Multimediale Werkzeuge 1, Audio-Berabeitung. normierte Frequenz (normiert auf die halbe Abtastrate, maximale Frequenz ist pi oder 1

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1 Multimediale Werkzeuge 1, Audio-Berabeitung normierte Frequenz (normiert auf die halbe Abtastrate, maximale Frequenz ist pi oder 1

2 Beachte: Teilbänder werden nach den Unter-Abtasten "aufgeblasen" (siehe Bild), d.h. jedes Teilband-Signal wird umskaliert auf die neue Austastfrequenz. -> Obere Frequenzanteile jedes Teilbandes können durch die Unter-Abtastung nicht mehr dargestellt werden (weil ansonsten Aliasing-Verzerrungen entstehen), d.h. die Bandpass- Filter müssen schmal genug sein. Wirkung ist wie ein übliches Anti-Aliasing Tiefpass-Filter im Teilband vor der Unterabtastung. -> Wir Kriegen Lücken im Spektrum, also Anteile vom Original die durch diese Struktur nicht übertragen werden! -> wir sollten die Struktur, dh. die Filter Bandbreite so wählen, daß die Lücken möglichst "unauffällig" für das Ohr werdend (Verdeckungseigenschaften/ Psychoakustik des Ohres nutzen, Signalstruktur kann man schlecht nutzen, weil das Signal unbekannt ist)

3 -> Psycho akustische Eigenschaften zunutze machen, also Verdeckungseffekte des Ohres -> Verdeckungseffekt funktionieren besonders gut bei Schmalbandigen Filtern -> Viele Teilbänden, wie z.b. typische Anzahl der Teilbänder in der Audiokodierung: Beispiel: Filter-Bandbreite ist 22 Hz. Angenommen der Abstand der Teilbänder ( Mitte zu Mitte) ist 44 Hz (d.h. wir nutzen nur die Hälfte des zur Verfügung stehen Spektrums) -> wir können die Teilbänder maximal um den Faktor 2 unterabtasten, ohne dass störendes Aliasing entsteht.

4 2. Fall: Überabtastung, also erhöhen der Anzahl der Abtastwerte: Lücken im Spektrum nach der Überabtastung

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8 -> Analoges Problem wie bei der Unterabtastung: Die Lücken dürfen dem Ohr nicht auffallen. -> wieder psychoakustische Verdeckungseffekte nutzen -> Hohe Teilbandanzahl -> Beachte: Höhere Teilbandanzahl führt zu geringerer Zeitauflösung (Zeitabstände zwischen den Abtastwerten der Teilband Signale) bei den dann geringeren Abtastraten. Zu geringe Zeitauflösung würde nach der Modifikation ( Abtastraten-Änderung) wieder zu Verzerrungen führen (zwar nicht im Frequenzbereich aber nun im Zeitbereich. -> Zeitauflösung muss an Signalstruktur im allgemeinen angepasst werden (Annahmen über das Signal, wie stationaer ist das Signal)

9 -> geeigneter Kompromiß von möglichst hoher Frequenzauflösung (Bandbreite, Anzahl der Filter) und möglichst hoher Zeitauflösung (Abtastrate) -> Hohe Zeitauflösung: Hohe Abtastrate niedrige Zeitauflösung: niedrige Abtastrate -> Daher oft auch: keine sog. kritische Abtastung in den Teilbändern (wie es theoretisch nach Nyquist moeglich waere), sondern höhere Abtastrate. Dies kann die Zeitaufloesung etwas erhoehen, aber auch nur in Grenzen, weil die Impulsantworten der Filter auch eine Länge in dieser Größenordnung haben. Es erhöht Aufwand, gibt aber oft auch bessere Ergebnisse.

10 Verändern der Tonhöhe ohne Veränderung der Anspielgeschwindigkeit - Demo mit Audition, "Pitch Bender" - Gleiche Struktur verwenden (Filterbank) Idee: Jedes Teilbandsignal um ein Teilband nach oben (zu höheren Frequenzen) verschieben Resultat: Konstanter Frequenzversatz, z.b. um 22 Hz nach oben. wie klingt es? Es klingt künstlich, weil die Oberton-Struktur zerstört wird. Obertöne sind nicht mehr das Vielfache des Grundtones. Beispiel: Einseiteinbandmodalation im Sprechfunk, z.b. Seefunk, Amateurfunk auf Kurzwelle bei etwas verstimmten Empfänger.

11 -Besserer Ansatz: Frequenzkomponenten um einen bestimmten Faktor in der Frequenz multiplizieren. z.b. Band 1 auf Band 2 abbilden Band 2 auf Band 4 Band 3 auf Band 6 usw. -Wieder Problem: Entstehung von Lücken im Spektrum Hier allerdings: Lücken werden zu hohen Frequenzen immer größer. was uns hier hilft: Psychoakustische Verdeckungseffekt bekommen zu hohen Frequenzen hin auch immer breitere Charakteristika. -Verringerung des Pitch, der Tonhöhe: Entsprechend verschwinden Teile des Spektrums

12 Notch Filter DFT Notchfilter funktioniert kaum! (nur wenige db Dämpfung) -> Besser: "richtiges" Notch Filter, z.b. 40 db Dämpfung -> Kann Brummen (50 Hz) aus einem Signal entfernen, hinterlässt nur schmale Lücke -> Sollte nicht hörbar sein (psychoakustischer Verdeckungseffekt) -> Brumm-Reste bei Anfang und Ende des ursprüngl. Brummsignals durch Einschwingen und Ausschwingen des Filters -> Dies umso mehr, je schmalbandiger das Filter ist, und umso mehr Dämpfung es hat.

13 Noise Reduktion -> Teilbandzerlegung

14 Nichtlinearität in den Teilbändern: - Ziel: Rauschen ist unterhalb dieser Schwelle. - Zum richtigen Setzen der Schwelle: Abschätzung der Rausch Leistung nötig! - Wirkung: Die Signale der Teilhänder, in denen nur Rauschen vorhanden ist, werden zu Null gesetzt. -> Reduktion der Rausch Leistung, ohne das Nutz-Signal zu reduzieren.

15 -> Effekt wie selektive Filterung, also Dämpfung der Teile wo das SNR gering ist -> Effekt ähnlich wie sog. Wiener Filter (Ansatz zur Minimierung von Störungen durch Minimierung des mittleren quadratischen Fehlers.) -> Annahmen: Rauschen ist relativ konstant über der Frequenz, Nutzsignal befindet sich in relativ kompakten Frequenz-Blöcken, z.b. Harmonischen-Struktur von Musik Auf die Weise ist gewisse Trennung von Rauschen und Nutz-Signal möglich.

16 Rausch-Reduktion bei Bildern: - Auch eine Teilbandzerlegung, aber eine anders geartete (z. B. DCT oder Wavelets) -Nicht-Linearität sieht etwas anders aus:

17 Stereo Modifikation -Demo: Audition: Effects-Amplitude-Channel-Mixer (L-R to Mid-Side) Beispiel: 400 Hz Sinuston, identisch rechts und links. Nach Mid-Side Transformation: Mid-Kanal enthält 400 Hz Sinuston, Side-Kanal enthält Nullen - Vorteilhaft zum Codieren

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