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Die Digitalisierung von Audiosignalen
Eine kurze Einführung auf dem Stand von 1996

Frank Schätzlein



[In: ZMMnews. Zeitschrift des Zentrums für Medien und Medienkultur der Universität Hamburg. April 1996, S. 33.
Anhang zu: Frank Schätzlein: Digitales Radio. In: ZMMnews. Universität Hamburg. April 1996, S. 30-32.]
 

Die Digitalisierung eines analogen Originalsignals erfolgt durch den sogenannten Analog/Digital-Wandler, der das Signal abtastet und quantifiziert. Dabei wird es in einen Zahlencode mit den Werten Null und Eins umgewandelt. Die einzelne Information einer Null bzw. einer Eins heißt Bit; acht Bits bilden wiederum eine Einheit, bezeichnet mit Byte. Eine 8-Bit-Einheit codiert üblicherweise einen Buchstaben oder ein anderes Schriftzeichen. Für die HiFi-Aufzeichnung eines Musiksignals reicht diese Codierung nicht aus - heute haben sich (z. B. bei der CD) 16 Bit durchgesetzt. Das digitalisierte Audiosignal hat den Vorteil, dass es ohne Qualitätsverlust kopiert und bearbeitet werden kann; es ist unempfindlich gegenüber Gleichlauf- und Tonhöhenschwankungen, kann in seinem Datenumfang reduziert werden und bietet Möglichkeiten zum Schutz vor oder zur Beseitigung von Störungen durch den Übertragungskanal. Bei der Analogtechnik äußern sich solche Störungen und Übertragungsfehler als Rauschen, Echo, Knacken oder allgemeinen Verlust der Klangqualität.

Zur Datenreduktion eines Audiosignals hat sich bei der ARD das MUSICAM-Verfahren durchgesetzt (weltweit als MPEG Layer II standardisiert). Hierbei wird mit einer rechentechnisch aufwendigen Methode das Tonsignal auf die Komponenten hin untersucht, die bei der Rezeption durch das Gehör vom Menschen nicht wahrgenommen werden können und somit irrelevant sind. Diese Analyse muss jedoch ständig wiederholt und dem Signal angeglichen werden. Mit dieser Art der Reduktion kann die Datenrate auf unter zehn Prozent gesenkt werden.

Zur Verhinderung von Übertragungsfehlern oder Defekten des Speichermediums gibt es verschiedene Verfahren. Bei der sogenannten Fehlerschutzcodierung werden die Datenworte einfach wiederholt oder zusammengehörende Dateninhalte zeitlich und räumlich getrennt übertragen. So wird bei einer sich nur punktuell auswirkenden Störung nur ein einzelnes Element des Datenwortes beschädigt. Außerdem wird eine Prüf- oder Zusatzinformation hinzugefügt. Bei einer fehlerhaften Übertragung lässt sich dann mit Hilfe der durch die Störung modifizierten Prüfinformation das ursprüngliche Datenwort rekonstruieren. Schließlich gibt es noch die Möglichkeit, die Daten mittels eines sogenannten Paritätsbits zu codieren. Dabei wird dem Binärwort bei einer geraden Anzahl der Eins-Bits eine Null und bei ungerader Anzahl eine Eins hinzugefügt. Bei der Wiedergabe des Audiosignals können dann Fehler festgestellt werden, indem die Parität des übertragenen Wortes mit dem Paritätsbit verglichen wird. Mit dem Prinzip der Kreuzparität lässt sich bei einem einzelnen falschen Bit sogar exakt die fehlerhafte Bitstelle ermitteln.

Die hier beschriebenen Verfahren der Digitalisierung, Datenreduktion, Fehlerschutzcodierung und Fehlerkorrektur sind die Voraussetzungen für die computergestützte Produktion und Bearbeitung von Hörfunksendungen, die Vernetzung der Hörfunkanstalten und ihrer Redaktionen, der Wiedergabe von Radiosendungen im Internet und die neuen Systeme in der Übertragungstechnik.

Weiterführende Informationen im Internet (Stand: 28.11.2004):

• Gerhard Theiser: A/D-Wandler: Digitalisierung von Audiosignalen. Stiftsgymnasium der Benediktiner in Melk.
• Studienzentrum Multimedia der Fakultät für Geistes- und Sozialwissenschaften (SZM): Technische Grundlagen multimedialer Gestaltung: Digital Audio - Digitalisierung von Audiosignalen. Universität Karlsruhe (TH).
• Oliver Vornberger: Multimedia: Audio: Digitalisierung. Universität Osnabrück, Fachbereich Mathematik/Informatik: Institut für Informatik - Arbeitsgruppe Multimedia
• Berthold Cogel: Digitale Audiobearbeitung. Universität zu Köln, Zentrum für Angewandte Informatik (ZAIK)/Universitätsweiter Service (RRZK).
• Norman Hendrich: Digitale Audioverarbeitung. Skript zur Vorlesung (7.2.2001). Universität Hamburg, Fachbereich Informatik: Arbeitsbereich TAMS - Technische Aspekte Multimodaler Systeme.
• Wolfgang Näser: Digitalisierung von Audio-Archiven: Aspekte, Probleme, Verfahrensweisen (22.4.2003, Stand: 9.11.2004). Philipps-Universität Marburg, Fachbereich 09: Germanistik und Kunstwissenschaften.
• Wolfgang Huerst: Multimedia-Praktikum: Projekte im Bereich "Audio Processing" (14.3.2004).
Lehrstuhl Algorithmen & Datenstrukturen, Prof. Th. Ottmann, Institut für Informatik der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg.
• Ingo Fiedler/Michaela Brormann (Südwestfunk, HA HF-Produktion): Projektbereich I: Digitale Studiotechnik: Teilprojekt I.4.4: Qualitätssicherung von datenreduzierten Audiosignalen bei digitaler Speicherung und Übertragung. Forschungsverbund Medientechnik Südwest, Projektleitung: Dipl. Ing. B. Bittel.
• Sicher im Internet: Grundlagen Netzwerk: Digitalisierung von Daten.

Literaturauswahl:

• Philipp Ackermann: Computer und Musik. Eine Einführung in die digitale Klang- und Musikverarbeitung. Wien: Springer 1991.
• Karl Breh (Hg.): Grundlagen der HiFi-Technik. Stuttgart: Vereinigte Motor o.J.
• Henning Wilkens: Bits und Bytes statt Ton und Bild. Hörfunk und Fernsehen digital. In: ARD-Jahrbuch 94. Hamburg: Hans-Bredow-Institut 1994. S. 81-89.


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Textfassung vom 28.04.1996 (1c), © Frank Schätzlein
URL: http://www.frank-schaetzlein.de/texte/digitalisierung96.htm