Ulrich Reimers (Hrsg.) Digitale. Fernsehtechnik. Datenkompression und Übertragung für DVB. Mit 175 Abbildungen. Springer

Transkript

1 Ulrich Reimers (Hrsg.) Digitale Fernsehtechnik Datenkompression und Übertragung für DVB Mit 175 Abbildungen Springer

2 Inhaltsverzeichnis 1 Digitales Fernsehen - ein erster Überblick (REIMERS) Begriffsdefinition und Analyse des Einsatzfeldes Entstehungsgeschichte der Vorschläge für das digitale Fernsehen Arbeiten in den Vereinigten Staaten von Amerika Arbeiten in Europa Arbeiten in Japan, Kanada und Korea Zielsetzungen bei der Entwicklung des digitalen Fernsehens Datenreduktion als Schlüssel zum Erfolg Mögliche Verbreitungswege für das digitale Fernsehen Standards und Normen in der Welt des digitalen Fernsehens Digitalisierung und Signaldarstellung von Audio- und Videosignalen ( JOHANSEN) Abtastung und Quantisierung Digitalisierung von Videosignalen A/D- und D/A-Wandler für Videosignale Signaldarstellung für Videosignale Digitalisierung von Audiosignalen Signaldarstellung für Audiosignale A/D- und D/A-Wandler für Audiosignale 28 3 Quellencodierung von Audiosignalen nach MPEG (FECHTER) Grundlagen der Datenreduktion Psychoakustische Grundlagen Ruhehörschwelle und Hörfläche Verdeckung Verdeckung durch stationäre Schalle Zeitabhängige Verdeckungseffekte Quellencodierung von Audiosignalen durch Ausnutzung der Verdeckungseigenschaften des Gehörs Grundstruktur des Codierverfahrens nach MPEG Codierung nach Layer Codierung nach Layer Codierung nach Layer Decodierung 51

3 x Inhaltsverzeichnis Die Parameter von MPEG-Audio Die Audiocodierung nach MPEG Zusammenfassung 54 4 Quellencodierung für Videosignale nach JPEG und MPEG (RICKEN) Codierung nach JPEG Blockschaltbilder von Encoder und Decoder Diskrete Cosinus-Transformation Quantisierung Redundanzreduktion Besondere Modi Dateiformat (Austauschformat) Codierung nach den MPEG-Standards Blockschaltbilder von Encoder und Decoder Bewegungsschätzung Bild-Umsortierung Datenratenkontrolle Besonderheiten bei MPEG-i Besonderheiten bei MPEG Zusammenfassung 87 5 Systemebene und Multiplexbildung nach MPEG-2 (RICKEN) Unterschiede zwischen Program Multiplex und Transport Multiplex Die Systemebene im ISO/OSI-Schichtenmodell Ende-zu-Ende Synchronisierung Service Information 97 6 Verfahren der Vorwärts-Fehlerkorrektur (FEC) bei der Übertragung von digitalem Fernsehen (ROY) Grundlegende Betrachtungen Reed-Solomon Codes Einführung in die Arithmetik des Galois-Feldes Definition des Reed-Solomon Codes und der Encodierung/ Decodierung im Frequenzbereich Fehlerkorrektur beim Reed-Solomon Code Beispiel einer Encodierung/Decodierung im Frequenzbereich Codierung und Decodierung im Zeitbereich Leistungsfähigkeit von Reed-Solomon Codes Faltungscodes Grundbegriffe der Faltungscodes Beispiel einer Faltungsencodierung und -decodierung Aufbau des Beispiel-Encoders Zustands- und Netzdiagramm des Beispiel-Encoders Beispiel einer Encodierung mit folgender (Viterbi-)Decodierung Hard- und Softdecision 125

4 Inhaltsverzeichnis xi Punktierung von Faltungscodes Leistungsfähigkeit von Faltungscodes Verkettung von Codes Verkettung von Blockcodes Interleaving Fehlerkorrekturverfahren für DVB Hinweise zur weiterführenden Literatur Digitale Modulationsverfahren (JAEGER) NRZ-Basisbandsignal Prinzipien der digitalen Modulation eines cosinusförmigen Trägersignals Amplitudentastung (2-ASK) Frequenzumtastung 2-FSK) Phasenumtastung (2-PSK) Quadraturphasenumtastung (QPSK) Höherstufige Amplitudentastung (ASK) und digitale Restseitenband-Amplitudenmodulation (RSB-AM) Digitale Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM) Conditional Access für das Digitale Fernsehen (VERSE) Der Satellitenstandard und seine Decodertechnik (VERSE) Grundlagen der Satellitenübertragung Übertragungsstrecke Sendertechnik Polarisationsentkopplung Energieverwischung Empfängertechnik Kenndaten eines Fernsehsatelliten am Beispiel des ASTRA ld Anforderungen an den Satellitenstandard Encoderseitige Signalverarbeitung Systemübersicht Energieverwischung (Energy Dispersal Scrambling) Fehlerschutzcodierung Filterung Modulation Decodertechnik Demodulator Filterung und Taktrückgewinnung Viterbi-Decoder Sync Byte Detector Deinterleaver und RS-Decoder Energy Dispersal Remover Basisband-Schnittstelle Leistungsmerkmale des Standards 193

5 XII Inhaltsverzeichnis Ermittlung der Nettodatenraten Benötigter Störabstand im Übertragungskanal Antennendurchmesser Der Kabelstandard und seine Decodertechnik (JAEGER) Kabelgebundene Übertragung am Beispiel des BK-Netzes der Deutschen Telekom Intermodulationen Thermisches Rauschen Reflexionen Nutzeranforderungen an den Kabelstandard Encoderseitige Signalverarbeitung Umsetzung der Bytes auf Symbolwörter Differentielle Codierung der MSBs Modulation Decodertechnik Kabeltuner ZF-Interface Rückgewinnung des Trägersignals Erzeugung des Taktsignals Demodulation des QAM-Signals Differentielle Decodierung der MSBs Umsetzung der Symbolwörter auf Bytes Detektion der MPEG-Synchron-Wörter Leistungsmerkmale des Standards Ermittlung der Nutzdatenraten Benötigter Störabstand im Übertragungskanal DTVB-Nutzung in Großgemeinschaftsantennen-Anlagen Der Standard zur terrestrischen Ausstrahlung und seine Decodertechnik (REIMERS) Grundlagen der terrestrischen Fernsehausstrahlung Nutzeranforderungen an ein System zur terrestrischen Ausstrahlung von DTVB-Signalen Encoderseitige Signalverarbeitung Innerer Interleaver und Symbolmapping Wahl der OFDM-Parameter Gestaltung des Übertragungsrahmens Decodertechnik Hierarchische Modulation Leistungsmerkmale des Standards Ermittlung der Nutzdatenraten Benötigter Störabstand im Übertragungskanal Meßtechnik für das digitale Fernsehen (JOHANSEN, LADEBUSCH) Meßtechnik für das analoge Fernsehen im Überblick Meßtechnik für das digitale Fernsehen im Überblick 254

6 Inhaltsverzeichnis xm 12.3 Darstellung des Augendiagramms Messungen an Modulatoren und Demodulatoren Messungen an einem QAM-Sender Messungen an einem QAM-Empfänger Messungen an einer OFDM-Übertragung Messungen der Fehlerhäufigkeit Direkte Messung der Fehlerhäufigkeit Vergleichsmessung der Fehlerhäufigkeit Testsequenz zur Beurteilung der Bildqualität Literaturverzeichnis Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen Sachverzeichnis 277