Komplexprüfung Angewandte Medienwissenschaft. Teil 1. Einführung in die Angewandte Informationstechnik. Name, Vorname:... Seminargruppe:...

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1 Komplexprüfung Angewandte Medienwissenschaft Teil 1 Einführung in die Angewandte Informationstechnik Name, Vorname:... Seminargruppe:... Studiennummer:... Zusätzliche Blätter:... AUFGABE maximal Punkte Zusatz 2 erreichte Punktzahl: Punktsumme: Note: Ilmenau, den Kl_ait11 1

2 Informationsaustausch über analogen und digitalen Kanal Gegeben sind die folgenden zwei Einsatzszenarien in Aufgabe 1 und 2. 1 Für das Training von Spracherkennungssystemen müssen Sprachdaten mit einem Mikrofon aufgenommen werden, und als Referenzmuster digital auf der Festplatte eines Rechners als wave File abgespeichert werden. 1.1 Skizzieren Sie als Blockschaltbild die notwendigen Baugruppen, damit das analoge Sprachsignal digital auf der Festplatte gespeichert werden kann. Die Bandbreite des Sprachsignals soll maximal 8 khz betragen. Der A/D Wandler quantisiert mit 10 Bit pro Abtastwert. Nutzen Sie den Freiraum für das Blockschaltbild. VV V V = Vorverstärker 1.2 In welchen zeitlichen Abständen t0[s] müssen Sie das Analogsignal abtasten (theoretische Grenze)? Geben Sie die Gesetzmäßigkeit an, nach der Sie fabt bestimmen. 1.3 Mit wieviel khz müssen Sie den Aufnahmekanal bandbegrenzen? 1.4 Welche Datenrate in Mbit/s muß die Festplatte verarbeiten? 1.5 Wieviel Speicherplatz in MByte wird auf der Festplatte belegt, wenn Sie 100 Sprachproben mit je 1s Länge abspeichern? 1.6 Nach den ersten Test s stellen Sie fest, dass das Signalrauschverhältnis zu gering ist. Deshalb müssen Sie die Spannungsverstärkung des V V auf 40 db einstellen. Mit welchem Faktor verstärkt der V V? Lösung Zu 1) Kl_ait11 2

3 2 Bevor die aufgenommenen Rohdaten weiterverarbeitet und als Referenzdaten verwendet werden, erfolgt eine akustische Begutachtung. Dazu werden die einzelnen Sequenzen (Kommandoworte) mit Hilfe eines geeigneten Multimediawerkzeuges (Mediaplayer, Cool Edit...) von der Festplatte ausgelesen und akustisch ausgegeben. (Die technischen Daten aus Aufgabe 1 sind auch in dieser Aufgabe noch gültig). 2.1 Skizzieren Sie die notwendigen Baugruppen, die von der Soundkarte des Rechners für diesen Vorgang verwendet werden. Nutzen Sie die dafür vorgesehene Box. 2.2 Die Sprachdaten wurden mit einer Quantisierung (Auflösung) von 10 Bit pro Abtastwert aufgezeichnet. Welches Signalrauschverhältnis SNR [db] ist damit theoretisch erreichbar? 2.3 Wie groß ist der maximal mögliche Fehler Emax [V], der bei der Quantisierung entsteht, wenn der D/A Wandler an einer Stromversorgung mit +5V...-5V angeschlossen ist? Wie äußert sich dieser Fehler akustisch bei der Wiedergabe? 2.4 Sie lesen von der Festplatte die Abtastwerte 0104H und FEFCH als 16Bit Hex-Zahl aus. Welchen Amplitudenstufen (Dezimalangabe) entsprechen diese Samples? 2.5 In welcher Baugruppe wird das analoge Ausgangssignal für den Lautsprecher zurückgewonnen, und mit welcher Grenzfrequenz fg müssen Sie diese Baugruppe dimensionieren? Lösung Zu 2) Kl_ait11 3

4 3 Signale im Zeit- und Frequenzbereich - Filter Lösung zu 3): 3.1 Gegeben ist das folgende Blockschaltbild (siehe nächste Seite): Ein Funktionsgenerator erzeugt die Zeitsignale u1(t), u2(t) und u3(t) (cos - Funktionen). Ein anschließender Summierer erzeugt das Summensignal u4(t). Auf dem Bildschirm eines nachgeschalteten Spektrographen wird das Spektrum U4(f) angezeigt. Skizzieren Sie die zugehörigen Einzelsignale u1(t) bis u3(t) in die vorgegebenen Diagrammfelder mit Angabe eines Maßstabes an den Achsen für Periodendauer und Amplitude. Geben Sie die zugehörigen analytischen Ausdrücke (Formeln) an. 3.2 Zusätzlich soll das Summensignal gefiltert werden mit dem Ziel, dass nach dem Filter nur noch u3(t) vorhanden ist. Wählen Sie den Filtertyp aus und geben Sie die Grenzfrequenz an. 3.3 Skizzieren Sie in die vorgegebenen Diagrammfelder die Übertragungsfunktion G(f) und das Ausgangsspektrum U3(f). 3.4 Skizzieren Sie eine einfache analoge und digitale Realisierung für den von Ihnen ausgewählten Filtertyp (ohne Bauelementewerte). Kl_ait11 4

5 4 Informationstheorie 4.1 Eine Quelle hat einen Vorrat von 16 Symbolen, deren Kodewörter sich minimal in 3 Bitstellen unterscheiden. Wie groß ist die Hammingdistanz? Wozu kann man dies nutzen? 4.2 Kodiert werden diese nach dem Hammingverfahren 7,4 (7 Bit Gesamtlänge des Wortes, 4 Bit Information, 3 Korrekturbits). Ergänzen Sie das nachfolgende Kodewort mit den noch fehlenden Korrekturbits so, daß es dann gesendet werden kann. k1 k2 i 4 k3 i 3 i 2 i 1 Raster w Die Berechnung der Kontrollbits am Sender erfolgt entsprechend den folgenden Gleichungen : Gleichungen: k3 = i3 i2 i1 k2 = i4 i2 i1 k1 = i4 i3 i1 4.3 Geben Sie das Korrektursyndrom an, wenn k3 verfälscht empfangen wird. Zusatzaufgabe (2 Punkte): 4.4 Wie realisiert man einen Kreuzsicherungscode und welche Effekte bezüglich Fehlererkennbarkeit bzw. Fehlerkorrektur kann man erreichen? Lösung Zu4) Kl_ait11 5

6 5 Übertragungskanal - Mehrfachausnutzung Lösung Zu 5): 5.1 Skizzieren Sie das Nachrichtenübertragungsmodell. 5.2 Geben Sie zwei Möglichkeiten an, um den Ü-Kanal mehrfach auszunutzen. 5.3 Geben Sie zwei praktische Anwendungen an, die diese Möglichkeiten nutzen. 5.4 Wie erfolgt die sendeseitige Anpassung des Signals an den Ü-Kanal in diesen Anwendungen? Zugelassen sind: Zwei A4-Seiten eigenhändig beschrieben und Taschenrechner Auf allen Blättern bitte Ihren Namen und Sem.Gr. angeben! Auf der ersten Seite auch die Anzahl der abgegebenen Blätter angeben! Bitte die Antworten zur Informationstechnik und zur Medientechnik auf getrennten Blättern abgeben! Kl_ait11 6

7 Blockschaltbild zu Aufgabe 3) u 1 (t) Funktionsgenerator - u 1 (t) u 2 (t) u 3 (t) 3 u 4 (t) Spektrograph U 4 (f) U 4 (f) A 1 A 2 A f[khz] u 1 (t) = u 2 (t) t Filter G(f) G(f) u 2 (t) = f khz u 3 (t) t Spektrograph U 3 (f) u 3 (t) = f khz t Kl_ait11 7