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Auflösung (Digitaltechnik)


Die Auflösung ist in der Digitaltechnik eine Angabe, wie fein gestuft eine ursprünglich analoge Größe digital dargestellt werden kann.

Eine analoge Größe muss vor ihrer digitalen Weiterverarbeitung zuerst digitalisiert werden. Dies geschieht mithilfe eines Analog-Digital-Umsetzers.

Diskretisierte Größen

Die Auflösung kann sich hier auf verschiedene Dimensionen beziehen:

Durch die begrenzte Auflösung des Signalpegels entstehen sog. Quantisierungsabweichungen. Wird die zeitliche oder räumliche Auflösung zu niedrig gewählt, erzeugt das einen Alias-Effekt.

Die digitale Signalverarbeitung verwendet den Begriff Auflösung, im Zusammenhang mit der Quantisierung, im Sinne von Schrittweite.[1] Dieses steht in Übereinstimmung mit der für die Messtechnik grundlegenden Norm[2], die den Begriff Auflösung festlegt als quantitative Angabe, wie weit ein Messgerät zwischen nahe beieinander liegenden Messwerten eindeutig unterscheiden kann.

Der Zusammenhang zwischen dem Pegel des analogen Eingangssignals und dem gestuften Ausgangssignal wird durch die Quantisierungskennlinie beschrieben. Bei einer linearen Quantisierungskennlinie ist die Schrittweite oder Breite einer Quantisierungsstufe konstant. Sie ergibt sich aus dem Eingangssignalbereich und aus der Anzahl der Stufen bzw. aus der Anzahl der Stellen des Ausgabewertes.

Beispiele
  • Ein Messbereich 0…200 mV werde aufgelöst in 2000 Schritte. Dann beträgt die Schrittweite 0,1 mV.
  • Bei einem 8-Bit-ADU entspricht die relative Schrittweite mindestens [math]\scriptstyle 1/2^8 = 1/256[/math], das Signal kann dann in Schritte zu rund 0,4 % des Quantisierungsbereichs aufgelöst werden.

Bei bestimmten Anwendungen (z. B. Sprach- oder Bildübertragung) kann es von Vorteil sein, eine nichtlineare Kennlinie zu verwenden. Die Schrittweite hängt dabei vom Eingangswert ab und kann für jedes Intervall unterschiedlich groß sein.

Anwendungen

Tontechnik

Die gängige Bezeichnung bei Soundkarten und Audiosoftware ist einfach „Auflösung“. Diese wird für die Lautstärke durch die Anzahl der Binärstellen und für den Zeitbereich durch die Abtastrate angegeben. Zum Beispiel: „16 Bit / 48 kHz“.

Bis ungefähr 1995 arbeiteten die meisten Soundkarten mit einer Auflösung von 8 Bit pro Sample, wodurch noch ein leises Hintergrundrauschen wahrnehmbar war. Bei Audio-CDs und moderneren Soundkarten sind inzwischen 16 Bit pro Kanal üblich; bei Audio- und Video-DVDs bis zu 24 Bit. Bei der ISDN-Telefonie wird das analoge Eingangssignal mit 8 Bit pro Sample abgetastet, wobei bei der Quantisierung die Besonderheiten der menschlichen Wahrnehmung berücksichtigt werden.

Viele Programme der Musikproduktion arbeiten mit 32 Bit breiten Samples, die aber nur zusammen mit einer Ausrüstung genutzt werden können, die eine entsprechende Dynamik erlauben (z. B. Mikrofone, Verstärker, Lautsprecher, Räumlichkeiten).

Computergrafik

Computergrafiken werden in drei Dimensionen aufgelöst:

Bei einem Grauwertbild genügt eine Auflösung von 8 Bit aus, um mit den daraus resultierenden 256 Schattierungen ein natürlich erscheinendes Bild zu erhalten. Nur wenn der Kontrast später stark verändert werden soll, ist eine feinere Auflösung nötig, um das Bildergebnis nicht zu verfälschen.

Bei Farbbildern führen 256 Farben zu mangelhaften, körnigen oder comichaften Aufnahmen, sodass heute meistens jeder der drei Farbkanäle (rot, grün, blau) mit 8 Bit aufgelöst wird.

Bei der Bildauflösung ist neben der Signalauflösung ferner das Auflösungsvermögen zu beachten, das Vermögen, dicht beieinander liegende Objekte als eigenständig erfassen zu können.[3]

Siehe auch: Bildwandlung und Punktdichte

Videotechnik

Bei der Aufnahme von digitalen Videos werden die Einzelbilder wie im Abschnitt Computergrafik beschrieben aufgelöst. Zusätzlich kommt, wie bei der Tontechnik, eine zeitliche Auflösung bei der Abtastung der Bilder hinzu, die Bildfrequenz.

Einzelnachweise

  1. John G. Proakis, Dimitris G. Manolakis: Digital Signal Processing. 3. Auflage. Prentice Hall, 1996, ISBN 0-13-394289-9, Kapitel 9.2, S. 750 ff.
  2. DIN 1319-1 Grundlagen der Messtechnik - Grundbegriffe. 1995.
  3. Thomas Waldraff: Digitale Bildauflösung. Springer, 2004.

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Quelle: Wikipedia - http://de.wikipedia.org/wiki/Auflösung (Digitaltechnik) (Vollständige Liste der Autoren des Textes [Versionsgeschichte])    Lizenz: CC-by-sa-3.0

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