Technik: Pulse Code Modulation (PCM) DVD Audio- Die Basis für Mehrkanal-Codecs und für DVD Audio
Die
Mehrkanal-Audio-Codecs wie
DTS oder Dolby Digital und auch Meridian Lossless Packing (MLP) bei DVD Audio
greifen als digitale Basis auf lineare Pulse Code
Modulation-Samples (PCM) zurück. Damit ist die Analog-/Digital-Wandlung via PCM sozusagen Basistechnologie für alles
Folgende. Das PCM-Verfahren erfasst zu bestimmten Zeiten den
Momentanzustand des analogen Ausgangssignals – also keine 1:1-Übernahme
des Ursprungssignals, was dazu führt, dass das Signal nicht völlig
unverfälscht und originalgetreu wiedergegeben wird. Aber die Zeitabstände,
in denen die Erfassung des analogen Signals vorgenommen werden, können
beliebig kurz gewählt werden, was dazu führt, dass eine immer
exaktere Reproduktion des analogen Ausgangssignals möglich wird. Dies
ist allerdings mit immensem technischen Aufwand verbunden. Man
unterscheidet zwischen einer Zeit- und einer Wertquantisierung: Wie
man sich schon denken kann, legt die erste Größe die Häufigkeit
fest, mit der das analoge Signal abgetastet wird. Von der CD her geläufige
Zahlen für das PCM-Signal sind hier 44,1 kHz. Dies bedeutet, wie
schon oben in den Erläuterungen zu Tabelle 1 erklärt, 44100mal pro
Sekunde ein neuer Abtastwert gewonnen wird. Die DVD Video arbeitet mit
48kHz. In diesem Zusammenhang von fundamentaler Wichtigkeit ist das
sogenannte Abtasttheorem des Mathematikers Shannon, welches besagt:
Mit einer bestimmten Abtastfrequenz
ist es nur möglich, ein Nutzsignal zu kodieren, welches keine höheren
Anteile als die Hälfte der Abtastfrequenz enthält – ansonsten
treten schwerwiegende Fehler auf
Das heißt konkret:
Ohne Probleme sind bei der herkömmlichen Audio-CD 44,1 kHz : 2 =
22,05 kHz möglich, bei der Video-DVD 48 kHz:2 = 24 kHz.
Binäres Zahlensystem und natürliche Zahlen (Beispiele)
0 | 0 |
1 | 1 |
2 | 10 |
3 | 11 |
4 | 100 |
5 | 101 |
6 | 110 |
7 | 111 |
8 | 1000 |
9 | 1001 |
10 | 1010 |
Eine 16-stellige Binärzahl kann, in dezimaler Schreibweise ausgedrückt, einen Wertebereich von 0 bis 65535 enthalten:
0 | 0000000000000000 |
65535 | 1111111111111111 |
Somit wird ein vorher
kontinuierlich verlaufendes Audiosignal in 65535 Stufen unterteilt.
Bei jeder erfolgten Abtastung bekommt das analoge Signal eine
Zuordnung zu einer dieser Stufen. Bei 24 Bit Auflösung ständen 16,7
Millionen Stufen zur Verfügung – ein großer Forschritt zur exakten
tonalen Wiedergabe.
30. Mai 2001
Autor: Carsten Rampacher