Digitale Audiosignalverarbeitung

ISBN-13: 9783519061809 / Niemiecki / Miękka / 1996 / 304 str.

Udo Zolzer; Udo Zolzer

Opis

Die digitale Audiosignalverarbeitung wird zur Aufnahme und Speicherung von Musik-und Sprachsignalen, zur Tonmischung und Produktion digitaler Tontrager, zur digitalen Ubertragung zum Rundfunkempfanger und in Consumergeraten wie CD, DAT und PC eingesetzt. Hierbei befindet sich das Audiosignal direkt nach dem Mikrofon bis hin zur Lautsprecherbox in digitaler Form, so dass eine Echtzeit Verarbeitung mit schnellen digitalen Signalprozessoren durchgefuhrt werden kann. Das vorliegende Buch ist Grundlage einer Vorlesung Digitale Audiosignalver arbeitung, die ich seit 1992 an der Technischen Universitat Hamburg-Harburg fur hohere Semester halte. Es wendet sich an Studenten der Ingenieurwissenschaf ten, Informatik und Physik, aber auch an den Praktiker in der Industrie, der sich mit Aufgaben der Audiosignalverarbeitung in den Bereichen Studiotechnik, Consumer-Elektronik und Multimedia beschaftigt. Es werden die mathematischen und systemtheoretischen Grundlagen der digitalen Audiosignalverarbeitung be handelt und die typischen Anwendungen im Hinblick auf Realisierungsaspekte diskutiert. Vorausgesetzt werden Kenntnisse in der Systemtheorie, der digitalen Signalverarbeitung und der Multiraten-Signalverarbeitung. Das Buch gliedert sich in einen ersten Teil (Kapitell bis 4), in dem die Grundla gen fur Hardware-Systeme zur digitalen Audiosignalverarbeitung dargestellt wer den, und in einen zweiten Teil (Kapitel 5 bis 9), in dem Signalverarbeitungsalgo rithmen fur digitale Audiosignale diskutiert werden. In Kapitel 1 wird der Weg eines Audiosignals von der Aufnahme im Tonstudio bis hin zur Wiedergabe im Heimbereich beschrieben. Das Kapitel 2 beinhaltet eine Darstellung der Signal quantisierung, Dither-Techniken und Spektralformung von Quantisierungsfehlern zur Reduktion der nichtlinearen Effekte der Signalquantisierung. Abschliessend wird eine Gegenuberstellung von Festkomma-und Gleitkomma-Zahlendarstellung und deren Auswirkung auf Formatkonversionen und Algorithmen vorgenomme

Spis treści

1 Einführung.- 1.1 Studiotechnik.- 1.2 Digitale Übertragungsverfahren.- 1.3 Speichermedien.- 1.4 Audio-Komponenten im Heimbereich.- 2 Quantisierung.- 2.1 Signalquantisierung.- 2.1.1 Klassisches Quantisierungsmodell.- 2.1.2 Quantisierungstheorem.- 2.1.3 Statistik des Quantisierungsfehlers.- 2.2 Dither-Techniken.- 2.2.1 Prinzip.- 2.2.2 Realisierung.- 2.2.3 Beispiele.- 2.3 Spektralformung von Quantisierungsfehlern.- 2.4 Zahlendarstellung.- 2.4.1 Festkomma-Zahlendarstellung.- 2.4.2 Gleitkomma-Zahlendarstellung.- 2.4.3 Auswirkungen auf Formatkonversion und Algorithmen.- 3 AD/DA-Umsetzung.- 3.1 Verfahren.- 3.1.1 Nyquist-Abtastung.- 3.1.2 Überabtastungsverfahren.- 3.1.3 Delta-Sigma Verfahren.- 3.2 AD-Umsetzer.- 3.2.1 AD-Kenngrößen.- 3.2.2 Parallel-Umsetzer.- 3.2.3 Sukzessive Approximation.- 3.2.4 Zählverfahren.- 3.2.5 Delta-Sigma AD-Umsetzer.- 3.3 DA-Umsetzer.- 3.3.1 DA-Kenngrößen.- 3.3.2 Geschaltete Spannungs- und Stromquellen.- 3.3.3 Gewichtete Widerstände und Kapazitäten.- 3.3.4 R-2R-Widerstandsnetzwerke.- 3.3.5 Delta-Sigma DA-Umsetzer.- 4 Audio-Verarbeitungssysteme.- 4.1 Digitale Signalprozessoren.- 4.1.1 Festkomma-Signalprozessoren.- 4.1.2 Gleitkomma-Signalprozessoren.- 4.1.3 Entwicklungswerkzeuge.- 4.2 Digitale Audio-Schnittstellen.- 4.2.1 Zweikanalige AES/EBU-Schnittstelle.- 4.2.2 Mehrkanal-Schnittstelle (MADI).- 4.3 Einprozessor-Systeme.- 4.3.1 Peripherie.- 4.3.2 Steuerung.- 4.4 Mehrprozessor-Systeme.- 4.4.1 Kopplung über serielle Verbindungen.- 4.4.2 Kopplung über parallele Verbindungen.- 4.4.3 Kopplung über Standard-Bussysteme.- 4.4.4 Skalierbares Audio-Verarbeitungssystem.- 5 Klangbewertungsfilter.- 5.1 Rekursive Audio-Filter.- 5.1.1 Entwurf rekursiver Audio-Filter.- 5.1.2 Parametrische Filterstrukturen.- 5.1.3 Quantisierungseffekte bei rekursiven Filtern.- 5.2 Nichtrekursive Audio-Filter.- 5.2.1 Schnelle Faltung.- 5.2.2 Schnelle Faltung langer Folgen.- 5.2.3 Filterentwurf mit Frequenzabtastung.- 5.3 Multikomplementär-Filterbank.- 5.3.1 Prinzip.- 5.3.2 Beispiel: 8-Band Multikomplementär-Filterbank.- 6 Raumsimulation.- 6.1 Erste Reflexionen.- 6.1.1 Untersuchungen von Ando.- 6.1.2 Gerzon-Algorithmus.- 6.2 Diffuser Nachhall.- 6.2.1 Schroeder-Algorithmus.- 6.2.2 Verallgemeinerte Rückkopplungsstrukturen.- 6.3 Approximation von Raumimpulsantworten.- 7 Dynamikbeeinflussung.- 7.1 Statische Kennlinie.- 7.2 Dynamische Eigenschaften.- 7.2.1 Pegelmessung.- 7.2.2 Glättung des Steuerwertes.- 7.2.3 Zeitkonstantenbildung.- 7.3 Dynamik-Realisierung.- 7.3.1 Limiter.- 7.3.2 Compressor, Expander, Noisegate.- 7.3.3 Kombinationssystem.- 7.4 Realisierungsaspekte.- 7.4.1 Abtastratenreduktion.- 7.4.2 Kennlinienapproximation.- 7.4.3 Stereo-Verarbeitung.- 8 Abtastratenumsetzung.- 8.1 Synchrone Umsetzung.- 8.2 Asynchrone Umsetzung.- 8.2.1 Einstufige Verfahren.- 8.2.2 Mehrstufige Verfahren.- 8.2.3 Steuerung der Interpolationsfilter.- 8.3 Interpolationsverfahren.- 8.3.1 Polynom-Interpolation.- 8.3.2 Lagrange-Interpolation.- 8.3.3 Spline-Interpolation.- 9 Datenkompression.- 9.1 Verlustlose Datenkompression.- 9.2 Verlustbehaftete Datenkompression.- 9.3 Psychoakustische Grundlagen.- 9.3.1 Frequenzgruppe und absolute Hörschwelle.- 9.3.2 Ausnutzung der Maskierung.- 9.4 ISO-MPEG1 Audio-Codierung.- 9.4.1 Filterbänke.- 9.4.2 Psychoakustische Modelle.- 9.4.3 Dynamische Bitzuweisung und Codierung.