasten TemperatursinnSchmerzempfindungGleichgewichtssinn
• Bestandteile von Multimedia Dokumenten die Sinne "Hören" und "Sehen" Text Bilder Audio Video
• was ist Zeichenkodierung Um Text auf einem Computer darzustellen, muss jederBuchstabe binär kodiert werdenJe nachdem wie viele Bits pro Zeichen verwendet werden,können unterschiedlich viele verschiedene Zeichenabgelegt werdenBeispiel:7 Bits: 27 = 128 verschiedene Zeichen8 Bits: 28 = 256 verschiedene Zeichen16 Bits: 216 = 65536 verschiedene Zeichen
• was ist ASCII-Code Der ASCII-Code (American Standard Code for InformationInterchange) ist eine 7-Bit-Zeichenkodierung, die 1963 vonder American Standards Association (ASA) beschlossenwurdeEin Zeichen wird jedoch immer als 1 Byte (=8 Bits) abgelegt,d.h. das höchstwertige (8.) Bit ist immer NullInsgesamt gibt es 128 Zeichen, davon 95 druckbare und 33Steuerzeichen
• ISO 8859 Die International Organization forStandardization definiert in ISO8859 insgesamt 15 ASCIIErweiterungenISO 8859-1 enthält z.B. die für unsin Deutschland wichtigenBuchstaben: "ä", "ö", "ü", "ß"
• Unicode 1 Die Bestrebung des Unicode ist es, eine einzige universelleKodierung zu definieren, die alle relevanten Zeichen enthältDer Unicode wurde von der ISO als ISO-10646standardisiert
• Unicode 2 Der Unicode besteht aus 17 Ebenen (darstellbar mit 5 Bits).Jede Ebene hat 16 Bits und kann damit theoretisch216=65536 Zeichen kodierenInsgesamt kann ein Unicode also 5+16=21 Bits benötigen Ein Unicode Zeichen wird häufig als ein "U+" und einerHexadezimalzahl mit mindestens 4 Stellen angegeben
• Universal Transformation Format UTF Zur Kodierung von Unicode-Zeichen wird meistens das UTF "UniversalTransformation Format" verwendetUTF-32 kodiert jedes Unicode-Zeichen mit 32 Bits, indem es die 21 Unicode Bits mitNullen auffülltUTF-16 kodiert alle Bits der Basic Multilingual Plane (BMP) mit 16 Bits, nur für dieanderen Ebenen werden 32 Bits benötigt
• HTML Hypertext Markup Language HTML-Webseiten werden durch HTML-Elemente strukturiertIn der Regel wird ein HTML-Element durch ein Tag-Paar beschrieben, das aus einemStart- und einem End-Tag besteht zwischen denen der eigentliche Inhalt steht
• Eine Webseite mit Text Soll der Quelltext als ASCII-Datei speicherbar sein, können Unicode-Zeichen durch ihren Hexadezimalcode angeben werden: ä Ist sichergestellt, das die Datei immer mit Editoren bearbeitet wird, die UTF-8verwenden, kann die Datei auch direkt als UTF-8 gespeichert werdenDie Kodierung wird via charset angegeben
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• Vektorgrafik Eine Möglichkeit ein 2D-Bild zu beschreiben, ist in Formeiner VektorgrafikDer Begriff ergibt sich daraus, dass die Koordinaten alsVektoren geschrieben werden können
• (SVG) Scalable Vector Graphics
• PDF Portable Document Format
• Typische Konventionen bei Rastergrafiken Zählung der Pixel beginnt bei 0x -Koordinatenachse nach rechtsy -Koordinatennachse nach unten
• Vorteile Rastergrafik Sehr geeignet für komplexe Szenen mit unregelmäßigenFormen oder vielen FarbenSpeicherbedarf ist unabhängig von der SzenenkomplexitätDirekte Darstellung auf heutigen Bildschirmen
• Nachteile Rastergrafik Bei der Darstellung sehr einfacher Objekte ist derSpeicherbedarf im Vergleich zu einer Vektorgrafik höherBei starker Vergrößerung werden einzelne Pixel erkennbarDieser Effekt wird auch Treppeneffekt oder Aliasinggenannt
• Speichern von Rastergrafiken PNG (Portable Network Graphics), verlustfreieKompressionJPEG , kleinere Dateien, da verlustbehaftete KompressionTIFF (Tagged Image File Format), typischerweiseverlustfreie Kompression, hohe Farbtiefe (bis 32 bit)TGA (Targa Image File), unkomprimiert oder verlustfreieKompressionGIF (Graphics Interchange Format), verlustfreieKompression, erlaubt Animationssequenzen
• Die benötigte Datenmenge, um das Signal zu speichern (bzw. Datenrate, um es zu übertragen), ergibt sich aus Abtastrate (wie oft wird ein Messwert genommen)Quantisierung des Signals (wie viele Bits werden zur Binärkodierung einesAbtastwerts verwendet)
• Die benötigte Datenmenge, um eine Video-Signal zu speichern ergibt sich aus Der Auflösung der EinzelbilderQuantisierung (wie viele Bits werden zur Binärkodierungeines Pixels verwendet)Der zeitlichen Abtastrate (FPS = "frames per second")
• Video Datenmenge Auflösung: 1920 x 1080 Pixel Quantisierung: 24 Bits (je 8 Bit pro Farbkanal) zeitlichen Abtastrate: 24 FPS Ein Video von 90 Minuten würde damit ca. 800 GBbenötigen
• Zeitdiskrete Signale Die Abtastung von analogen Signalen ist nur eineMöglichkeit zeitdiskretes Signale zu erzeugen
• Einheitsimpuls Von sehr großer Bedeutung ist u.a. die so genannte Einheitsimpulsfolge oder auchkurz "Einheitsimpuls"Die Bezeichung mit ergibt sich, da das äquivalente Signal in der analogenSignalverarbeitung der Dirac-Impuls istδ[n] = { 1/0, n=0/n≠0}
• Rechteckpuls Der Fall kann nur für gerade auftreten, z.B. . In diesem Fallsorgt der Werte dafür, dass die Pulsweite immer noch ist.|n| = P/2 P P = 100.5 P
• Die zeitdiskrete Faltung zweier Signale und ist definiert durch: bitte rechnung geben>>> Zur Berechnung von muss die Summe für verschiedene ausgewertet werden.Dazu wird das Signal an der -Achse gespiegelt und anschließend jeweils umnach rechts verschoben.D.h. die Summe wird jeweils für unterschiedliche Verschiebungen des gespiegeltSignals berechnet
• Eigenschaften der Faltung Kommutativität Assoziativität Distributivität
• Lineare zeitinvariate Systeme Lineare zeitinvariate Systeme (LZI-Systeme) oder auch Englisch "linear time invariantsystems" (LTI systems) müssen folgende Eigenschaften erfüllen:
• Imp Die Impulsantwort eines LZI-Systemes ist definiert als die Reaktion auf dieEinheitsimpulsfolge :
• Dynamische Mikrofone Bei dynamische Mikrofonen wird nicht dieAuslenkung der Membrane gemessen, sondernderen Positionsveränderung (Geschwindigkeit)
• Tauchspulenmikrofone Da die Membrane mit der Spule verbunden ist, müssen beide durch dieSchalldruckwellen in Schwingung gebracht werden, weshalb Tauchspulenmikrofonehohen Frequenzen nicht so gut wiedergebenBesonders geeignet für laute Schallquellen (wie Live-Gesang oder Bläser)
• Kondensatormikrofone Da Kondensatormikrofone eine Spannungsquelle brauchen, müssen sie entwedermit Batterien oder einer 48-Volt-Phantomspeisung des Mischpults/Audio-Interfacebetrieben werdenDurch die geringe Masse der Membran sind Kondensatormikrofone sehrempfindich (gut für hochfrequente Anteile und weiter entferne Schallquellen)Aufgrund Ihres guten Klangs sind sie besonders bei Studioaufnahmen beliebt (dahier externe Störgeräusche vermieden werden können)
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• Analog-Digital-Wandlung in einem Audio-Interface analoges Signal  >>> Vorverstärker Anti-Aliasing-Filter Sample & Hold Quantisierer >>> digitales Signal
• Vorverstärker Aufgabe des Vorverstärkers ist, die Amplitude des Eingangssignals anzupassen,sodass der mögliche Ampliutdenbereich des digitalen Signals möglichst gutausgeschöpft wird
• Anti-Aliasing-Filter Um das Abtasttheorem einzuhalten, wird vor der Abtastung ein analogerTiefpassfilter eingesetzt
• Sample & Hold Die Sample-and-Hold Schaltung (siehe unten) dient dazu den analogenEingangswert während der nachfolgendes Quantisierung konstant zu halten
• Quantisierer Dazu wird der Fehler des Komparators in jedem Zeitschritt aufsummiert bis dieserwieder über- bzw. unter der Entscheidungsschwelle des Komparators liegtEin nachgeschalteter digitaler Zähler, kann dann ermitteln, wie oft dieDetektionsschwelle über- bzw. unterschritten wurde, um den quantisierten digitalenWert zu bestimmen

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