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1 (Band 2) 11 Grundlagen der digitalen Tontechnik Einführung Signale Kontinuierliche Signale Signaldarstellung Signalverarbeitung Diskrete Signale Abtastung Quantisierung Signalrekonstruktion Systemkomponenten der digitalen Signalverarbeitung Analog/Digital-Wandlung Successive-Approximation-Wandler Delta-Sigma-Wandler Digital-/Analog-Wandlung R-2R-Wandler Delta-Sigma-Wandler Bitstream-Systeme Digitale Signalverarbeitung Signalprozessoren Filter Digitale Signalübertragung Quellencodierung und Datenkompression Kanalcodierung und Fehlerbehandlung Übertragungsnetze Digitale Audioschnittstellen AES/EBU und SPDIF Entwicklung Datenformat Kanalcodierung Elektrische Eigenschaften und Steckverbinder Mehrkanal-Schnittstellen Dolby-E Interface MADI ADAT TDIF FireWire USB Entwicklung Topologie Datenübertragung Elektrische Eigenschaften und Steckverbinder Audioapplikationen Thunderbolt Drahtlose Übertragung VII

2 VIII Videoschnittstellen SDI DVI HDMI Audio-Dateiformate WAV, WAVE BWF RF64, RIFF AES31 Dateitransfer-Format Standards und Richtlinien Literatur Audiocodierung Einführung Verlustfreie Codierverfahren Verlustbehaftete Codierverfahren Wellenformcodierung Quellenorientierte Codierung Empfängerorientierte Codierung Standardisierung von Audiocodierverfahren Offene und proprietäre Standards Generationsentwicklung der MPEG-Audiostandards Grundprinzipien psychoakustisch basierter Codierverfahren Psychoakustische Grundlagen Frequenzabhängige Maskierung Zeitabhängige Maskierung Räumliche Schallwahrnehmung Bausteine psychoakustisch basierter Codierverfahren Filterbank Quantisierung und Codierung Psychoakustisches Modell Spektrale Bandbreitenerweiterung, SBR Codierung zwei- und mehrkanaliger Stereosignale Joint-Stereo Codierung Spatial Audio Codierung Qualitätsaspekte der Audiocodierung Qualitätsstufen von Codec-Anwendungen Typische Codier-Artefakte Artefakte durch begrenzte Zeitauflösung Birdies Mehrkanal-Artefakte Artefakte durch Tandem-Codierung Qualitätsbewertung von Codierverfahren Hörtests Objektive Testverfahren Psychoakustisch basierte Audiocodecs Übersicht MPEG-1/2 Audio

3 MPEG MPEG-2 Low Sampling Rate Erweiterungen MPEG-2 Multikanal-Erweiterungen MPEG-1/2 Bitstrom und Fileformat Layer 1 Audiodaten Layer 2 Audiodaten Layer 3 Audiodaten MPEG-2/4 AAC Filterbank Bitstrom und Fileformat MPEG-4 High-Efficiency AAC HE-AAC Varianten Audioqualität und Einsatzbereiche von AAC-Codecs MPEG Mehrkanalcodecs MPEG-Surround HE-AAC mit MPEG-Surround MPEG SAOC (Spatial Audio Object Coding) MP3-Surround Dolby Mehrkanalcodecs Dolby Digital Dolby Digital Plus Dolby E DTS Basisverfahren DTS-ES DTS 96/ apt-x Basisverfahren Enhanced apt-x Sprachcodecs ITU-T G ITU-T G.722.1, G Weitere gebräuchliche Audiocodecs Windows Media Audio Ogg Vorbis Matrix-basierte Surround-Systeme Dolby Surround / Dolby ProLogic Verlustfreie Audiocodierverfahren Übersicht Free Lossless Audio Codec (FLAC) MPEG-4 Lossless Coding (ALS) Digitale Signaturen von Audiodateien Digitales Wasserzeichen Anforderungen und Eigenschaften Anwendungsbereiche Digitaler Fingerabdruck Anforderungen und Eigenschaften Merkmalsauswahl IX

4 Lösungsmodelle Anwendungsbereiche Digitale Rechteverwaltung Anwendungsbereiche Basistechniken Nachteile von DRM Standards Literatur Digitale Studioprozesse Tonsignalbearbeitung Digitale Effektgeräte Digitale Tonmischpulte Kreuzschienen Systembetrachtungen PC-basierte Bearbeitungssysteme Audioworkstations Integrierte Funkhaussysteme Digitale Programmproduktion und Sendeabwicklung im Hörfunk Aufbau einer Hörfunkorganisation Abläufe in der digitalen Programmproduktion Akquisition von Programminhalten Kontribution von Programminhalten Distribution Digitaler Workflow Module im digitalen Workflow Beitragserstellung Sendungsbegleitende Produktion Datenbankmanager für Audio-Files Sendeplanung Sendeprotokoll und Nutzungsrechte Recherchewerkzeuge Archiv Aktualitätenspeicher Musikrotation Sendeablaufsteuerung Regionalisierung Themen- und Ereignisplanung Nachrichtenverteilung Phonescreening und Off Airs Verkehrsinformationen Zusatzinformationen Leitungsdisposition Dokumentationssystem Außenübertragungstechnik Digitale Tonsignalspeicherung Digitale Tonaufzeichnung Quelldaten, Kanaldaten und Kanalmodulation X

5 Speicherkanal Datenformatierung Schreibcodes und Kanalmodulation Fehlererkennung und Fehlerkorrektur Instrumente der Fehlererkennung und Fehlerkorrektur Magnetische Aufzeichnung Magnetband-Aufzeichnung Helical-Scan-Aufzeichnung Helical-Scan-Aufzeichnung für 8-Kanal-Ton Längsaufzeichnung Tondatenaufzeichnung auf Computermagnetband Magnetplattenaufzeichnung Aufbau und Funktion Controller, Codierung und weitere Entwicklung Optische Aufzeichnung Optische Speicherverfahren Optische Aufzeichnungsverfahren Compact Disc Beschreibung CD-R Super Audio CD (SACD) Aufbau und Eigenschaften Datenorganisation, Kanalcodierung und Fehlerschutz DVD-Audio Aufbau und Eigenschaften Datenformat Magneto-Optical Disc (MOD) Aufbau und Funktionsweise Zukünftige Entwicklung Flash-Speicher Funktionsweise Flash-Filesystem und Kanalcodierung Flash-Karten und künftige Entwicklung Tonsignalrestauration Mastering Definition des Mastering Technische und klangliche Aspekte Formatierung Pegelanpassung Dynamik Dither und Noise Shaping Remastering und Tonrestaurierung Analog oder digital? Surround Mastering Mastering von Kinomischungen Das Mastering-Studio Master-Formate CD-Audio Alternative Formate Super Audio CD Super Audio Hybrid Disc XI

6 DVD-Audio HD-DVD DVD-Video Blu-ray Disc Audio-only Blu-ray / Pure Audio Blu-ray Digitale Tonarchive Anforderungen Funktionale Anforderungen aus Sicht des Archivs Funktionale Anforderungen aus Sicht des Programms Systemtechnische Anforderungen Archivsysteme Speichersysteme Datenbanken Benutzeroberflächen Einspielstationen Ausspielstationen Schnittstellen Metadaten Kategorien von Metadaten Bedeutung von Metadaten im digitalen Workflow Technischer Umgang mit Metadaten Automatische Erzeugung von Metadaten Standards, Richtlinien und Empfehlungen Nicht öffentliche Dokumente Literatur Film- und Fernsehton Einführung Zeitliche Relationen zwischen Bild und Ton Zeitliche Wahrnehmung Synchronität und Bild-Ton-Versatz Inhaltliche Relationen zwischen Bild und Ton Sounddesign und Montage Mikrofonierung und Tonaufzeichnung Mikrofonierung des Originaltons Mikrofonierung für Stereo und Surround Mikrofonierung im Synchronstudio Mikrofonierung im Fernsehstudio Tonaufzeichnung mit dem Camcorder Aufnahme mit abgesetztem Recorder Workflow mit analogen und digitalen Medien Portable Audiomischer Ü-Wagen- und Studio-Produktion Bildbezogene Aufzeichnungs- und Dateiformate für Ton Analoge, bandgestützte Aufzeichnungsformate Digitale, bandgestützte Aufzeichnungsformate XII

7 Digitale, dateibasierte Aufzeichnungsformate AVI - Audio Video Interleaved MXF Media Exchange Format GXF - General Exchange Format Kanal- und Spurenbelegung für den Programmaustausch Synchronisation und Synchronverfahren Pilotton und Neo-Pilotton SMPTE/EBU-Timecode MIDI-Timecode Rotosyn Multiplexing, Interleaving und Time-Stamping Time-Alignment Audio/Video Nachbearbeitung und Mischung Schnitt Integrierte Audioproduktion Synchronregie und Mischung Lautheitssteuerung und Fernseh-Soundprocessing Filmtonformate und Wiedergabeverfahren Analoger und digitaler Lichtton Magnetton dci - Digital Cinema Initiative Wiedergabe in der Filmtonregie und im Kino Wiedergabe im Kino A-Chain, B-Chain Der Ton im digitalen Kino Fernsehtonformate und Wiedergabeverfahren Kanalformate und Wiedergabesysteme für Fernsehton IRT-Zweitonverfahren (A2) NICAM 728, NICAM Stereo Matrizierter Surroundton Digitale Fernsehtonverfahren für Stereo- und Surroundton Stereo- und Mehrkanalübertragung für professionelle Anwendungen und Kontribution Audio-Schnittstellen in Videosystemen SDI und HD-SDI SDTI Serial Digital Transport Interface RS-422 und Sony 9-Pin RS-422 und ESAM-Protokoll Mehrkanalton über Zweikanalschnittstellen HDMI Einführung in die Film- und Videotechnik Audiovisuelle Wahrnehmung und multimodale Integration Der Sehsinn Bildabtastung Digitales Video XIII

8 XIV Video-Aufzeichnungsformate Monitore und Projektoren Bildgestaltung Normen, Richtlinien Literatur Digitale Betriebstechnik Zentrale Einrichtungen Betriebszentrale Koppelfelder Leitungsanbindung Sendeverteilung Weitere Einrichtungen Handhabung der Systeme Synchronisation Vernetzung Server Produktion Kontribution von Programmbeiträgen Programmaustausch Datensicherheit Anwendungssoftware Sendestudio Konventioneller Regiebetrieb Selbstfahrerbetrieb Leitungsanbindung Weitere Einrichtungen Vorproduktion Intercom Sprechanlagen Betriebsfernsprechanlage Stromversorgung EMV-gerechte Stromversorgung Übertragungswege Problemstellung Codierverfahren Quellencodierung Kanalcodierung Kryptologische Codierung / Verschlüsselung Synchronisation Die E1-Schnittstelle Übersicht Technische Parameter Quellencodierungsverfahren bei E Synchronisation bei E Die ASI-Schnittstelle Übersicht Technische Beschreibung HYBNET das Netz der ARD Übersicht

9 Konzept Dienste und Verbindungen HYBNET-Betriebsregelung Filetransfer ARD-Filetransfer und Replikation Breitbandiger Audio-Filetransfer Digitale Bemusterung Codecs ISDN-Audiocodecs Satelliten-Codecs IP-Audiocodecs / Audio-over-IP Prozessstrukturen Prozessmodell Dienstleistungs-Beziehungen Organisationsstrukturen Prozessanalyse Prozessoptimierung Kontinuierlicher Verbesserungsprozess Fazit und Ausblick Standards Literatur Rundfunksysteme Grundlagen Übertragungskanäle Terrestrischer Mehrwege-Rundfunkkanal Satelliten-Rundfunkkanal Kabel-Rundfunkkanal Modulationsverfahren Definitionen und Grundlagen Klassische analoge Modulationsverfahren Klassische digitale Modulationsverfahren Multiträger-Modulation (OFDM) Kanalcodierung Definitionen und Grundlagen Faltungscodes Reed-Solomon-Codes Terrestrische Rundfunksysteme Analoge Rundfunkübertragung AM-Rundfunk unterhalb 30 MHz FM-Rundfunk im UKW-Band II Analoges Fernsehen Digital Audio Broadcasting (DAB) Tonübertragung bei DAB Digital Multimedia Broadcasting (DMB) OFDM-Parameter und Übertragungs-Modi DAB-Übertragungsrahmen Quellenangepasste Kanalcodierung Interleaving Transportmechanismen bei DAB XV

10 XVI DAB-Multiplexkonfiguration DAB Service Information DAB-Ensemble-Information DAB-Dienstestruktur Implementierung von DAB/DAB+/DMB-Netzen Digital Video Broadcasting (DVB) Überblick Terrestrisches Digitalfernsehen (DVB-T) Erweiterung zu DVB-H (Handheld) Kabelfernsehen DVB-C (Cable) DVB-Multiplex und Service-Information Digital Radio Mondiale (DRM) Übertragungs-Modi und OFDM-Parameter Modulation und Codierung Audiocodierung für DRM DRM-Multiplex DRM-Service-Information In-Band-On-Channel (IBOC) System High Definition Radio Service Modes Audiocodierung Kanalcodierung Integrated Services Digital Broadcasting (ISDB) Satellitenrundfunk Astra Digital Radio (ADR) DVB über Satellit DVB-S DVB-S Internet Radio Übersicht Technische Grundlagen Download Streaming Unicast und Broadcast Multicast Content Caching und Content Distribution Networks Streaming Protokolle IP-Protokoll RTP/UDP-Protokoll HTTP/TCP Streaming-Architektur Source Server Client Streaming-Plattformen und -Formate Shoutcast Shoutcast-Source Shoutcast-Server Shoutcast-Client Shoutcast-Protokoll Metadaten Verzeichnisse und Personalisierte Dienste

11 Podcast Download und Dateiformat Abonnement über RSS Podcast-Komponenten und Nachrichtenfluss Programmbegleitende Dienste Übersicht Typologie der Dienste Programmbegleitende und nicht-programmbegleitende Dienste Funktionen Datenmanagement Generierung programmbegleitender Dienste Einspeisung und Übertragung bei RDS Einspeisung und Übertragung bei DAB DAB-Dateneintaster Serviceinformationen Programm-Identifikation Programme Service Name Programm-Typ Traffic Announcement Alternative Frequenzliste Service Following Information Programm-Nummer Radiotext Radiotext in RDS Radiotext plus Dynamic Label Segment Dynamic Label plus Multimedia-Daten MOT MOT-Applikationen Electronic Programme Guide TopNews Radio DNS IMDA-Metadaten Codierte Verkehrsinformationen RDS-TMC TPEG Mehrkanal-Stereofonie in Hörfunk und Fernsehen Vom Kinoton zur mehrkanaligen Rundfunkübertragung Formate für Mehrkanalton ITU-R Surround Sound Standard Weitere Mehrkanalton-Formate Objektorientierte Audioübertragung Postproduktion und Distribution von Mehrkanalton im Fernsehen Dolby E - Format apt-x und Enhanced apt-x Format Standardisierte Kanalbelegungen für Mehrkanalton Aufzeichnung von 5.1-Mehrkanalton nach EBU/ITU und SMPTE Programmaustausch und -verteilung bei ARD und ZDF Kontrolle und Überwachung von Mehrkanalton beim Rundfunk XVII

12 XVIII Übertragung von 5.1-Mehrkanalton über Rundfunksysteme Programmverbreitung über DVB Programmverbreitung über IP-Medien Programmverbreitung über DAB Laufzeiten bei Übertragung von 5.1-Mehrkanalton Quellencodierung für die Ausstrahlung von 5.1-Mehrkanalton Dolby Digital-Format DTS-Format MPEG Advanced Audio Coding Metadaten Downmix von Mehrkanalton Veränderung von Signaleigenschaften durch den Downmix-Prozess Kompensation von Downmix-Artefakten Downmix von Mehrkanalton für die Kopfhörerwiedergabe Barrierefreie Audiokommunikation Otologischer Hintergrund Hörverluste und ihre Auswirkung Lautheit und Recruitment Sprache und Sprachverständlichkeit Unterstützende Audio-Übertragungssysteme Studioseitige Methoden zur Verbesserung der Barrierefreiheit Übertragungsseitige Methoden zur Verbesserung der Barrierefreiheit Empfängerseitige Methoden zur Verbesserung der Barrierefreiheit Visualisierung von Sprachinformationen Untertitelung SynFace synthetisches Gesicht zur Darstellung der Lippenbewegungen Gebärdensprache Vorschläge für integrierte Systemlösungen zur Sprachunterstützung Integrated Source and Receiver related Audio Processing Dialogue Enhancement Individual Supportive Audio Signal Processing Sprachverständlichkeit in Veranstaltungsräumen Induktive Übertragung Funk-Übertragung Infrarot-Übertragung Standards Literatur Qualitätssicherung Einführung Qualitätsparameter des analogen und digitalen Tonkanals Subjektive Grenzwerte Anzustrebende Zielwerte Additionsgesetze für Werte und Toleranzen A/D- und D/A-Wandlung Abtastrate Bitauflösung, Bitanzahl Weitere Parameter Pegelbedingungen

13 Systemgrenzpegel Zugelassener Maximalpegel Einstellpegel Messpegel Minimaler Programmsignalpegel Pegelprofile im analogen und digitalen Tonkanal Störpegel Störpegelmessung Störspektrum Gesamtverzerrung mit Rauschen Zeitbedingungen Jitter Augendiagramm Synchronisation Zeitversatz Phasenversatz Störungen im digitalen Datenstrom Störungen im Audiobitstrom Störungen in den Zusatzinformationen Fehlerursachen und -auswirkungen Fehlererkennung Fehlerkorrektur Digitale Audiomesstechnik Messverfahren Messsysteme Gehörbasierte objektive Messverfahren PEAQ NMR PESQ Visuelle Programmsignalkontrolle Spitzenpegelbezogene Aussteuerung Standardisierte Pegelfestlegungen Quasi-Spitzenwert und True Peak-Aussteuerungsmesser Spitzenpegelbezogene Aussteuerungsrichtlinien Lautheitsbezogene Aussteuerung Lautheitsmesser Nationale Lösung von ARD/ZDF/IRT Lautheitsmesser Internationale Lösung True Peak Meter Lautheitsbereichsmesser Lautheitsbezogene Aussteuerungsrichtlinien Weitere Geräte zur Programmsignalkontrolle VU-Meter Darstellung des Frequenzspektrums Korrelationsanzeige Goniometrische Messverfahren Stereo-Sichtgerät Mehrkanal-Sichtgerät Dynamik Dynamikbereiche Originaldynamik Systemdynamik XIX

14 XX Programmdynamik Wiedergabedynamik Dynamikkompression Anpassung an den Übertragungsweg Anpassung an den Programmcharakter Anpassung an die Wiedergabesituation Dynamiksteuerung Variable Dynamik für UKW/FM Dynamic Range Control (DRC) bei DAB Dynamiksteuerung für Dolby Digital Empfängerorientierte Dynamiksteuerung Auditive Programmsignalkontrolle Abhörstandard für Lautsprecherwiedergabe Abhörräume Geometrische Abmessungen von Abhörräumen Bezugs-Schallfeld Bezugs-Abhörpegel Anforderungen an Regielautsprecher Nahfeldabhören Abhörstandard für Kopfhörerwiedergabe Virtuelle Abhörräume Methoden zur subjektiven Beurteilung der Audioqualität Teststrategien Standardisierte Testmethoden Vergleichstest Triple stimulus hidden reference double blind Test MUSHRA-Test Subjektive akustische Qualitätsparameter Globale Attribute Detaillierte Parameter zur absoluten Bewertung Parameter zur Beschreibung digitaler Tonsignalstörungen Beurteilung von kombinierten Bild- und Toninformationen Testbedingungen Bewertungsskalen Testpersonen Programm-Material Auswertung von Testergebnissen Softwarepflege und Datensicherheit Softwaretypen Software Firmware Update Upgrade Datensicherung Sicherungskopie Arbeitskopien Passwortschutz Archivsicherheit Virenschutz Umgang mit Updates und Upgrades in Audioarchiven Mensch Maschine System im digitalen Hörfunkprozess

15 Fehlerquellen Durchgängiger Workflow von Audio- und Metadaten Standards Literatur Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz Arbeitssicherheit Allgemeines Das duale System im Arbeitsschutz Staatliche Institutionen im Arbeitsschutz Berufsgenossenschaftlicher Arbeitsschutz Einfluss der EU Richtlinien und Regelwerke EG-Richtlinie 2003/10/EG Lärm Sicherheitsvorschriften für Produktionsstätten Das Arbeitsschutzgesetz Die Betriebssicherheitsverordnung Die Musterversammlungsstättenverordnung Berufsgenossenschaftliche Vorschriften und Regeln Verantwortlichkeiten Arten der Verantwortung Gefährdungsermittlung Gefährdungsbeurteilung Gesundheitsschutz Gehörgefährdung durch elektroakustische Beschallung Hörschädigungen Gehörschaden aus arbeitsmedizinischer Sicht Vorübergehende und permanente Hörschwellenverschiebung Fehlender Lautheitsausgleich Stapediusreflex Gehörschäden und Musik Gesundheitsschutz-Gehör nach DIN Verkehrssicherungspflicht Schutzmaßnahmen und Information Anhang Messung der Schallimmission Konsequenz der DIN Die Praxis für Veranstaltungen Probleme der Norm DIN Elektrische Sicherheit Produktionsstätten beim Hörfunk Kabelverlegung Anschluss elektrischer Geräte und Musikanlagen Gefahren des elektrischen Stroms Schutz vor einem elektrischen Schlag Inbetriebnahme von elektrischen Geräten und Anlagen Anschluss ortsveränderlicher Musikanlagen Verhalten bei Stromunfällen Standards Literatur XXI

16 Fachwörter und Abkürzungen Englisch Deutsch Sachregister XXII

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