Tag: Sind digitales Audio und optisches gleich

Ist das digitale Signal während der Übertragung und Speicherung verzerrt?

Da jedes digitale Signal als reale elektrische Spannungs- oder Stromkurve dargestellt wird, wird seine Form während einer Übertragung auf die eine oder andere Weise verzerrt, und ein zur Speicherung “eingefrorenes” Signal (Signalogramm) unterliegt aus physikalischen Gründen einer Verschlechterung. verbreitet.

Alle diese Einflüsse auf die Form des Trägersignals sind Interferenzen, die bis zu einem bestimmten Wert den Informationsgehalt des Signals nicht verändern, da individuelle Verzerrungen und Buchstabenverluste in Wörtern das korrekte Verständnis von Wörtern im Allgemeinen nicht beeinträchtigen. Wörter und Informationsredundanz, wie z. B. eine Erhöhung der Länge der Wörter, erhöhen die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Erkennung. … Mit anderen Worten, das Trägersignal selbst kann verzerrt sein, aber die darin enthaltenen Informationen, das codierte Audiosignal, bleiben in den allermeisten Fällen unverändert.

Damit sich die Qualität des Trägersignals nicht verschlechtert, muss jede Übertragung nützlicher Audioinformationen (Kopieren, Schreiben auf einen Träger und Lesen) notwendigerweise den Vorgang des Wiederherstellens der Form des Trägersignals und im Idealfall der digitalen Form umfassen Primär des Informationssignals, und erst danach kann das neu erzeugte Trägersignal an den nächsten Verbraucher übertragen werden. Bei einer direkten Kopie ohne Wiederherstellung (z. B. einfaches Umschreiben einer Videokassette mit einem digitalen Signal, das mit einem PCM-Decoder in herkömmlichen Videorecordern erhalten wurde) verschlechtert sich die Qualität des digitalen Signals, obwohl es immer noch alle darin enthaltenen Informationen enthält. Nach wiederholten aufeinanderfolgenden Kopien oder Langzeitspeicherung verschlechtert sich die Qualität jedoch so sehr, dass nicht behebbare Fehler auftreten, die die vom Signal übertragenen Informationen irreversibel verzerren. Daher sollte das Kopieren und Übertragen digitaler Signale nur auf digitalen Geräten erfolgen und, wenn sie auf Medien gespeichert sind, rechtzeitig “aktualisiert” werden, ohne auf eine irreversible Verschlechterung zu warten (für magnetische Medien wird dieser Zeitraum auf mehrere Jahre geschätzt ). Ein ordnungsgemäß übertragenes oder aktualisiertes digitales Signallogramm verliert nicht an Qualität und kann kopiert werden und für immer in absolut unveränderter Form existieren. ohne auf einen irreversiblen Abbau zu warten (für magnetische Träger wird dieser Zeitraum auf mehrere Jahre geschätzt). Ein ordnungsgemäß übertragenes oder aktualisiertes digitales Signallogramm verliert nicht an Qualität und kann kopiert werden und für immer in absolut unveränderter Form existieren. ohne auf einen irreversiblen Abbau zu warten (für magnetische Träger wird dieser Zeitraum auf mehrere Jahre geschätzt). Ein ordnungsgemäß übertragenes oder aktualisiertes digitales Signallogramm verliert nicht an Qualität und kann kopiert werden und für immer in absolut unveränderter Form existieren.

Es sollte jedoch nicht vergessen werden, dass die Richtigkeit eines Codes endlich ist und die tatsächlichen Träger bei weitem nicht ideal sind. Daher ist das Auftreten nicht behebbarer Fehler eine so seltene Sache, insbesondere bei unachtsamer Handhabung des Trägers. Beim Lesen neuer und korrekt gespeicherter DAT-Kassetten oder -CDs auf hochwertigen und zuverlässigen Geräten treten diese Fehler praktisch nicht auf. Bei Alterung, Verunreinigung und Beschädigung von Medien und Lesesystemen treten sie jedoch häufiger auf. Ein einzelner unkorrigierter Fehler ist aufgrund der Interpolation für das Ohr fast immer unsichtbar, führt jedoch zu einer Verzerrung des ursprünglichen Tonsignals, und die Anhäufung solcher Fehler im Laufe der Zeit ist im Ohr zu spüren.

Ein weiteres Problem ist die Schwierigkeit, nicht korrigierte Fehler aufzuzeichnen und die Identität des Originals und der Kopie zu überprüfen. Sehr oft kümmern sich Entwickler von digitalen Audiogeräten, die in Echtzeit arbeiten, nicht um die Frage der genauen Überprüfung der Zuverlässigkeit der Übertragung, da die Maßnahmen zur Korrektur der Fehler ausreichend sind. Im allgemeinen Fall führt die Unmöglichkeit der erneuten Übertragung eines fehlerhaften Samples oder Blocks zu einer geheimen Interpolation, und nach dem Kopieren kann nicht mit Sicherheit gesagt werden, ob das ursprüngliche Signal genau kopiert wurde. Fehleranzeigen, die auf einigen Geräten zu finden sind, leuchten normalerweise nur zum Zeitpunkt ihres Auftretens auf, und bei einzelnen Fehlern kann ihre Funktion leicht unbemerkt bleiben. Selbst in PC-basierten Systemen ist es oft unmöglich, die Empfangsgenauigkeit über eine digitale Schnittstelle oder das direkte Lesen von einer CD zu steuern. Der einzige Ausweg besteht darin, den Vorgang zu wiederholen und die Ergebnisse zu vergleichen.

Was sind die Vor- und Nachteile von digitalem Audio?

Die digitale Darstellung von Ton ist vor allem für die Möglichkeit der endlosen Speicherung und Wiedergabe ohne Qualitätsverlust wertvoll; Die Umstellung von analog auf digital und umgekehrt führt jedoch zwangsläufig zu einem teilweisen Verlust.

Die unangenehmsten Verzerrungen, die in der Digitalisierungsstufe eingeführt werden, sind das granulare Rauschen, das auftritt, wenn das Signal aufgrund der Rundung der Amplitude auf den nächsten diskreten Wert durch den Pegel quantisiert wird. Im Gegensatz zu einfachem Breitbandrauschen, das durch Quantisierungsfehler verursacht wird, ist granulares Rauschen die harmonische Verzerrung des Signals, die im oberen Teil des Spektrums am deutlichsten erkennbar ist.

Die Leistung des körnigen Rauschens ist umgekehrt proportional zur Anzahl der Quantisierungsschritte; Aufgrund der logarithmischen Charakteristik des Hörens mit linearer Quantisierung (konstanter Schrittwert) haben leise Töne weniger Quantisierungsschritte als laute Töne, und infolgedessen fällt die Hauptdichte nichtlinearer Verzerrungen in den Bereich der Töne. Leise. Dies führt zu einer Begrenzung des Dynamikbereichs, die idealerweise (ohne Berücksichtigung der harmonischen Verzerrung) dem Signal-Rausch-Verhältnis entspricht. Die Notwendigkeit, diese Verzerrung zu begrenzen, verringert jedoch den Dynamikbereich für die 16-Bit-Codierung auf 50-60 dB. Die Situation hätte durch logarithmische Quantifizierung gerettet werden können, aber ihre Implementierung in Echtzeit ist sehr schwierig und teuer.

Die durch granulares Rauschen verursachte Verzerrung kann verringert werden, indem dem Signal normales weißes Rauschen (zufälliges oder pseudozufälliges Signal) mit einer Amplitude von der Hälfte des niedrigstwertigen Bits hinzugefügt wird; Eine solche Operation wird Dithering genannt. Dies führt zu einem leichten Anstieg des Rauschpegels, schwächt jedoch die Korrelation von Quantisierungsfehlern mit den Komponenten des Hochfrequenzsignals und verbessert die subjektive Wahrnehmung. Anti-Aliasing wird auch angewendet, bevor die Samples durch Verringern ihrer Bittiefe gerundet werden. Dithering und Rauschformung sind im Wesentlichen Sonderfälle derselben Technologie, mit dem Unterschied, dass im ersten Fall weißes Rauschen mit einem flachen Spektrum und im zweiten Fall Rauschen mit einem Spektrum mit einer “Form” verwendet wird “Besondere.

Beim Wiederherstellen von Audio von digital auf analog besteht das Problem, die gestufte Wellenform zu glätten und die durch die Abtastrate eingeführten Harmonischen zu unterdrücken. Aufgrund der Unvollkommenheit des Frequenzgangs der Filter kann eine unzureichende Unterdrückung dieser Störung oder eine übermäßige Dämpfung nützlicher Hochfrequenzkomponenten auftreten. Schlecht unterdrückte Oberwellen der Abtastrate verzerren die Form des analogen Signals (insbesondere im Hochfrequenzbereich), was zu einem “rauen” und “schmutzigen” Klang führt.