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2 Multimedia-Application Applications Software Networks Authoringssofware, Contentmangement, Imagesprocessing, Viewer, Browser... Network-Architecture, Network, Server, Bandwidth, Communication, Security... Programing language, Databank, Workflow Devices Computertechnology, Digital Camera, DVD, Printer, Optical Systems... Theories Digital Signaltransmission, Audio and Video Technics Datacompression: Audio & Video by, Seite 2

3 Digitale Signalverarbeitung Signale und Systeme Signalübertragung Digitalisierte Signal Fourier Transformation Abtast-Theoreme Quantisierung Digitale Signalbearbeitung Digitale Signalspeicherung by, Seite 3

4 Signal und System - 1- Nachrichten: Mitteilung einer oder mehrerer Informationen. Information: neues Wissen über ein Ereignis, einen Tatbestand oder Sachverhalt. Informationen Formen: Töne, Bilder, Text, Daten... Signal: physikalische Grösse, die den Inhalt einer Nachricht repräsentiert. Signale sind im erweiterten Sinn Funktionen, die die zeitliche Veränderung einer physikalische Variable eines physikalischen Prozesses beschreiben. Signal wird durch eine Zeitfunktion s(t) dargestellt by, Seite 4

5 Signal und System System: komplexes Gebilde, das einen physikalischen Prozesse aus vielen Eingangs- und Ausgangs - Signalen beschreibt. Deshalb teilt man es in viele Teilsysteme. Jedes Teilsystem besteht aus einem Eingang Signal x(t), einem Black Box und einem Ausgang Signal y(t) x (t) y (t) = H { x(t) } H by, Seite 5

6 Zielsetzung der Signalverarbeitung Analyse: H(t), H(f) Modellieren y(t) = H {x(t)} Physikalische Größe und Prozesse Synthese y(t) = H {x(t)} by, Seite 6

7 Beispiel bei einer Audio-Signalverarbeitung Analyse: H(t), H(f) Amplitude, Schwingung, Frequenzband,... Modellieren y(t) = H(t)} Musik von mech. Instruments Musik, Töne Eletr. Klavier, Synthesizer,... Synthese y(t) =H {x(t)} by, Seite 7

8 Signal Typen by, Seite 8

9 Digitalisierung Umwandlung des analogen Signals in einer Reihen von ganzen Zahlen, die durch binären Zeichen dargestellt werden X (t) { x }, wobeix n n N by, Seite 9

10 Digitalisierung Es wird zwei Stufen durchgeführt: Abtasten des analogen Signals X (t) { x( nt A ) }, wobei x( nt A ) R und T A = Zeitdauer Quantisierung der abgetasteten Signalwerte x( nt ) x A n N by, Seite 10

11 Analoge Signalübertrgung X(t) F ( x( t)) = - τ -2πft = X(f) x( ) e dt by, Seite 11

12 Digitale Signalübertragung SENDER x(t) Abtester (Scanner) x(nt) ADC y[n] Coder C[n] EMPFÄNGER Ideale Kanal err[n]=0 Kanal err[n] Error Filter DAC Decoder x (t) x (nt) y [n] C [n] Notes: y[n], c[n], y [n], c[n] number or binary series by, Seite 12

13 Fourier Reihe X(t) F( x( t)) = X(f) = by, Seite 13

14 Fourier Transformation X(t) F ( x( t)) = - τ -2πft = X(f) x( ) e dt by, Seite 14

15 Fourier Spektrum X(t) F ( x( t)) = - τ -2πft = X(f) x( ) e dt by, Seite 15

16 Übertragungsfunktion X(t) F ( x( t)) = - τ -2πft = X(f) x( ) e dt by, Seite 16

17 Abtaster x(t) y(t) III(t) System für Abtasten von Signalen by, Seite 17

18 Spektrum des abgetasteten Signals X(f) Ideale TP Y(f) = X(f). III (Tf) f g f g -f A f g - f g f A f g : Grenzfrequenz von x(t) f A : Abtastfrequenz, f A = 1/ T by, Seite 18

19 Kennlinie der Quantisierer - Lineare Quantisation - X X 3 X 2 X 1 g 0 g 1 g 2 g 3 g 4 X X 0 Q = 4 X min = g 0 X max = g by, Seite 19

20 AD - and - DA Converter Amplitude values of analog Signal Quantisierung U/mV Sampling frequency t/ms by, Seite 20

21 AD - and - DA Converter Amplitude values of analog Signal Quantisierung U/mV Sampling frequency t/ms by, Seite 21

22 Quality measurement Datenkompression-System X[n] Coder Ideal Chanel Decoder X [n] SENDER RECEIVER SNR= 10log 1 N 1 N N n= 0 N 1 x'( n) n= 0 = 2 1 N 10log N 1 n= 0 2 ( x( n) x'( n) ) ms E x'( n) by, Seite 22

23 Data Volume Typ RGB Standbild Bildformat [pixel] Bildfrequenz [Hz] Datenvolumen / Bitrate M*N - M*N*3 z.b. 512 x 512 z.b. 768 Kbyte bei 512*512 Bildtelephon 352 x Hz 18 Mbit/s Digitale TV 720 x Hz 166 Mbit/s HDTV 1920x Hz 1.1 Gbit /s Typ Bit / Abtastwert [bit] Bandbreite [Hz] Abtastfrequenz [Hz] Datenvolumen / Bitrate Telephon 8 4 KHz 8 KHz 64 Kbit /s CD-Musik 16 x 2 20 KHz (ca.) 44 Hz 1,4 Mbit /s by, Seite 23

24 Data Rate on Network Netz Max. Datenrate [bit/s] Mehrfachnutzung Analoges 56 kbit/s Nein Telephonnetz ISDN 2 x 64 Kbit /s Nein Ethenet Mbit/s Ja FDDI 100 Mbit/s Ja ATM 155 Mbit/s Nein by, Seite 24

25 Source Coding SENDER x(t) Scanner x [n] Q x [n] Binary Coder w[n] Coder C[n] III (t ) RECEIVER Original Data Coded Data Ideal Channel x (t) Ideal Low-Pass x [n] Q -1 Binary Decoder W*[n] Decoder C[n] H TP (f) = rect (f/2f max ) PCM-CODEC Decoded Data by, Seite 25

26 Image signals RGB by, Seite 26

27 Quantization - Bit number - Original 1 bit / pel 2 bit / pel 4 bit /pel 256 Graylevel /pel 2 Graylevel /pel 4 Graylevel /pel 16 Graylevel /pel by, Seite 27

28 Digitalizing - Block Spliting of images - Original Block 8*8 Block 4*4 Block 2*2 128*192 pels 16*24 pels 32*48 pels 64*96 pels by, Seite 28

Multimedia Systeme. Dr. The Anh Vuong. http: Multimedia Systeme. Dr.

Multimedia Systeme. Dr. The Anh Vuong.   http:   Multimedia Systeme. Dr. email: vuongtheanh@netscape.net http: www.dr-vuong.de 2001-2006 by, Seite 1 Multimedia-Application Applications Software Networks Authoringssofware, Contentmangement, Imagesprocessing, Viewer, Browser...

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