Willkommen im Bereich "Information und Codierung", der sich mit der gleichnamigen Vorlesung bei [+] Dr. Schatter beschäftigt. Die Aufgaben für die Übungen sind [+] hier zu finden (Achtung! Hierfür wird Benutzername und Passwort benötigt, außerdem muss der Login aus dem Uninetz oder per VPN erfolgen!).

Aufgaben nach Übung 2

[+] Aufgabe 1.1 (Tabelle Shannon)
[+] Aufgabe 2.3 (Zeichensysteme)
[+] Aufgabe 2.4 (AD - Übergang)
[+] Aufgabe 2.4b (Name als Audiofile)

Aufgaben nach Übung 3

[+] Aufgabe 3.1 (Zahlen- und Zeichendarstellung, Abweichungen)

Aufgaben nach Übung 4

[+] Aufgabe 4.1 (Satellitenkommunikation)
[+] Aufgabe 4.2 (Topologien)

Aufgaben nach Übung 5

[+] Aufgabe 5.1 a (Aufsätze SpringerLink)
[+] Aufgabe 5.1 b (Literaturbericht)
[+] Aufgabe 5.2 b (3D-Fernsehgeräte)
[+] Aufgabe 5.2 c (Vorbehalte gegen 3D-Technik)
[+] Aufgabe 5.4 b (text2ngram)

Aufgaben nach Übung 6

[+] Aufgabe 6.1 a (Spektrum)
[+] Aufgabe 6.1 b (Analyse Audiodatei)
[+] Aufgabe 6.1 c (Manipulation Audiodatei)
[+] Aufgabe 6.1 d (Bild zu Audiodatei)
[+] Aufgabe 6.4 a (Text codieren)
[+] Aufgabe 6.4 b (Programm kommentieren)

Aufgaben nach Übung 7

[+] Aufgabe 7.2 d (Programm "Codeausgaben")
[+] Aufgabe 7.4 a (Hammingcode)
Aufgabe 1.1

technical term Meaning Begriff Bedeutung
communication reproducing a message take a tone point → exactly / approximate at another Kommunikation Übertragung einer Nachricht von A nach B (genau / ungefähr)
semantic aspect Every message has a meaning - irrelevant from technical view Inhaltlicher Aspekt Jede Nachricht hat eine inhaltliche Bedeutung - spielt aber aus techn. Sicht keine Rolle
noise disturbs the signal, causes interferences Geräusch, Lärm, Störung stört das Signal, verursacht Interferenzen
message has a meaning, is refering to a system Nachricht Hat eine Bedeutung, bezieht sich auf ein System
transmitter produces a signal, needed for transmission Sender erstellt das Signal für die Übertragung
destination the target for whom the message is ment for Ziel das Ziel für welches die Nachricht bestimmt ist
probability how often a character appears in a message Verteilung von Zeichen gibt an wie oft ein Zeichen in einer Nachricht vorkommt (Häufigkeit)
random number table of random numbers Zufallszahl Tabelle der Zufallszahlen
digram Number of characters in a word Anzahl Zeichen in einem Word
trigram 3 letters Trigramm 3 Zeichen
stochastic Science of probability Wahrscheinlichkeits-theorie wie wahrscheinlich etwas ist
transition Übergang
equiprobable gleichwahrscheinlich
frequency Frequenz, Häufigkeit

Aufgabe 2.3

die Triade a) Finden Sie treffende Beispiele für alle Transformationen zwischen den drei Zeichensystemen. Stellen Sie das Ergebnis in einer schematischen Grafik dar. (Klicken Sie auf das Bild um es zu vergrößern)

b) Wie groß ist die Anzahl der bidirektionalen (zweiseitigen) Übergänge zwischen den o. g. drei Elementegruppen Schrift, Zahl und Bild, wenn Sie die Übergänge einzeln zählen? Die Anzahl ist 6.

Wie groß ist diese Anzahl zwischen n Elementegruppen allgemein? Für n Elemente gilt: Anzahl bidirektionale Übergänge = n*(n-1) / n, Anzahl einzellner Übergänge = (n*(n-1) / n) * 2.

c) Durch den Computergebrauch kann u. a. das Zeichensystem Schall als vierte Gruppe einbezogen werden.
Wie groß ist die Anzahl zweiseitiger Übergänge zwischen den vier Gruppen? Die Anzahl ist 6.

die Triade mit der Erweiterung Schall Finden Sie auch für die hinzukommenden Übergänge Beispiele, ergänzen Sie die Grafik aus a). (Klicken Sie auf das Bild um es zu vergrößern)

die Triade um viele Systeme erweitert Denken Sie über weitere Zeichensysteme nach und integrieren Sie diese in eine weitere Darstellung. (Klicken Sie auf das Bild um es zu vergrößern)

Aufgabe 2.4

Honda Hornet CB600 Bringen Sie ein eigenes – Ihnen wichtiges – Bild auf eine Seite Ihres WWW-Verzeichnisses zu A 2.4. (Klicken Sie auf das Bild um es zu vergrößern)

Was bedeutet bei der A-D-Wandlung die Auflösung in Bit? Die Anzahl an Bit gib im Fall von digitalen Bildern die maximale Anzahl von Farben wieder: 2^8 Bit heißt = 256 Farben maximal (gif).

Welches Kompressionsverfahren benutzen Sie ggf. für das Bild und warum gerade dieses? Ich habe mich für das jpg oder jpeg Verfahren entschieden, da mit diesem Verfahren die kleinste Dateigröße erreicht werden kann (im Vergleich zu png) und eine hohe Zahl an Farben - 16,7 Millionen (im Vergleich zu gif mit nur 256).

Vergleichen Sie Ihre Rohdaten mit dem Endergebnis und geben Sie den Kompressionsfaktor an. Bei einer Auflösung von 1000x750 px hatte das Bild im Rohzustand eine Größe von 2.250.054 Byte. Nach der Komprimierung hatte das Bild nur noch eine Größe von 86.220 Byte. Daraus ergibt sich ein Kompressionsfaktor von ca. 26.

Notieren Sie gründlich alle Ihre Probleme bei der Realisierung der WWW-Seite in Berichtsform.

- Im allgemeinen Umgang mit HTML und CSS gab es bei mir keine Probleme, da ich schon viele Websiten erstellt habe. Schade war nur, dass kein PHP genutzt werden konnte und somit viele Daten doppelt angelegt werden mussten.

- Ein größeres Problem war die Frage der Gestaltung. Festgelegt war ja "keep it simple", was nicht ganz so einfach ist wie es klingt. Wenn mann so wie ich bei den Websiten immer besonderen Wert auf die Optik gelegt hat, ist schwer zu einem minimalen Design zu gelangen. Aber auch das Problem habe ich gelöst (hoffe ich?).

- Man sollte nie die Zeit unterschätzen die solch ein Projekt benötigt, vor allem wenn man etwas mehr als nur HTML benutzt.

Aufgabe 2.4b

[+] Hier ist die Audiodatei mit meinem Namen "Benjamin Burse".

Aufgabe 3.1

a) Finden Sie möglichst viele mathematische Darstellungen der Eulerschen Zahl e (Basis des natürlichen Logarithmus) […] Darstellungen der Eulerschen Zahl

[…] und informieren Sie sich über wichtige Anwendungen der Zahl e. […]

[...] Schreiben Sie ein Programm, um die Zahl e näherungsweise mit einer Reihe aus 20 Summanden zu berechnen. Programm zur Berechnung von e auf 20 Stellen Das vollständige und lauffähige C++ Programm können Sie hier downloaden: [+] eulersche_zahl.cpp.

b) Die Zahl e sei durch folgende Näherung e = (2,718 282)10 gegeben.
Stellen Sie diese genäherte Zahl als insgesamt achtstellige Binärzahl dar: (Vorkommastellen,Nachkommastellen)2. [...]

Vorkommastelle
(2)10 = (10)2 → da 1 ⋅ 21 + 0⋅ 20 = 2
Nachkommastellen
(0, 718282)10 = (0, 101101)2 → da 1 ⋅ 2-1+ 0 ⋅ 2-2+ 1 ⋅ 2-3+ 1 ⋅ 2-4+ 0 ⋅ 2-5+ 1 ⋅ 2-6 = 0,703125 ≈ 0,718282

Daraus folgt: (2, 718282)10 ≈ (10, 101101)2

[...] Versuchen Sie ohne Rechnung diese Binärzahl als Sedezimalzahl bzw. Hexazahl darzustellen: (Vorkommastellen,Nachkommastellen)16.

0 0 1 0 , 1 0 1 1 0 1 0 0
A , B 4

c) Wie groß sind jeweils die absolute und relative Quantisierungsabweichung für 4, 5 bzw. 6 binäre Nachkommastellen in Bezug auf die unter b) angegebene Ziffernfolge von e?

binäre Nachkommastellen absolute Abweichung relative Abweichung
4 0, 030782 1, 132406
5 0, 030782 1, 132406
6 0, 015157 0, 557595
relative und absolute Abweichung

d) Beschaffen Sie sich einen Hex-Editor und stellen Sie die Binärdaten aus b) als Hexa-, ASCII- u. a. Daten dar. [...]

in Hex-Darstellung: 32 2C 37 31 38 32 38 32
in ASCII-Darstellung: 2, 718282

[...] Experimentieren Sie mit diesem Editor weiter: Analysieren Sie Ihre Audiodatei aus A 2.4b, die Sie nun als komprimierte MP3-Datei untersuchen.

Hex Darstellung der MP3 Datei Gleich zu beginn stehen die 3 Zeichen "ID3", die für das ID3-Tag der Datei stehen, was soviel wie Identify an MP3 heißt. Es sind also Daten, die die MP3-Datei näher erklären (ähnlich den Metatags einer HTML-Seite). Deutlich zu erkennen sind Informationen über Autor, Jahr, Titel und ein Kommentar.

Ich hatte auch erwartet, dass eine Struktur innerhalb der Datei zum vorschein kommt, jedoch war bei der Analyse kein Header oder Footer zu entdecken; auch müssten weitere Verschachtelungen zu sehen sein, die leider für mich auch nicht zu sehen waren.

Quellen:
[+] http://de.wikipedia.org/wiki/Eulersche_Zahl (06.12.2010).

Schönhacker, Stefan: Die Zahl e.
[+] http://www.schoenhacker.at/mathematik/e/pdf/die_zahl_e_kapitel3.pdf (06.12.2010).

Aufgabe 4.1

a) [...] Berechnen Sie für Sende- und Empfangsleistung die jeweiligen Pegel in dBm [...] Pegelberechnung

P0 = 1 ⋅ 10-3 W
P1 = 20 W
Lp1 = 43,0103 dB
P2 = 10 ⋅ 10-21 W
Lp2 = -170 dB

[...] Welche Dämpfung in dB erhielt das Signal? Wie lässt sich diese erklären? [...]

Dämpfung: |-170dB – 43,0103db| = 213,01 dB
Diese große Dämpfung triff auf, da die Strecke zwischen Jupiter und Erde, mit ca. 628,7 ⋅ 106 km, sehr lang ist und es somit zu einer sehr großen Streuung kommt.

c) Wie groß ist die Laufzeit der Satellitensignale zwischen Jupiter und der Erde maximal bzw. minimal? [...]

minimale Entfernung smin = 3,934 AE = 588,526400 ⋅ 106 km
maximale Entfernung smax = 6,471 AE = 968,061600 ⋅ 106 km

lineare Bewegung

daraus folgt:
tmin = 32,7185 min
tmax = 53,8184 min

[...] Durch welche Maßnahmen wird die Datenübertragung von Satelliten gesichert? Recherchieren Sie bitte.

Die Datenübertragung wird durch verschiedene Prüfsummen gesichert. Hierfür wird ein bestimmter Teil der Daten (z.b. bit- oder byteweise) stückweise in einen Wert umgerechnet und summiert. Diese Summe wird zusätzlich zu den eigentlichen Daten mitversendet. Der Empfänger kann dann mit den empfangenen Daten das Verfahren wiederholen und seine Summe mit der gesendeten vergleichen. Sollten die beiden Summen nicht identisch sein, liegt ein Übertragsfehler vor.

Aufgabe 4.2

b) Geben Sie für die Fälle: Bus, Ring, Rad, vollständiger Graph, vollständiges Gitter je einen Algorithmus zur Darstellung der Topologie in einer zweidimensionalen Matrix an, die Dimension ist beliebig. [...]

Alle Programme sind in C++ geschrieben, vollständig und lauffähig:

[+] bus_vgraph.cpp (Bus, vollständiger Graph)
[+] ring.cpp (Ring)
[+] rad.cpp (Rad)
[+] gitter.cpp (vollständiges Gitter)

[...] Stellen Sie für alle diskutierten Topologien ein Beziehung zwischen Kanten- (e) und Knotenzahl (v) her [...]

Topologie e = f(v)

[...] stellen Sie sie in einer gemeinsamen Grafik vergleichend dar. [...]

gemeinsame Darstellung der Topologien

c) Verifizieren Sie für 4.2 b den Algorithmus durch einen Kontrollausdruck. Geben Sie das eigene Programm mit Kontrollausgabe an.

Bus, vollständiger Graph mit Knotenzahl 5

0 1 1 1 1
1 0 1 1 1
1 1 0 1 1
1 1 1 0 1
1 1 1 1 0

Ring mit Knotenzahl 6

0 1 0 0 0 1
1 0 1 0 0 0
0 1 0 1 0 0
0 0 1 0 1 0
0 0 0 1 0 1
1 0 0 0 1 0

Rad mit 5 Knoten

0 1 1 1 1
1 0 1 0 0
1 1 0 1 0
1 0 1 0 1
1 0 0 1 0

Gitter mit Breite 3 und Höhe 2

0 1 0 1 0 0
1 0 1 0 1 0
0 1 0 0 0 1
1 0 0 0 1 0
0 1 0 1 0 1
0 0 1 0 1 0

d) Geben Sie für die nachfolgende Topologie die Inzidenz- und Adjazenzmatrix an. Benennen Sie die Knoten selbst . Welche Topologie ist dies?

Binärbaum Bei der hier gezeigten Topologie handelt es sich um einen "Binärbaum".

Inzidenzmatrix

V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 V11 V12 V13
e1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
e2 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
e3 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0
e4 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0
e5 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0
e6 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0
e7 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0
e8 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0
e9 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0
e10 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0
e11 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0
e12 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1

Adjazenzmatrix

V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 V11 V12 V13
V1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
V2 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0
V3 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0
V4 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0
V5 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
V6 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0
V7 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0
V8 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0
V9 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1
V10 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0
V11 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0
V12 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0
V13 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0

Aufgabe 5.1 a

Finden Sie im Bereich springerlink.com zehn aktuelle Aufsätze, in denen die Ausstattung von virtuellen Agenten mit Schnittstellen bzw. mit Verhalten diskutiert und dargestellt werden, die mit emotionalen Eigenschaften ausgestattet sind. […]

Supic, Haris: A Case-Based Approach to Intelligent Virtual Agent's Interaction Experience Representation.
[+] http://www.springerlink.com/content/b478621l47g84671/ (05.01.2011)
erschienen in: Intelligent Virtual Agents, Lecture Notes in Computer Science, 2007, Volume 4722/2007, 407-408, DOI: 10.1007/978-3-540-74997-4_62

Mumme, Christopher; Pinkwart, Niels; Loll, Frank: Design and Implementation of a Virtual Salesclerk.
[+] http://www.springerlink.com/content/txx7kpp52v282424/ (05.01.2011)
erschienen in: Lecture Notes in Computer Science, 2009, Volume 5773/2009, 379-385, DOI: 10.1007/978-3-642-04380-2_41

Arnellos, Argyris; Vosinakis, Spyros: Emergence of Representational Structures in Virtual Agents.
[+] http://www.springerlink.com/content/83962v31awju35tu/ (05.01.2011)
erschienen in: Intelligent Virtual Agents, Lecture Notes in Computer Science, 2005, Volume 3661/2005, 504, DOI: 10.1007/11550617_55

Bostan, Barbaros: Explorations in Player Motivations: Virtual Agents.
[+] http://www.springerlink.com/content/h6p7j132v8r45234/ (05.01.2011)
erschienen in: Entertainment Computing - ICEC 2010, Lecture Notes in Computer Science, 2010, Volume 6243/2010, 262-269, DOI: 10.1007/978-3-642-15399-0_26

Ping-Han Lee, Benny; Chao-Chun Kao, Edward; Soo Von-Wun: Feeling Ambivalent: A Model of Mixed Emotions for Virtual Agents.
[+] http://www.springerlink.com/content/d20564r8788635m3/ (05.01.2011)
erschienen in: Intelligent Virtual Agents, Lecture Notes in Computer Science, 2006, Volume 4133/2006, 329-342, DOI: 10.1007/11821830_27

Hillebrand, Gerrit; Zuerl, Konrad: Finger Tracking for Virtual Agents.
[+] http://www.springerlink.com/content/c6483415578g5478/ (05.01.2011)
erschienen in: Intelligent Virtual Agents, Lecture Notes in Computer Science, 2007, Volume 4722/2007, 417-419, DOI: 10.1007/978-3-540-74997-4_67

Kotov, Artemy: Simulating Dynamic Speech Behaviour for Virtual Agents in Emotional Situations.
[+] http://www.springerlink.com/content/q0345n405547r1m2/ (05.01.2011)
erschienen in: Affective Computing and Intelligent Interaction, Lecture Notes in Computer Science, 2007, Volume 4738/2007, 714-715, DOI: 10.1007/978-3-540-74889-2_64

Endrass, Birgit; Damian, Lonut; Huber, Peter; Rehm, Matthias; André, Elisabeth: Generating Culture-Specific Gestures for Virtual Agent Dialogs.
[+] http://www.springerlink.com/content/y718656tpj0782vp/ (05.01.2011)
erschienen in: Intelligent Virtual Agents, Lecture Notes in Computer Science, 2010, Volume 6356/2010, 329-335, DOI: 10.1007/978-3-642-15892-6_34Clement, Michel; Runte, Matthias

Clement, Michel; Runte, Matthias: Intelligente Software-Agenten im Internet - Implikationen für das Marketing im iCommerce.
[+] http://www.springerlink.com/content/r11081w46g226615/ (05.01.2011)
erschienen in: der markt, Volume 39, Number 1, 18-35, DOI: 10.1007/BF03033965

Ochs, Magalie; Sabouret, Nicolas; Corruble, Vincent: Modeling the Dynamics of Virtual Agent’s Social Relations.
[+] http://www.springerlink.com/content/ju5095x0x0188523/ (05.01.2011)
erschienen in: Intelligent Virtual Agents, Lecture Notes in Computer Science, 2008, Volume 5208/2008, 524-525, DOI: 10.1007/978-3-540-85483-8_71

Aufgabe 5.1 b

Virtuelle Agenten erfreuen sich immer größerer Beliebtheit, meist unbemerkt aber doch da. Ob es der „Amazon-Agent“ oder „Ebay-Agent“ ist, der für uns interessante Produkte sucht, bzw. ein „Musik-Agent“ in unserem Mediaplayer, der die Playlist analysiert und daraus unsere Stimmung ableitet und so weitere mehr oder weniger passende Musik vorschlägt. Wie man sieht ist wahrscheinlich jeder schon mit solch einem „Agenten“ in Berührung gekommen.

Es besteht sogar die Möglichkeit, sich mit manchen Agenten zu unterhalten. Hier analysiert der Agent den eingegebenen Text und versucht diesen nach vorgegebenen Mustern auszuwerten und daraufhin eine emotionale Antwort zu geben. Diese Agenten verfügen auch über mehrere Ebenen der Kommunikation, so kann er beispielsweise 3 verschiedene Schuldzuweisungen erkennen: Agent ist schuld, Person die sich mit dem Agent unterhält ist schuld oder eine 3. Person ist schuld. Als Referenz für die emotionale Reaktion, wurden Test mit über 500 Testpersonen durchgeführt, sodass der Agent auch nachvollziehbare Reaktionen erzeugt. Im aktuellen Entwicklungsstand kann solch ein Agent eine ca. 10 bis 30 Sekunden lange Konversation führen. In Zukunft wird sich dieser Wert sicherlich noch weiter verbessern lassen.

Quelle:
Kotov, Artemy: Simulating Dynamic Speech Behaviour for Virtual Agents in Emotional Situations.
[+] http://www.springerlink.com/content/q0345n405547r1m2/ (05.01.2011)
erschienen in: Affective Computing and Intelligent Interaction, Lecture Notes in Computer Science, 2007, Volume 4738/2007, 714-715, DOI: 10.1007/978-3-540-74889-2_64

XML ist eine Auszeichnungssprache die hierarchische Daten in Textform darstellt. Das heißt also, um einer Maschine Emotionen zu verdeutlichen, müssen diese in sinnvolle hierachische Strukturen umgewandelt werden. Es müssen Vorschriften definiert werden, nach denen sich Stimmungen, Launen, Emotionen, Temperamente, Charaktere etc. einteilen lassen, sodass sie von der Maschine wieder als solche erkannt werden können.

Aufgabe 5.2 b

Wie groß wäre die Zahl der 3D-Geräte nach dieser Modellierung im Jahr 2020? […]

t = 10
y(t)= 567,738 ⋅ 106

[…] Wann würden theoretisch alle Haushalte der BRD ein solches Gerät besitzen? […]

Berechnung bis alle deutschen Haushalte ein 3D Gerät besitzen

ca. im Juli 2016 würden alle deutschen Haushalte ein 3d Gerät besitzen.

Bewerten Sie die Ergebnisse kritisch.

Trotz guter mathematischer Verfahren und Verbesserung durch Regression, können diese Modelle nicht die Zukunft vorhersagen. Da die Basis dieser Berechnung eine Exponentialfunktion ist, werden Funktionswerte (hier Anzahl der Haushalte) immer schneller größer. Dies kann aber niemals das reale Verhalten des Marktes wiederspiegeln, da ab einem bestimmten Punkt eine Sättigung des Marktes eintritt. Nach diesem Modell hätte jeder Bürger in Europa im Jahr 2020 1,14 3D-Fernsehgeräte (bei konstanter Bevölkerung). Es können keine Verbesserungen oder Änderungen berücksichtig werden, die eventuell zu einem ganz anderen Weg in der Technik führen.

Aufgabe 5.2 c

Stellen Sie Argumente und Vorbehalte zusammen, die gegen 3D-Technik sprechen.

Shuttertechnik

allgemeine Probleme

Stellen Sie Informationen zur Standardisierungssituation der 3D-Fernsehtechnik zusammen.

HDMI

[+] http://de.wikipedia.org/wiki/High_Definition_Multimedia_Interface (05.01.2011)

MPEG

Normaufbau:

[+] http://de.wikipedia.org/wiki/Moving_Picture_Experts_Group (05.01.2011)

ETSI

ETSI ist ein gemeinnütziges Institut mit dem Ziel, europaweit einheitliche Standards im Bereich der Telekommunikation zu schaffen. Es wurde 1988 auf Initiative der Europäischen Kommission gegründet. Das Institut hat 655 Mitglieder aus über 50 Ländern, darunter Netzbetreiber, Diensteanbieter, Verwaltungen, Anwender und Hersteller. Sitz des Instituts ist Sophia Antipolis in der Nähe von Nizza (Frankreich).

[+] http://de.wikipedia.org/wiki/Europ%C3%A4isches_Institut_f%C3%BCr_Telekommunikationsnormen (05.01.2011)

EBU

Die Europäische Rundfunkunion wurde am 12. Februar 1950 auf einer Konferenz in Torquay, Vereinigtes Königreich mit dem Ziel gegründet, ein Netzwerk zum Austausch von Nachrichtenfilmen aufzubauen. Des Weiteren soll die EBU technische Entwicklungen im Radio- und Fernsehbereich vorantreiben und standardisieren.

[+] http://de.wikipedia.org/wiki/Europ%C3%A4ische_Rundfunkunion (05.01.2011)

SMPTE

[…] (SMPTE) ist ein internationaler Verband aus dem Bereich der professionellen Film- und vor allem Videotechnik mit Sitz in White Plains, New York.
Die SMPTE wurde 1916 (damals noch als Society of Motion Picture Engineers [SMPE]) gegründet, um die Entwicklung von Normen und Standards, die Forschung und wissenschaftliche Aktivität und die vernetzte Kommunikation und Ausbildung in der sich schnell entwickelnden Welt bewegter Bilder zu fördern. Dabei erarbeitet der Verband die Standards in der Regel nicht selbst, sondern fungiert als Forum und Dokumentationsinstanz.

[+] http://de.wikipedia.org/wiki/Society_of_Motion_Picture_and_Television_Engineers (05.01.2011)

ITU

Die Ziele der ITU sind Abstimmung und Förderung der internationalen Zusammenarbeit im Nachrichtenwesen durch:

[+] http://de.wikipedia.org/wiki/Internationale_Fernmeldeunion (05.01.2011)

IEC

Die IEC war wesentlich daran beteiligt, Normen für Maßeinheiten zu vereinheitlichen, insbesondere Gauß, Hertz und Weber. Man schlug auch als erste ein System von Standards vor, das Giovanni-Giorgi-System, das letztlich zum SI, dem Internationalen Einheitensystem, wurde.

IEC-Normen haben Nummern zwischen 60000 und 79999. Ihre Titel lauten zum Beispiel IEC 60417: Graphical Symbols for use on Equipment.
Normen, die gemeinsam mit ISO entwickelt werden, erhalten die Präfixe beider Organisationen wie zum Beispiel in „ISO/IEC 7498-1: 1994, Open Systems Interconnection: Basic Reference Model“.

[+] http://de.wikipedia.org/wiki/International_Electrotechnical_Commission (05.01.2011)

Aufgabe 5.4 b

Fertigen Sie eine Übersicht für die jeweiligen Häufigkeitsverteilungen für den Text aus A 5.4a) an und geben Sie die fünf häufigsten Uni-, Bi-, bzw. Trigramme mit ihren relativen Häufigkeiten an.

Monogramme Bigramme Trigramme
Zeichen Häufigkeit Zeichen Häufigkeit Zeichen Häufigkeit
e 0,1663 en 0,0396 ich 0,0131
n 0,1 er 0,0378 ein 0,0095
i 0,0841 ch 0,0309 sch 0,0085
s 0,0702 ei 0,0249 der 0,0079
r 0,07 de 0,0189 cht 0,0075
Aufgabe 6.1 a

a) Stellen Sie den Zeitverlauf des unkomprimierten Signals und auch die Frequenzcharakteristik (Spektrum) Ihrer Sprachdatei aus A 2.4 b) mit Hilfe z. B. eines Audio-Editors Ihrer Wahl auf Ihrer Heimatseite/Homepage grafisch dar.
Fügen Sie in die Grafik mit dem Zeitverlauf auch die Laute (Phoneme) lesbar ein. [...]

Mein Name in Wellenform mit Phonemen

[...] Wie kann die zeitlich veränderliche Spektralcharakteristik dargestellt werden, wie heißt das Diagramm?

Spektralanalyse meines Namens

Die Spektralcharakteristik kann mittels eines Breitbandspektrums dargestellt werden. Bei diesem Verfahren, werden, im Gegensatz zum Schmalbandspektrum (feste Frequenzbänder mit fester Breite), alle wichtigen Frequenzen analysiert. Dieses Diagramm zeigt auf der Abszissenachse (X-Achse) die Frequenz und auf der Ordinatenachse (Y-Achse) die durchschnittliche Lautstärke.

Aufgabe 6.1 b

Analysieren Sie anschließend die nunmehr komprimierte Audiodatei gründlich mit einem Editorprogramm Ihrer Wahl (Hexa-,ASCII-Code) und stellen Sie den Screenshot der ersten (signifikanten) Bytes als Text dar. Wählen Sie selbst ein Kompressionsverfahren. [...]

Hex ansicht der ogg-Datei

[...] Studieren Sie insbesondere den Header der Datei, der das Datenformat definiert (Metainformation). [...]

Byte 1 2 3 4 Erklärung
0 - 3 4F 67 67 00 "Magic Number" für den Seitenanfang
4 00 Version = 0
5 02 Headertyp = 2
6 - 7 00 00 Granule Position = 0
8 - 11 00 00 00 00 ohne Bedeutung
12 - 13 00 00 ohne Bedeutung
14 - 15 A5 11 Bitstream Seriennummer, 11A5(x) = 4517(d)
16 - 17 00 00 ohne Bedeutung
18 - 19 00 00 Page sequenz number 0(x) = 0(d)
20 - 21 00 00 ohne Bedeutung
22 - 25 36 A2 7E C2 CRC - Prüfsumme
26 01 page segment = 1
27 1E segment table 1E(x) = 31(d)
ab 28 Daten

[...] Vergleichen Sie mit Aussagen aus der entsprechenden Norm und diskutieren Sie Ihre Erkenntnisse. [...]

In meinem Fall haben alle Vorschriften innerhalb der Norm mit meiner Datei übereingestimmt. Nur durch diese genaue Übereinstimmung war es möglich alle Inhalte zu erkennen und für weitere Aufgaben zu benutzen.

[...] Was ist eine Metainformation?

Die Vorsilbe“ Meta“ bedeutet so viel wie „inmitten“. Daraus kann man folgende Erklärung ableiten: Metainformationen sind Erklärungen, ähnlich einem Inhaltsverzeichnis in einem Buch, die dem Programm oder Betriebssystem beschreiben, wie mit dem binären Inhalt zu verfahren ist. Bei Bildern sind z.B. Angaben über Bildgröße, Farbtiefe, Transparenz, Komprimierung etc. in den Bildern enthalten. Es können aber durchaus noch mehr Informationen untergebracht werden, z.B. über den Autor, Erscheinungsjahr, Urheberrechtsinformation und vieles mehr. Metadaten sind sehr sinnvoll, da Sie den Umgang mit Daten erleichtern, denn ohne sie müsste man immer entscheiden oder wissen, was denn wirklich in den Binärmustern codiert ist.

Aufgabe 6.1 c

Formen Sie die Datei mit einem Editor so um, dass die Audiodatei als einfache Grafikdatei auf Ihrer WWW-Seite dargestellt werden kann. [...]

Mein Name als Bild

[...] Diskutieren Sie präzise Ihren Lösungsweg.

Für das Experiment, eine Audiodatei „sichtbar“ zu machen, habe ich zuerst die unkomprimierte wav-Datei in eine ogg-Datei konvertiert. Um die Datei analysieren zu können, habe ich sie mit einem Hex Editor geöffnet. Um nun gezielt die im Header enthaltenen Informationen zu decodieren, habe ich mir auf der Website des ogg-Projekts eine byteweise Aufschlüsselung des Headers beschafft. Mit dieser Aufschlüsselung habe ich alle Informationen des Headers (in der ogg-Datei) decodiert.
Als Ziel-Dateityp habe ich bmp ausgewählt. Auch für das bmp-Format habe ich mir eine byteweise Aufschlüsselung des Headers beschafft. Um diese Aufschlüsselung testen zu können, habe ich mir eine einfache Testdatei im bmp-Format erstellt und wieder alle Headerinformationen decodiert. Damit die eigentliche ogg-Datei auch als Bild erkannt und nicht als beschädigt eingestuft wird, musste der bmp-Header eingefügt und sorgfältig mit den neuen Informationen befüllt werden.
Nachdem alle Metainformationen eingefügt waren ließ sich die ogg-Datei mit neuer Dateiendung „*.bmp“ als Bild öffnen (Bild siehe oben).

ogg-Header, siehe Aufgabe 6.1 b

bmp-Header (Beispiel 640x400px, 72dpi, komplett weiß)

Byte 1 2 3 4 Erklärung
0 - 1 42 4D ASCII: BM entspr.Windows-Bitmap
2 - 5 36 08 0B 00 Dateilänge in Byte als Doubleword 000B0836(x) = 768054(d)
6 - 9 00 00 00 00 Für evtl. spätere Benutzung reserviert
10 - 13 36 00 00 00 Bildoffset in Byte relativ zum Dateianfang als Doubleword 00000036(x) = 54(d)
14 - 17 28 00 00 00 Bildkopfgröße (28 für.Windows 3.1x, 95…, ) 00000028(x)
18 - 21 80 02 00 00 Bildbreite in Pixel als Doubleword 280(x) = 640(d)
22 - 25 90 01 00 00 Bildhöhe in Pixel als Doubleword 190(x) = 400(d)
26 - 27 01 00 Anzahl Pläne als Word, immer 1
28 - 29 18 00 Farbtief in Bit als Word 18(x) = 24(d)
30 - 33 00 00 00 00 Komprimierungsmethode, wenn 0 = unkomprimiert
34 - 37 00 B8 0B 00 Bildgröße in Byte als Doubleword 000BB800(x) = 768000(d)
38 - 41 13 0B 00 00 horizontale Auflösung in ppm (pixel per meter) 0b13(x) = 2835(d) entsp. 72dpi
42 - 45 13 0B 00 00 vertikale Auflösung in ppm (pixel per meter) 0b13(x) = 2835(d) entsp. 72dpi
46 - 49 00 00 00 00 Anzahl Farben pro Palette = 0
50 - 53 00 00 00 00 Anzahl wichtiger Farben pro Palette = 0
ab 54 Daten
Aufgabe 6.1 d

Bringen Sie, Ihre Bilddatei aus A 2.4 a) zum Erklingen.
Halten Sie auch hier alle Manipulationsschritte fest.

wav-Header

Byte 1 2 3 4 Erklärung
0 - 3 52 49 46 46 ASCII-Zeichen für "RIFF"
4 - 7 xx xx xx xx Länge des Files (mit Header) in Byte, vermindert um 8
8 - 15 57 41 56 45 ASCII-Zeichen für "WAVEfmt_"
66 6D 74 20
16 - 19 10 00 00 00 zur Zeit fest Dez. 16 bzw Hex 10 00 00 00
20 - 21 01 00 Format-Version, zur Zeit 1
22 - 23 02 00 Anzahl der Kanäle, 1 = Mono, 2 = Stereo
24 - 27 44 AC 00 00 Abtastfrequenz in Hz
28 - 31 10 B1 02 00 Byte pro Sekunde
32 - 33 04 00 Byte pro Sample (2 für 16 bits)
34 - 35 10 00 Bits pro Sample
36 - 39 64 61 74 71 ASCII-Zeichen für "data"
39 - 43 xx xx xx xx Länge des anschließenden Datenfeldes in Byte

Ich habe mich entschieden das in eine wav-Datei zu konvertieren, dafür habe ich mir einen wav-Header beschafft. Die mit xx gekennzeichneten Bytes mussten noch mit den jeweiligen Informationen gefüllt werden.
Zu beachten war hier:
Zahlen werden im Header vorzeichenlos nach dem Schema "lower byte first" abgespeichert. D.h. bei einer 4 Byte großen Zahl hat das an erster Stelle stehende Byte die Wertigkeit 1, das zweite die Wertigkeit 256, das dritte 65.536 und das vierte 16.777.216.

Hier finden Sie die [+] Audiodatei.

Aufgabe 6.4 a

Codieren Sie dann einen von Ihnen gewählten Text mit dem lzw_encoder.
Vergleichen Sie die Anzahl der gebrauchten Bits (wird genannt) mit der Anzahl der Bits, die normalerweise nötig wären, um denText als 7-Bit-ASCII zu verschlüsseln.

Der Text hat insgesamt 1244 Zeichen. Bei einer 7 Bit Verschlüsselung werden also werden:

1244 · 7 = 8708 Bit benötigt.

Mit dem Algorithmus von Lempel-Zich-Welch werden nur 6437 Bit benötigt. Das entspricht einer Einsparung von ca 26%.

Ein Star trifft ein

Die aufregende Erscheinung der Hornet wird durch ihr modernes italienisches Design betont. Für den 2011er Jahrgang präsentiert sich die Hornet behutsam überarbeitet. Die Lampenverkleidung wurde einem Facelift unterzogen. Scheinwerfer und neue Instrumenteneinheit mit Digitaltachometer finden nun gemeinsam in einer neuen, aerodynamischen Einheit Platz und unterstreichen das moderne sowie praxisgerechte Hightech-Image. Die Heckverkleidung ist deutlich schlanker, die Sitzbank weist nun einen Halteriemen für den Sozius auf. Neue, attraktive Farben betonen den sportlichen Streetfighter-Look. Der Motor basiert auf dem Triebwerk der CBR600RR und wurde abgestimmt auf jede Menge Durchzugskraft im mittleren Drehzahlbereich. Das Federungssystem mit einstellbarem Monoshock-Dämpfer und HMAS Vordergabel zeichnet für den guten Fahrkomfort und das leichte Handling verantwortlich. Das Low-Slung-Auspuffsystem trägt neben schöner Sound-Untermalung zur Zentralisierung der Massen und damit kurvenfreundlichem, leichtem Handling bei. Für souveräne Verzögerung auch unter widrigen Bedingungen ist auf Wunsch Combined ABS erhältlich. Die Hornet ist ein einzigartiges Streetbike - für alle, die keine Kompromisse eingehen.

Die codierte Datei finden Sie [+] hier

Aufgabe 6.4 b

Informieren Sie sich über die Funktionsweise von LZW.
Die Zeilen 47 bis 74 der Datei lzw_encoder.cpp sind so kommentiert, dass Wissen über den zugrundeliegenden Algorithmus vorausgesetzt wird. Ersetzen/Erweitern Sie die Kommentare und fügen Sie neue hinzu, so dass die Funktionsweise des Algorithmus auch ohne Vorwissen verstanden werden kann.

Programm auskommentiert
Aufgabe 7.2 d

Schreiben Sie ein Programm (C, C++ oder Java), das folgende Tabellenausgabe für ASCII-Zeichen im Bereich der Codes von 3210 ... 12710 mittels Bitoperatoren leistet.

Hier kann das vollständige [+] Programm heruntergeladen werden.

Die Ausgabe des obrigen Programms:

| dez |   bin  | hex | ASCII | Codegewicht | Paritaet |   AND  |   XOR  |
|  32 |  100000|  20 |       |           1 |      odd |  100000|  101111|
|  33 |  100001|  21 |     ! |           2 |     even |  100000|  101110|
|  34 |  100010|  22 |     " |           2 |     even |  100000|  101101|
|  35 |  100011|  23 |     # |           3 |      odd |  100000|  101100|
|  36 |  100100|  24 |     $ |           2 |     even |  100000|  101011|
|  37 |  100101|  25 |     % |           3 |      odd |  100000|  101010|
|  38 |  100110|  26 |     & |           3 |      odd |  100000|  101001|
|  39 |  100111|  27 |     ' |           4 |     even |  100000|  101000|
|  40 |  101000|  28 |     ( |           2 |     even |  100000|  100111|
|  41 |  101001|  29 |     ) |           3 |      odd |  100000|  100110|
|  42 |  101010|  2A |     * |           3 |      odd |  100000|  100101|
|  43 |  101011|  2B |     + |           4 |     even |  100000|  100100|
|  44 |  101100|  2C |     , |           3 |      odd |  100000|  100011|
|  45 |  101101|  2D |     - |           4 |     even |  100000|  100010|
|  46 |  101110|  2E |     . |           4 |     even |  100000|  100001|
|  47 |  101111|  2F |     / |           5 |      odd |  100000|  100000|
|  48 |  110000|  30 |     0 |           2 |     even |  110000|  111111|
|  49 |  110001|  31 |     1 |           3 |      odd |  110000|  111110|
|  50 |  110010|  32 |     2 |           3 |      odd |  110000|  111101|
|  51 |  110011|  33 |     3 |           4 |     even |  110000|  111100|
|  52 |  110100|  34 |     4 |           3 |      odd |  110000|  111011|
|  53 |  110101|  35 |     5 |           4 |     even |  110000|  111010|
|  54 |  110110|  36 |     6 |           4 |     even |  110000|  111001|
|  55 |  110111|  37 |     7 |           5 |      odd |  110000|  111000|
|  56 |  111000|  38 |     8 |           3 |      odd |  110000|  110111|
|  57 |  111001|  39 |     9 |           4 |     even |  110000|  110110|
|  58 |  111010|  3A |     : |           4 |     even |  110000|  110101|
|  59 |  111011|  3B |     ; |           5 |      odd |  110000|  110100|
|  60 |  111100|  3C |     < |           4 |     even |  110000|  110011|
|  61 |  111101|  3D |     = |           5 |      odd |  110000|  110010|
|  62 |  111110|  3E |     > |           5 |      odd |  110000|  110001|
|  63 |  111111|  3F |     ? |           6 |     even |  110000|  110000|
|  64 | 1000000|  40 |     @ |           1 |      odd | 1000000| 1001111|
|  65 | 1000001|  41 |     A |           2 |     even | 1000000| 1001110|
|  66 | 1000010|  42 |     B |           2 |     even | 1000000| 1001101|
|  67 | 1000011|  43 |     C |           3 |      odd | 1000000| 1001100|
|  68 | 1000100|  44 |     D |           2 |     even | 1000000| 1001011|
|  69 | 1000101|  45 |     E |           3 |      odd | 1000000| 1001010|
|  70 | 1000110|  46 |     F |           3 |      odd | 1000000| 1001001|
|  71 | 1000111|  47 |     G |           4 |     even | 1000000| 1001000|
|  72 | 1001000|  48 |     H |           2 |     even | 1000000| 1000111|
|  73 | 1001001|  49 |     I |           3 |      odd | 1000000| 1000110|
|  74 | 1001010|  4A |     J |           3 |      odd | 1000000| 1000101|
|  75 | 1001011|  4B |     K |           4 |     even | 1000000| 1000100|
|  76 | 1001100|  4C |     L |           3 |      odd | 1000000| 1000011|
|  77 | 1001101|  4D |     M |           4 |     even | 1000000| 1000010|
|  78 | 1001110|  4E |     N |           4 |     even | 1000000| 1000001|
|  79 | 1001111|  4F |     O |           5 |      odd | 1000000| 1000000|
|  80 | 1010000|  50 |     P |           2 |     even | 1010000| 1011111|
|  81 | 1010001|  51 |     Q |           3 |      odd | 1010000| 1011110|
|  82 | 1010010|  52 |     R |           3 |      odd | 1010000| 1011101|
|  83 | 1010011|  53 |     S |           4 |     even | 1010000| 1011100|
|  84 | 1010100|  54 |     T |           3 |      odd | 1010000| 1011011|
|  85 | 1010101|  55 |     U |           4 |     even | 1010000| 1011010|
|  86 | 1010110|  56 |     V |           4 |     even | 1010000| 1011001|
|  87 | 1010111|  57 |     W |           5 |      odd | 1010000| 1011000|
|  88 | 1011000|  58 |     X |           3 |      odd | 1010000| 1010111|
|  89 | 1011001|  59 |     Y |           4 |     even | 1010000| 1010110|
|  90 | 1011010|  5A |     Z |           4 |     even | 1010000| 1010101|
|  91 | 1011011|  5B |     [ |           5 |      odd | 1010000| 1010100|
|  92 | 1011100|  5C |     \ |           4 |     even | 1010000| 1010011|
|  93 | 1011101|  5D |     ] |           5 |      odd | 1010000| 1010010|
|  94 | 1011110|  5E |     ^ |           5 |      odd | 1010000| 1010001|
|  95 | 1011111|  5F |     _ |           6 |     even | 1010000| 1010000|
|  96 | 1100000|  60 |     ` |           2 |     even | 1100000| 1101111|
|  97 | 1100001|  61 |     a |           3 |      odd | 1100000| 1101110|
|  98 | 1100010|  62 |     b |           3 |      odd | 1100000| 1101101|
|  99 | 1100011|  63 |     c |           4 |     even | 1100000| 1101100|
| 100 | 1100100|  64 |     d |           3 |      odd | 1100000| 1101011|
| 101 | 1100101|  65 |     e |           4 |     even | 1100000| 1101010|
| 102 | 1100110|  66 |     f |           4 |     even | 1100000| 1101001|
| 103 | 1100111|  67 |     g |           5 |      odd | 1100000| 1101000|
| 104 | 1101000|  68 |     h |           3 |      odd | 1100000| 1100111|
| 105 | 1101001|  69 |     i |           4 |     even | 1100000| 1100110|
| 106 | 1101010|  6A |     j |           4 |     even | 1100000| 1100101|
| 107 | 1101011|  6B |     k |           5 |      odd | 1100000| 1100100|
| 108 | 1101100|  6C |     l |           4 |     even | 1100000| 1100011|
| 109 | 1101101|  6D |     m |           5 |      odd | 1100000| 1100010|
| 110 | 1101110|  6E |     n |           5 |      odd | 1100000| 1100001|
| 111 | 1101111|  6F |     o |           6 |     even | 1100000| 1100000|
| 112 | 1110000|  70 |     p |           3 |      odd | 1110000| 1111111|
| 113 | 1110001|  71 |     q |           4 |     even | 1110000| 1111110|
| 114 | 1110010|  72 |     r |           4 |     even | 1110000| 1111101|
| 115 | 1110011|  73 |     s |           5 |      odd | 1110000| 1111100|
| 116 | 1110100|  74 |     t |           4 |     even | 1110000| 1111011|
| 117 | 1110101|  75 |     u |           5 |      odd | 1110000| 1111010|
| 118 | 1110110|  76 |     v |           5 |      odd | 1110000| 1111001|
| 119 | 1110111|  77 |     w |           6 |     even | 1110000| 1111000|
| 120 | 1111000|  78 |     x |           4 |     even | 1110000| 1110111|
| 121 | 1111001|  79 |     y |           5 |      odd | 1110000| 1110110|
| 122 | 1111010|  7A |     z |           5 |      odd | 1110000| 1110101|
| 123 | 1111011|  7B |     { |           6 |     even | 1110000| 1110100|
| 124 | 1111100|  7C |     | |           5 |      odd | 1110000| 1110011|
| 125 | 1111101|  7D |     } |           6 |     even | 1110000| 1110010|
| 126 | 1111110|  7E |     ~ |           6 |     even | 1110000| 1110001|
| 127 | 1111111|  7F |     |           7 |      odd | 1110000| 1110000|

Aufgabe 7.4 a

Analysieren Sie, wieviele Datenbits m des Sensors mit wachsender Fehlerkorrekturmöglichkeit noch transportiert werden können: ec = 1, 2, [...]

ec Hammingcode Formel k m r=k/n R=m/n h
1 4,0874 5 11 5/16 11/16 3
2 7,0980 8 8 1/2 1/2 5
3 9,4450 10 6 5/8 3/8 7
4 11,2975 12 4 6/8 2/8 9
5 12,7492 13 3 13/16 3/16 11
6 13,8623 14 2 7/8 1/8 13
7 14,6846 15 1 15/16 1/16 15
8 15,2587 16 0 1 0 17

[...] Stellen Sie die Ergebnisse in einer Tabelle dar und diskutieren Sie die Kompromiss-Situation zwischen Genauigkeit und Sicherheit.

Bei einer Kanalwortlänge von 16 Bit (n = 16), ist der Aufwand-Nutzen Quotient (k/m) nur bis zu einer Fehlererkennung von 2 (ec = 2) sinnvoll. Bis zu dieser Grenze kann mindestens die Hälfte der Bits für Daten genutzt werden. Wenn mehr als 2 Fehler erkannt werden sollen, muss mindestens die Hälfte der Bits für die Sicherung der Daten verwendet werden.

Aus diesem Grund, wird man sich für die Sicherung eines 16 Bit Kanalwortes für eine maximale Fehlererkennung von 2 entscheiden.

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