Digitaltechnik Signalverlust

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Hallo Fragenfan,

Die Verbindung Digitaltechnik und Verlustfrei – dsas muss man genauer anschauen. Da werden, wie bei allen Themen immer irgendwelche Behauptungen aufgestellt, die aber nur unter gewissen Umständen überhaupt einen Sinn machen. Ich werde einmal versuchen, das möglichst kurz und knapp zu erklären:

In der Analogtechnik können die Signale in ihrem Bereich alle Lautstärken und Tonhöhen annehmen. Auch das Mischen von Tönen ist selbstverständlich möglich. Es gibt Grenzen bei der Lautstärke nach oben und bei den Tonhöhen gibt es eine Untere Grenzfrequenz und eine Obere.

Will man ein solches Analogsignal nun digitalisieren, muss es in Zahlenwerte umgewandelt werden. Das macht man ganz einfach. Es gibt die Möglichkeit diese Signale unterschiedlich genau in Zahlenwerte zu wandeln: 8 Bit 12 Bit 16 Bit und 24 Bit. Die Anzahl der Bits gibt an, wie viele Stufen für die Lautstärke des Signals zur Verfügung stehen: bei 8 Bit sind das 256 Stufen, weil man mit 8 Bit die Zahlen 0 bis 255 darstellen kann. Bei 12 Bit kann man die Zahlen 0 bis 4095 darstellen. In der Technik macht man nun folgendes: Man leitet das Signal über einen Widerstand. Je nach Lautstärke kann man an dem Widerstand unterschiedlich große Spannungen messen. Nehmen wir einmal an, die maximale Spannung, die an dem Widerstand anliegen darf sind 5 Volt. Dann werden diese 5 Volt bei einer 8-Bit Kodierung in 255 gleiche Abschnitte unterteilt, also 0V, 5/255=0,01961V, 0,03922V … bis 5 Volt. Nun misst man die Spannung an dem Widerstand in kurzen Zeitabständen (Ein gewisser Shannon hat herausgefunden, dass man Signale dann genau wieder aus dem Digitalsignal erzeugen kann, wenn mindestens mit doppelter Höchster zu Übertragender Frequenz abgetastet, also gemessen wird), also beim Telefon ist z.B die höchste übertragene Frequenz 4000 Hz, dann muss 8000 mal in der Sekunde gemessen werden. Nun vergleicht man die gemessene Spannung mit den einzelnen Stufen, und nun nennt man die Zahl, zu deren Stufe es passt. Du siehst schon hier: die genaue Spannung kann nicht getroffen werden, es ist immer ein Bereich der Stufe +/- eine halbe Stufe. Wenn wir jetzt dieses genau anschauen, dann macht man schon hier einen kleinen Fehler, der natürlich um so kleiner ist, je mehr Stufen man verwendet, aber diesen Fehler nennt man Quantisierungsfehler und kann nicht ganz vermieden werden. Also schon in der Erzeugung des Digitalsignals liegt ein Fehler, Von Verlustfrei kann da im Allgemeinen nicht die Rede sein.

Es gibt auch Digitalisierungsverfahren, bei denen der Fehler noch größer ist: Nimmt man z.B. das MP3-Format für Bilder oder das JPG-Format für Bilder, ist der Fehler noch größer. Man macht sich zunutze, dass bestimmte Fehler durch die menschlichen Sinnesorgane nicht bemerkt werden und erzeugt so ein geringeres Datenvolumen. Bei derartigen Verfahren ist der Codierungsfehler größer als der Digitalisierungsfehler.

Mit dem „Verlustfrei“ bei Digitalsignalen ist etwas anderes gemeint: Wenn das Digitalsignal erst einmal generiert (erzeugt) ist, kann man es ohne weiter Verfälschung über beliebig lange Strecken übertragen oder beliebig oft kopieren. Bei der Übertragung oder beim Kopieren kann es vorkommen, dass einzelne Bits nicht richtig erkannt werden. Deshalb wurden verschiedene Verfahren entwickelt diese Fehler zu erkennen. Manche sind dazu geeignet nur Fehler zu erkennen, dann muss die Informatin noch einmal übertragen oder kopiert werden, andere Verfahren können Fehler nicht nur erkennen sondern in unterschiedlichem Umfang auch korrigieren. Das ist mit „Verlustfrei“ gemeint! Deshalb jammert ja die Unterhaltungsindustrie so, dass man beliebig viele Kopien ohne Qualitätsverlust machen kann!

Ganz anders ist dies bei der guten alten Analogtechnik! Dort wird immer mit dem ursprünglichen Signal gearbeitet! Es wird auf Magnetbändern gespeichert, über Verstärker geschickt, in Schallplatten geschnitten usw.. Bei all diesen Schritten wird Strom durch elektrische Bauteile oder Leitungen geschickt. In diesen Bauteilen und Leitungen befinden sich aber Elektronen, die sich durch die Wärme bewegen, und deshalb elektrische Signale erzeugen. Diese elektrischen Signale verfälschen das Analogsignal. Man nennt diese Signale Rauschen, weil es keine Frequenz bevorzugt, kommen die Störungen im gesamten Frequenzband vor. Je häufiger man Verstärkt, je länger die Kabel sind, um so stärker wird das Rauschen. Das kann man nicht rückgängig machen. Deshalb werden Analogsignale mit jedem Kopiervorgang, mit jeder Verstärkung immer verrauschter und damit schlechter! Ganz im Gegensatz zu den Digitalsignalen!

Meine natürlich MP3 für Audio/Musik

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Dein Empfänger würde ja so eingestellt sein, dass er mit den richtigen Werten arbeit. Schickst du High 5V und Low 0V los, und am Ende sollen 2,5 High verarbeitet werden, dann wird auch der Empfänger so eingestellt sein, dass die Entscheidungsschwelle niedriger ist und er mit den 2,5V klarkommt

Wenn du in deine Digitalschaltung einen Spannungsteiler einbaust, kannst du dir damit die Spannung natürlich gerne so stark verringern, dass du dahinter keinen gültigen High-Pegel mehr vorfinden wirst.

Allerdings baut man sich in der Praxis normalerweise keinen Spannungsteiler in eine Digitalschaltung ein (außer, man möchte eine Pegelwandlung durchführen, z.B. zum Übergang auf eine andere Schaltungstechnologie).

Und sollte man es doch tun, muss man eben dafür sorgen, dass das Signal danach wieder entsprechend verstärkt bzw. aufbereitet wird, oder dass die folgende Stufe so aufgebaut ist, dass sie mit der verringerten Spannung zurecht kommt.

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