GMU:Bild zu Ton, Ton zu Bild/Projekte/Raum im Dialog

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Beschreibung

Testlauf: links gesendetes Bild, rechts empfangenes Bild

Der Bild-Ton-Wandler ist ein Gerät zur Übertragung und zum Empfangen von Bildern mittels hörbarer Töne. Der Aufbau besteht aus zwei (oder - nicht der Regelfall - mehreren) Geräten, die jeweils die Rolle des Senders oder des Empfängers einnehmen können. Zu Beginn wird ein Gerät ausgewählt, das zuerst senden darf. Alle anderen Geräten empfangen. Hat der Sender sein Bild vollständig übermittelt, wechseln Sender und Empfänger die Rollen. So entsteht ein kontinuierlicher Dialog zwischen zwei Partnern.

Aufgrund der niedrigen Frequenzen und des einfachen Codierungsalgorithmus, mit dem die Daten übertragen werden, kann nicht störungsfrei kommuniziert werden. Zwischen Sender und Empfänger wird die Nachricht durch äußere Faktoren, z.B. Raum und Umgebungsgeräusche, beeinflusst und verändert.

Funktionsweise

Das Bild

fig.1 Pixel in einem digitalen Bild

Digitale Bilder bestehen aus einer Reihe von einzelnen Pixeln (fig.1). Alle einzelnen Pixel lassen sich in ihre Primärfarben zerlegen. Für Computer sind das die Farben Rot, Grün und Blauviolett. Aus diesen drei Farben mischt der Computer additiv alle anderen Farben. Nimmt man das erste Pixel aus fig.1 und zerlegt es in seine Bestandteile, entsteht das Diagramm fig.2.

fig.2 Ein Pixel zerlegt in seine Primärfarben

Die Farbe dieses Pixels besteht also aus einem Rotwert von 140, einem Grünwert von 198 und einem Blauwert von 63. Die Werte der Farben gehen in den meisten Computeranwendungen von 0 (kein Anteil dieser Farbe) bis 255 (maximaler Anteil dieser Farbe). Somit hat man für jede der drei Grundfarben 256 Möglichkeiten der Abstufung (siehe dazu auch Farbe).

Diese drei Werte bilden die Grundlage der Übertragungsmethode des Bild-Ton-Wandlers. Jedes Pixel, das übertragen werden soll, wird zuerst in seine drei Grundfarben zerlegt. Die Werte dieser Grundfarben werden dann der Reihe nach bei rot beginnend übertragen. In unserem Beispiel wäre das die Sequenz 140-198-63. Sind diese drei Werte übertragen, wird zum nächsten Pixel gegangen. Die Reihenfolge der einzelnen Pixel ist zeilenweise jeweils von links beginnend. Die Reihenfolge der Pixel aus Beispiel fig.1 ist in fig.3 dargestellt.

fig.3 Reihenfolge in der die Pixel übertragen werden

Neben dem RGB Farbraum kann der Bild-Ton-Wandler auch in anderen Farbräumen übertrage und empfangen. Dabei werden die RGB-Daten in und von dem gegebenen farnraum konvertiert. Folgende Farbräume sind möglich: RGB, YPbPr SDTV, YPbPr HDTV, YCbCr SDTV, YCbCr HDTV, YcbCr Full-Range, und YUV.

Die Bildübertragung

Der Bild-Ton-Wandler überträgt Daten durch Töne. Dazu macht er sich das Prinzip des Mehrfrequenzwahlverfahrens zunutze, besser bekannt als 'Tonwahl'. Mit Hilfe der Tonwahl werden Eingaben am Telefon über das Telefonkabel übermittelt. Wählt man eine Telefonnummer, rechnet das Telefon diese in eine Tonsequenz um und überträgt sie. Zu hören ist dies bei alten und oftmals auch bei modernen Telefonen während des Wählvorgangs.

Die Tonwahl basiert auf der Überlagerung zweier Sinustöne unterschiedlicher Frequenz. Für die Standardtastenbelegung eines Telefons wurde folgendes Schema festgelegt:

MFV-Tastenbelegung
  1209 Hz 1336 Hz 1477 Hz 1633 Hz
697 Hz 1 2 3 A
770 Hz 4 5 6 B
852 Hz 7 8 9 C
941 Hz * 0 # D

Will man zum Beispiel die Taste 1 übertragen, so überlagert man einen Sinuston der Frequenz 1209Hz mit einem Sinuston der Frequenz 697Hz. Im Empfänger wird mit Hilfe des Goertzel-Algorithmus eine Frequenzanalyse des Tons durchgeführt. Das ermittelte Frequenzpaar kann durch die Tabelle immer eindeutig einem Symbol zugeordnet werden.

Im obigen Beispiel können mit insgesamt 8 Frequenzen 16 unterschiedliche Symbole übertragen werden. Für einen Pixelwertebereich von 0—255 benötigt man daher 32 verschiedene Frequenzen (16 * 16 = 256). Die Töne haben eine bestimmte Dauer um eindeutig erkannt zu werden. Im Falle der Tonwahl muss jeder Ton zwischen 50 und 100ms lang sein.

Für das Tonwahlverfahren wurden die Frequenzen so gewählt, dass ihre Überlagerungen möglichst dissonant klingen. Man kann so ausschliessen, dass diese Frequenzkombinationen in der Nähe eines Telefons vorkommen. Im Falle des Bild-Ton-Wandlers können diese Frequenzen aber frei gewählt, und damit ein Tonsystem mit eigenen Harmonien geschaffen werden.

Übertragungstabelle

Die vollständige Übertragungstabelle für den Bild-Ton-Wandler sieht folgendermaßen aus. X1—X16 sind 16 Frequenzen, normalerweise auch als High-Frequencies bezeichnet. Y1—Y16 sind 16 Frequenzen, normalerweise auch als Low-Frequencies bezeichnet. Will man nun einen Wert übertragen, kann man aus der Tabelle die beiden Frequenzen ermitteln, die überlagert diesen Wert bedeuten.

IAC-Tontabelle
  X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16
Y1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Y2 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Y3 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47
Y4 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63
Y5 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79
Y6 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95
Y7 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111
Y8 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127
Y9 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143
Y10 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159
Y11 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175
Y12 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191
Y13 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207
Y14 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223
Y15 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239
Y16 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255

Testläufe

Simulierte Testläufe

Bei simulierten Testläufen wird die Ausgabe des Tongenerators direkt in den Tonerkenner ausgegeben, ohne über Mikrophon und Lautsprecher zu gehen.

Testlauf mit X Frequenzen C6—A4 in Halbtonschritten, und Y Frequenzen F2—G4 in Ganztonschritten. RGB Farbraum.
Testlauf mit X Frequenzen C6—A4 in Halbtonschritten, und Y Frequenzen F2—G4 in Ganztonschritten. RGB Farbraum.

Testlauf mit X Frequenzen C6—A4 in Halbtonschritten, und Y Frequenzen G4—F2 in Ganztonschritten. RGB Farbraum.
Testlauf mit X Frequenzen C6—A4 in Halbtonschritten, und Y Frequenzen G4—F2 in Ganztonschritten. RGB Farbraum.

Testlauf mit X Frequenzen C6—A4 in Halbtonschritten, und Y Frequenzen G4—E3 in Halbtonschritten. RGB Farbraum.
Testlauf mit X Frequenzen C6—A4 in Halbtonschritten, und Y Frequenzen G4—E3 in Halbtonschritten. RGB Farbraum.

Reale Testläufe

Bei realen Testläufen wird ganz normal mit Lautsprecher und Mikrophon gearbeitet.

Literatur

Links

Temp Links

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