Multimedia- Kommunikationssysteme. Prof. Dr.-Ing. Marcus Purat Beuth Hochschule für Technik Berlin - Sommersemester 2017

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1 Multimedia Kommunikationssysteme Prof. Dr.Ing. Marcus Purat Beuth Hochschule für Technik Berlin Sommersemester 2017

2 Inhalte des Moduls Betrachtung von MultimediaKommunikation im Sinne der Übertragung/Speicherung von multimedialen Inhalten über/auf digitale(n) Medien GSM UMTS WLAN DVB DAB DRM Internet LAN ISDN CD DVD BD SD MultimediaInhalte / MultimediaSignale: vor allem Audio, Video, Sprache, Bilder aber auch Grafiken, Texte (hier nicht behandelt) Prof. Dr.Ing. Marcus Purat 2

3 Inhalte des Moduls ggf. A/DUmsetzung Inhalt des Moduls Coder Coder MUX / FORMAT Digitales Medium CodecFormat ContainerFormat CODEC = COderDECoder DEMUX / FORMAT Decoder Decoder ggf. D/AUmsetzung Prof. Dr.Ing. Marcus Purat 3

4 Inhalte des Moduls Eigenschaften des digitalen Mediums wie Latenz, Kanalkapazität, Echtzeitfähigkeit, Störanfälligkeit / Robustheit, Synchronisation, Vermittlungsart (PS/CS), Direktionalität, und Anforderungen durch die Anwendung wie Qualität, Streaming, Dateitransfer, Nutzerinteraktion, beeinflussen die Wahl der digitalen Darstellung (Codierung) der MultimediaInhalte. Prof. Dr.Ing. Marcus Purat 4

5 Inhalte des Moduls Verschiedene Codecs / Container unterstützen unterschiedliche variable und feste Datenraten unterschiedliche Qualität Skalierbarkeit, Hierarchie, Mehrfachbeschreibung unterschiedliche LatenzAnforderungen und berücksichtigen unterschiedliche Hard/Softwarekomplexität Lizensierungsproblematik Standardisierung Prof. Dr.Ing. Marcus Purat 5

6 Inhalte des Moduls Video ISO: MJPEG, MJPEG 2000, MPEG1, MPEG2, MPEG4, AVC, HVC ITUT: H.120, H.261, H.262, H.263, H.264, H.265 Sonst.: AVS, Cinepak, DV, HuffYUV, Indeo, RealVideo, Sorenson, Theora, VC1, VPx, WMV, ISO/ITUT: Sonst.: JPEG, JPEG 2000, JPEG XR, JPEG LS, JBIG, JBIG2, PNG, BMP, DjVu, GIF, PCX, TIFF, Still Image Prof. Dr.Ing. Marcus Purat 6

7 Inhalte des Moduls Audio ISO: MPEG1 Layer I/II/III (MP3), MPEG2 AAC, HEAAC, MPEG4 ALS, MPEG4 SLS, MPEG4 DST Sonst.: Dolby AC3, Apple Lossless, ATRAC, DRA, DTS, FLAC, Musepack, RealAudio, SBC, Vorbis, WavPack, WMA, TrueAudio ITUT: ETSI/3GPP: Sonst.: G.711, G.718, G.719, G.722.x, G.723.x, G.726, G.728, G.729.x AMR, AMRWB, AMRWB+, GSMFR, GSMEFR, GSMHR Speex, SILK, TwinVQ Speech Prof. Dr.Ing. Marcus Purat 7

8 Inhalte des Moduls Media Container 3GP, AIFF, ASF, AU, AVI, DMF, EVO, FLV, Matroska, MPEGPS, MPEGTS, MP4, Ogg, QuickTime, RealMedia, RIFF, VOB, WAV Manche Container nur für spezielle Multimediainhalte (z.b. Audio) Manche CodecFormate definieren gleichzeitig auch das Containerformat (z.b. MP3, DjVu, BMP, ) Prof. Dr.Ing. Marcus Purat 8

9 Ziele des Moduls Vermittlung der grundsätzlichen Funktionsweise, der Struktur, der Kernelemente und der Anwendungen von MultimediaCodecs und Containern, um sie in der Praxis für gegebene Anwendungen einsetzen und optimieren, für neue Anwendungen weiterentwickeln und in ihrer Leistungsfähigkeit beurteilen zu können und gängige Standards zu kennen. Prof. Dr.Ing. Marcus Purat 9

10 Organisation des Moduls 2 SWS Seminaristischer Unterricht (SU) mit Vorlesungs (VL) und Seminaranteil (S) 2 SWS Laborübungen (LÜ) Vorlesung Grundlegende Begriffe, Theorie und wesentliche Verfahren der MultimediaCodierung Seminar Vorträge zu Codierstandards und Anwendungen Laborübung Vorbereitung Seminar durch praktische Arbeit mit Codecs Prof. Dr.Ing. Marcus Purat 10

11 Vorlesung In der Vorlesung werden die gemeinsamen Aspekte der Multimediacodierung Theoretische Grundlagen der Datenkompression Verfahren zur Entropiecodierung Verfahren zur Quantisierung Transformation, Prädiktion und Teilbandzerlegung behandelt. Der Vorlesungsteil erstreckt sich über ca. 12 Blöcke à 2 SWS des seminaristischen Unterrichts und wird durch begleitende Rechenbeispiele vertieft. Prof. Dr.Ing. Marcus Purat 11

12 Seminarvorträge Die Seminarvorträge behandeln CodecStandards und beinhalten Inhalte zu Entstehung (wer, warum, wann, ), Funktionsweise, Parameter, ausgewählte Details spezieller Aspekte, Datenstruktur, Anwendungen und geeignete Containerformaten Die Seminarvorträge von ca Minuten Dauer erstrecken sich über ca. 4 Blöcke à 2 SWS des seminaristischen Unterrichts. Prof. Dr.Ing. Marcus Purat 12

13 Laborübung In der in der zweiten Hälfte der VLZeit durchgeführten Laborübung werden die Kenntnisse über die in den Seminarvorträgen zu behandelnden Codecs anhand praktischer Untersuchungen erweitert und vertieft. Die Laborgruppen (23 Teilnehmer) arbeiten daher auch für die Seminarvorträge zusammen. Die Laborprojekte sollen (Codecabhängig) beinhalten: Erstellung geeigneter Software Modifikation der Software und/oder der Daten Untersuchung von Parametereinstellungen um die Funktionsweise des Codecs zu demonstrieren. Prof. Dr.Ing. Marcus Purat 13

14 Laborübung Die Laborübung findet im Raum B451L bzw. B453L statt. Prof. Dr.Ing. Marcus Purat 14

15 Seminarvorträge / Laborübung Die Ergebnisse der Untersuchungen im Labor sollen in den Seminarvortrag mit einfließen (Eigenbeitrag). Bis zum 19. April muss jede Gruppe eine priorisierte Liste mit Themenvorschlägen und einen Terminwunsch einreichen OnlineBelegung entsprechend TerminWunsch Festlegung des Themas, der Gruppe und des Termins durch Dozenten bis zum 30. April. Der Fortschritt und die Mitarbeit wird laufend durch Rücksprachen im Labor mit dem Dozenten überprüft. Das abschließende Ergebnis der Untersuchungen im Labor wird in einem Projektbericht dargestellt, Abgabe bis 23. Juli für 1. PRZ und bis 24. September für 2. PRZ. Prof. Dr.Ing. Marcus Purat 15

16 Seminarvorträge / Laborübung Themen / Codecs: JPEG / MJPEG MPEG2 MPEG4 / H.264 H.265 Theora MP3 FLAC AAC AMR Speex Video Audio Speech Prof. Dr.Ing. Marcus Purat 16

17 Leistungsnachweise VL Leistungsnachweis (100% SUNote) Klausur mit Unterlagen (Termin 1.6., 12:0014:00) Aufgaben vergleichbar mit in VL gerechneten Übungsaufgaben Seminar Leistungsnachweis (50% LÜNote) Vortrag (ca min je Student) Kriterien: Vollständigkeit, Korrektheit, Anschaulichkeit, Eigenbeitrag, Vortrags / Folienstil Übung Leistungsnachweis (50% ÜNote) Projektmitarbeit (Rücksprachen), Projektbericht Prof. Dr.Ing. Marcus Purat 17

18 Literatur / Umdrucke T. Strutz, Bilddatenkompression, Vieweg J.R. Ohm, Multimedia Communication Technology, Springer Vary/Heute/Hess, Digitale Sprachsignalverarbeitung, Teubner A. Kondoz, Digital Speech U. Zölzer, Digitale Audiosignalverarbeitung, Teubner Marina Bosi and Richard E. Goldberg, Introduction to digital audio coding and standards Richardson, H.264 / MPEG4 Video Compression public.beuthhochschule.de/~purat Prof. Dr.Ing. Marcus Purat 18

19 Zeitplan Sommersemester 2017 Lfd. Woche Kalenderwoche Datum Termin Inhalt Donnerstag 1216 Vorlesung (B432) Donnerstag 1216 Donnerstag 1216 Donnerstag 1216 Vorlesung (B432) Vorlesung (B432) Vorlesung (B432) Donnerstag 1216 Donnerstag 1216 Donnerstag 1216 Donnerstag 1216 Donnerstag 1214 Vorlesung (B432) Vorlesung (B432) Klausurvorb. (B432) Feiertag Klausur (N.N.) Donnerstag 1216 entfällt Mittwoch 1216 Labor (B453L) Donnerstag 1216 Labor (B451L) Mittwoch 1216 Mittwoch 1216 Mittwoch 1216 Mittwoch 1216 Labor (B453L) Labor (B453L) Labor (B453L) Labor (B453L) Donnerstag 1216 Donnerstag 1216 Donnerstag 1216 Donnerstag 1216 Labor (B451L) Labor (B451L) Labor (B451L) Labor (B451L) Donnerstag 1216 Seminarvortrag (B432) Donnerstag 1216 Seminarvortrag (B432) Prüfungsleistung Bis Ende Belegungszeitraum (19.4.) muss Gruppe/Thema/Termin für Seminar/Labor vorgeschlagen werden (z.b. via ), ohne Vorschlag > keine Benotung Bis Ende April (30.4.) Festlegung Gruppe/Thema/Termin. Klausur zur VL (100% SU) Seminarvortrag (50% LÜ) Projektberichte (23.7. / 24.9.) (50% LÜ) Prof. Dr.Ing. Marcus Purat 19

20 Aufwand (geschätzt) Organisation (Gruppe, Thema, etc.): 4h Vorlesung (7 Termine): 28h Vorlesungsnachbereitung: 14h Klausur und Klausurvorbereitung: 32h Recherche Thema und Vortragsvorbereitung: 24h Eigener und andere Vorträge: 8h Labortermine: 20h Projektbericht: 20h Summe Aufwand 150h Prof. Dr.Ing. Marcus Purat 20