Audio- und Videodatenströme im Internet

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Wolfgang Hertz
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1 Audio- und Videodatenströme im Internet Jürgen Quittek Institut für Informatik Freie Universität Berlin C&C Research Laboratories NEC Europe Ltd., Berlin Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-1 Pulse Code Modulation (PCM) Abtastung eines Audiosignals Codierung als Sequenz äquidistanter Impulse t Jeder Impuls ist unabhängig codiert, meist als Zweierkomplementzahl Lineare oder logarithmische (Kompandierung) Codierung des Impulses Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-2 1

2 PCM-Anwendungen Telefonsysteme, z.b. ISDN G.711: 8 Bit (kompandiert) 8 khz = 64 kbit/s USA/Japan: 7 Bit (kompandiert) 8 khz = 56 kbit/s Musik-CD 16 Bit (linear) 44.8 khz = 716,8 kbit/s WAV-Dateien (PC) AIFF-Dateien (Apple) Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-3 Adaptive Differential PCM Berücksichtigt statistische Bindungen zwischen Aufeinanderfolgenden Impulsen Aus den Werten der letzten 2-6 Impulse wird eine Schätzung des Werts des nächsten Impulses vorgenommen. Nur die Differenz zwischen Schätzung und tatsächlichem Wert wird codiert. Standards G.726 und G.727 Codierung mit 2, 3, 4, 5 Bit bei 16, 24, 32, 40 kbit/s G.726 mit einem Quantisierer G.727 mit individuell optimierten Quantisierern für jede Bitrate Meistbenutzte Rate: 32 kbit/s subjektiv kaum unterscheidbar von G.711 PCM mit 64 kbit/s Störanfälliger als PCM Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-4 2

3 Einige Standards zur Sprachkodierung Standard Codierung Bitrate MOS Komplexität Verzögerung in kbit/s (1-5) (PCM = 1) in ms G.711 PCM 64 4,3 1 0,125 G.726 ADPCM 32 4,0 10 0,125 G.728 LD-CELP ,625 GSM RPE_LTP ,0 G.729 G.729A G CSA-CELP ,0 A-CELP 6, ,5 MP-MLQ 5,3 Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-5 Paketgebundene Übertragung Erhöhte Verzögerungszeit durch Gruppierung mehrerer Codes in einem Paket. kritischer Wert: 150 ms (300 ms hin und zurück) Paketorientierte Netze weisen meist Verlustraten > 0 auf. Unterschiedliche Paketierung bei selektivem Löschen von Paketen z.b. mehr und weniger signifikante Bits in unterschiedlichen Paketen G.764 HDLC Paketformat Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-6 3

4 Voice over IP Problematische Verzögerungszeit (700 ms / 200 ms) Rahmen Codierung 2 Modem 10 Routing Pufferung Aufwendige Signalisierung erforderlich (H.323) Gateways zwischen ISDN und IP Reservierung von Bandbreite im Internet Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-7 Bild- und Video-Kodierung GIF: farbenbeschränkt, verlustfrei JPEG: beliebig viele Farben, verlustbehaftet MPEG baut auf JPEG auf MPEG-1 (90) Video-Qualität für Bild und Ton Auflösung bis zu , meist MPEG-2: 4 Modi: , , und MPEG-3 (91) geplant, dann aber integriert in MPEG-2 Audio-Kodierung als MP3 alleinstehend benutzt (hohe Kompression) Für Echtzeit-Videokodierung ist Hardwareunterstützung erforderlich Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-8 4

5 MPEG-Kodierung I-Rahmen (Intracoded Frames): vollst. Bildinformation (JPEG) P-Rahmen (Predictive Frames): Differenz zur Voraussage I B B P B B P B B I B-Frames (Bidirectional Frames): Differenz zur Interpolation I B B P B B P B B I D-Rahmen (DC-coded Frames): schneller Vor- oder Rücklauf Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-9 Audio/Video-Multiplex für MPEG-1 Audiosignal Audio- Uhr Multiplexer MPEG-1 Datenstrom Videosignal Video- Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin

6 Audio/Video-Multiplex für MPEG-2 PS-Datenstrom: Pakete mit variabler Länge auf gemeinsamer Zeitbasis TS-Datenstrom: Pakete mit fester Länge ohne gemeinsame Zeitbasis Es können noch mehr Signale eingebunden werden, z.b. Untertitel Audiosignal Audio- Paketierer PS- Multiplexer PS-Datenstrom Uhr Videosignal Video- Paketierer TS- Multiplexer TS-Datenstrom Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin

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