Eidesstattliche Erklärung

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3 Eidesstattliche Erklärung Eidesstattliche Erklärung Ich erkläre hiermit an Eides statt, dass ich die vorliegende Diplomarbeit selbständig und ohne unzulässige fremde Hilfe angefertigt habe. Alle verwendeten Quellen und Hilfsmittel sind angegeben. Furtwangen, den.. (Philipp Lamp)

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5 Abstract Abstract Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Konzeption und der prototypischen Realisierung eines 24/7 Sendespeichers für das DVB-Fernsehsignal beim Zweiten Deutschen Fernsehen. Für das ZDF ist ein solches System, welches den DVB-Datenstrom des gesamten eigenen Programmbouquets aufzeichnen und zur Auswertung vorhalten kann, aus verschieden Gründen gewünscht. Für unterschiedliche Anwendungsbereiche bietet ein DVB Rückempfangssystem die ideale Datenbasis zur Weiterverarbeitung. Betrachtet man die Audio/Video Ebene des Sendesignals, also MPEG Daten, so stellen diese ein digitales Format dar, welches für vielfache Zwecke in andere Digitalformate transcodiert werden kann. Exemplarisch sei hier die nachträgliche Codierung von gesendetem Programm für das Internetstreaming in internetspezifische Formate genannt. Weiterhin ist eine Speicherung der Audio/Video Inhalte auf einem digitalen Medium, zum Beispiel DVD, in nativer Qualität gewünscht, um eine spätere Revision des gesendeten Materials zu vereinfachen. Im Hinblick auf die Technischen Parameter des Sendesignals, bietet ein Sendespeicher mit angegliedertem Analysesystem die Möglichkeit, eventuell aufgetretene technische Sendestörungen oder Fehler zu rekapitulieren. Oftmals berichten Zuschauer von Störungen an ihren Empfangsgeräten, die mithilfe eines solchen Systems nachvollzogen werden können. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde eine Plattform prototypisch implementiert, die das DVB Angebot des ZDF rund um die Uhr nahtlos aufzeichnet und verschiedene Schnittstellen für die jeweiligen Anforderungen bereitstellt. Das System speichert den DVB Transportstrom in unveränderter Form ab, sodass sämtliche Parameter des DVB Sendesignals erhalten bleiben. Es besteht die Möglichkeit, einen Ausschnitt des aufgezeichneten Transportstromes nativ zu extrahieren, um ihn einem beliebigen externen messtechnischen System zuzuführen. Weiterhin kann die Auswahl als DVD Material exportiert werden. Das am aufwändigsten implementierte Feature ist ein Analysemodul für diverse DVB spezifische Parameter. Diese werden in Tabellenform für den ausgewählten Zeitpunkt dargestellt.

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7 Danksagung Danksagung Für die Betreuung der Diplomarbeit möchte ich zunächst Herrn Prof. Nikolaus Hottong und Herrn Prof. Wilhelm Walter danken, die mir bei Fragen immer zur Verfügung standen. Für die Betreuung vor Ort danke ich insbesondere Herrn Thorsten Weber, der mit stets mit Rat und Tat zur Seite stand. Außerdem danke ich auch Herrn Dietmar Nothof, der es mir ermöglichte, diese Arbeit im ZDF durchführen zu können. Ein herzlicher Dank gilt außerdem den Herren Daniel Boldt, Daniel Klein und Robert Neumann, die mir bei Fragen jeder Zeit geduldig zur Seite standen. Zusätzlich danke ich allen Kollegen und Mitarbeitern der Abteilung Sendeabwicklung Informationsdienste für das unverwechselbare und angenehme Arbeitsklima. Weiterhin danke ich meinen Eltern, meiner Familie sowie Freunden, die mich stets auf meinem Weg hier her begleiteten.

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9 Inhaltsverzeichnis 1 I ABBILDUNGSVERZEICHNIS...3 II ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS EINFÜHRUNG ZIELE DIESER ARBEIT GRUNDLAGEN ZU DIGITALEM FERNSEHEN DVB-S/C/T Der DVB-Transportstrom DVB-SI / PSI Grundlagen Übersicht SI / PSI Aufbau von SI-/PSI Daten Tables Sections Descriptors ANALYSE UND ERLÄUTERUNG DER RANDBEDINGUNGEN Randbedingungen Vorhandene Systeme auf dem Markt Hauptschwerpunkt KONZEPT EINER ZIELLÖSUNG Diskussion und Evaluierung verschiedener Lösungsansätze Open-Source Eigens programmierte Software Funktionen im gewählten System Aufnahme Ringpuffer Extrahierung der SI-Daten Organisation der Daten Präsentation Ausfallsicherheit Methoden zur Umsetzung UMSETZUNG DES KONZEPTS TS-Buffer TS-Recorder...48

10 2 Inhaltsverzeichnis 6.3 CTSPacket TSFilterBank TS2PS-Worker Re-Multiplexing Transcoding (Frameserver) Tables-Socket-Service TS-Analyzer-Applet Webfrontend Extraktion von Video-Material Analyse der SI-/PSI-Daten Extrahierung von Transportstromfragmenten DVD-Generierung INSTALLATION, KONFIGURATION UND BETRIEB ZUSAMMENFASSUNG Kritische Würdigung FAZIT / AUSBLICK...87 III LITERATURVERZEICHNIS...89 A Listings...93 A.1 DTDs...93 A.1.1 Tables-Socket-Service...93 A.2 TS2PS Job-Files...94 A.3 Beispiel Konfigurationsdatei...94 B Pflichtenheft zum System...96

11 I Abbildungsverzeichnis 3 I Abbildungsverzeichnis ABBILDUNG 1 VERTEILUNG VON DVB-SIGNALEN [LENZ]...15 ABBILDUNG 2 UMWANDLUNG VON ELEMENTARSTROM ZU TRANSPORT STROM...16 ABBILDUNG 3 AUFBAU EINES PES PAKETS...17 ABBILDUNG 4 AUFBAU EINES TS PAKETS...18 ABBILDUNG 5 PAKETIERUNG DER DATENSTRÖME BEI DVB...18 ABBILDUNG 6 ÜBERSICHT ALLER PSI / SI TABLES...20 ABBILDUNG 7 ZUSAMMENSPIEL D. TABLES PAT UND PMT...21 ABBILDUNG 8 AUFBAU EINER TABLE...24 ABBILDUNG 9 BEISPIEL EINER SECTION...25 ABBILDUNG 10 BEISPIEL EINES DESCRIPTORS...27 ABBILDUNG 11 DVB-RÜCKEMPFANG...29 ABBILDUNG 12 BEISPIEL-USECASE FÜR TS-BUFFER...44 ABBILDUNG 13 INHALT DES RINGPUFFER-VERZEICHNISSES...44 ABBILDUNG 14 NAMENSGEBUNG VON RINGPUFFER-DATEIEN...45 ABBILDUNG 15 AKTIVITÄTENDIAGRAMME LESEN/SCHREIBEN IN RINGPUFFER...46 ABBILDUNG 16 KLASSENDIAGRAMM TS-BUFFER...47 ABBILDUNG 17 BEISPIEL EPG-XML...49 ABBILDUNG 18 KLASSENDIAGRAMM TECHNOTREND SDK (AUSZUG)...51 ABBILDUNG 19 KLASSENDIAGRAMM TS-RECORDER...52 ABBILDUNG 20 KLASSENDIAGRAMM TS-PACKET...53 ABBILDUNG 21 KLASSENDIAGRAMM TS-FILTER...54 ABBILDUNG 22 EINBETTUNG VON SECTIONS IN TS-PAKETE...56 ABBILDUNG 23 AKTIVITÄTENDIAGRAMM SECTION-FILTER...57 ABBILDUNG 24 TS2PS-WORKER...58 ABBILDUNG 25 TS2PS-WORKER JOBFILES...59 ABBILDUNG 26 PVASTRUMENTO...62 ABBILDUNG 27 PROJECT-X...62 ABBILDUNG 28 FUNKTIONSWEISE EINES FRAMESERVERS...64 ABBILDUNG 29 DGINDEX...65 ABBILDUNG 30 LOGISCHE STRUKTUR BEIM FRAMESERVING...66 ABBILDUNG 31 NON-LINEARE TRANSPORTSTROMANALYSE...69 ABBILDUNG 32 BEISPIEL XML-ANTWORT TS-INTERPRETATION...70 ABBILDUNG 33 TS-ANALYZER-APPLET...73 ABBILDUNG 34 TS-ANALYZER DETAILANSICHT...73 ABBILDUNG 35 WEBFRONTEND VIDEO EXTRAHIERUNG

12 4 I Abbildungsverzeichnis ABBILDUNG 36 WEBFRONTEND VIDEO EXTRAHIERUNG ABBILDUNG 37 WEBFRONTEND TRANSPORTSTROMANALYSE...78 ABBILDUNG 38 WEBFRONTEND TRANSPORTSTROM-EXTRAHIERUNG...79 ABBILDUNG 39 CODE-AUSSCHNITT TRANSPORTSTROM-EXTRAHIERUNG...80 ABBILDUNG 40 WEBFRONTEND DVD-EXPORT...81

13 II Abkürzungsverzeichnis 5 II Abkürzungsverzeichnis AMD API ARS ASI ATA AV AVI BAT BBC BDA CAT CBR CMS DTD DTS DVB DVB-C DVB-S DVB-T DVD EIT EPG ES ETSI GNU GPL GUI HTML ID IDE IP ISO JVM KiKa LAMP LGPL MPEG Advanced Micro Devices Application Programming Interface Asi Record Server Asynchronous Serial Interface Advanced Technology Attachment Audio / Video Audio Video Interleaved Bouquet Association Table British Broadcasting Corporation Broadcast Driver Architecture Conditional Access Table Constant Bit Rate Content Management System Document Type Definition Decode Time Stamp Digital Video Broadcasting Digital Video Broadcasting per Kabel Digital Video Broadcasting per Satellit Digital Video Broadcasting terrestrisch Digital Versatile Disc Event Information Table Electronic Program Guide Elementarstrom European Telecommunications Standards Institute GNU s Not Unix General Public License Graphical User Interface Hypertext Markup Language Identifikations-Nummer Integrated Development Environment Internet Protocol International Organisation for Standardization Java Virtual Machine Kinderkanal Linux Apache Mysql Php Lesser General Public License Moving Picture Experts Group

14 6 II Abkürzungsverzeichnis MS Mux MVCD NIT PAT PC PES PID PHP PMT PS PSI PTS PVA RAID RST SATA SCSI SDI SDK SDT SI ST TB TDT TOT TS TSDT TV UK UPnP UTC VBR VCD VDR VHS WAMP XML ZDF Microsoft Multiplex(ing) Mole VCD Network Information Table Program Association Table Personal Computer Packetized Elementary Stream Packet ID PHP Hypertext Preprocessor Program Map Table Program Stream Program Specific Information Presentation Time Stamp Packet Video Audio Redundant Array of Inexpensive Disks Running Status Table Serial ATA Small Computer Systems Interface Serial Digital Interface Software Development Kit Service Description Table Service Information Stuffing Table Tera-Byte Time and Date Table Time Offset Table Transportstrom Transport Stream Description Table Television United Kingdom Universal Plug and Play Universal Time Coordinated Variable Bit Rate Video-CD Video Disk Recorder Video Home System Windows Apache Mysql Php Extensible Markup Language Zweites Deutsches Fernsehen

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17 1 Einführung 9 1 Einführung Digitales Fernsehen und DVB 1 sind Begriffe, die spätestens seit der Einführung des digitalen terrestrischen Fernsehens in Deutschland immer geläufiger werden. Digitale Fernsehempfänger, so genannte Set-Top-Boxen halten immer weiter Einzug in deutschen Wohnzimmern. Auch auf Senderseite gewinnt die Verbreitung der Fernsehsignale auf digitalen Verbreitungswegen wie Satellit, Kabel oder Terrestrisch immer mehr an Bedeutung. Die Vorteile dieser Technik stellen sich sowohl auf Seite der Sender als auch auf Seite des Fernsehkonsumenten immer mehr in den Vordergrund. Innerhalb gleicher Frequenzbänder, die das analoge Fernsehen nutzt, lassen sich dank digitaler Technik mehrere Programme übertragen, wo beim analogen Fernsehen nur für ein Programm Platz ist. Zusätzlich lassen sich im digitalen Fernsehen Zusatzdaten, so genannte SI 2 - oder PSI 3 -Daten übertragen. Diese Daten dienen einem Empfänger dazu, sich beispielsweise selbsttätig auf alle Programme einzustellen oder den Electronic Program Guide (EPG) aufzubauen, mit dem der Fernsehzuschauer eine Fernsehzeitschrift direkt über den Fernseher abrufen kann. Die Tatsache, dass sich digitale Signale ohne Qualitätsverlust aufzeichnen lassen, öffnet die Pforten für neue Anwendungen. Deshalb entstand im ZDF der Wunsch nach einem zentralen Sendespeicher, welcher durch die digitale Technik multifunktional ist und sowohl Sendemitschnitte ermöglicht, als auch die Kontrolle der Sendequalität bzw. zur Lokalisierung eventueller Fehler dient. Nicht selten kommt es vor, dass von Zuschauern der Hinweis gegeben wird, es seien bestimmte Merkmale wie beispielsweise der Surround 4 -Sound nicht gesendet worden bzw. ausgefallen. Vorwürfe dieser Art lassen sich bis dato nicht weiter verfolgen, da in den meisten Fällen keine Mitschnitte existieren. Deshalb muss ein zentrales System eingeführt werden, welches rund um die Uhr das komplette Sendeangebot des ZDF mitschneidet und bei Bedarf in entsprechender Form zur Verfügung stellt. 1 DVB Digital Video Broadcasting 2 SI Service Information 3 PSI Program Specific Information 4 Surround Mehrkanal-Tonsystem, um räumlichen Klang zu erzeugen

18 10 1 Einführung Diese Arbeit besteht aus 9 Kapiteln. Kapitel 1 stellt eine Einführung dar, welche einen kurzen Überblick über das in dieser Diplomarbeit behandelte Thema gibt. Kapitel 2 legt die Ziele dar, welche durch Bearbeitung dieser Arbeit erreicht werden sollen. In Kapitel 3 werden die benötigten Grundlagen zum Themengebiet digitales Fernsehen vermittelt. Hierzu gehören die Verbreitung von Signalen, der Aufbau des Datenstromes sowie die Struktur dessen Inhalts. Kapitel 4 erläutert die infrastrukturellen und organisatorischen Randbedingungen, welche sich auf die Planung und Realisierung des Systems auswirken. Ein Konzept zur Erreichung der Ziele dieser Arbeit wird in Kapitel 5 erstellt, wodurch die nötigen Grundlagen für die darauf folgende Umsetzung erarbeitet werden. In Kapitel 6 wird dann auf die Umsetzung des zuvor erstellten Konzepts eingegangen. Hierzu gehören sowohl die Methoden und Werkzeuge der Umsetzung als auch die resultierenden Softwaremodule. Kapitel 7 erklärt kurz das Vorgehen zur Installation und zum Betrieb des entstandenen Systems. Kapitel 8 bietet eine kurze Zusammenfassung der Ergebnisse. Kapitel 9 gibt schließlich einen Ausblick auf die zukünftige Verwendung und denkbare weitere Verwendungsmöglichkeiten.

19 2 Ziele dieser Arbeit 11 2 Ziele dieser Arbeit Das ZDF plant, eine zentrale Stelle zum Mitschneiden des eigenen Programms zu schaffen. Diese Forderung hat ihren Ursprung an verschiedenen Stellen im Haus. Ein solches System wird unter anderem benötigt, um Zuschaueranfragen, welche sich um das Nicht-Vorhandensein von Diensten/Angeboten oder Sendefehler drehen, besser bearbeiten zu können. Des Weiteren ist die aktuelle Situation so, dass beispielsweise Redaktionen ihre eigenen Sendungen aufnehmen. Hierfür kommen die verschiedensten Techniken von VHS-Rekordern über DVD-Rekorder bis hin zu anderen Aufzeichnungstechniken zum Einsatz. Solche Privatmitschnitte sollen durch das geplante System unnötig werden, da dadurch eine zentrale Stelle entsteht, an der ein Interessierter Sendeinhalte in vielen verschiedenen Formaten abrufen kann. Weiterhin ist geplant, das On-Demand-Streaming 5 Angebot des ZDF zu erweitern und dieses System als Quell-Plattform für Sendeinhalte zu verwenden. Da sämtliche Sendeinhalte bereits vorgehalten werden, bietet sich dies an. Hierbei ist es nötig, das komplette Bouquet 6 des ZDF, zurzeit bestehend aus ZDF, ZDFinfokanal, ZDFdokukanal, ZDFtheaterkanal, 3sat und KiKa in unveränderter Qualität aufzuzeichnen. Um die Fehlerfreiheit der Signale kontrollieren zu können, ist es erforderlich, die Sendedaten nicht an einer verfügbaren Stelle im Haus, das heißt vor dem Senden zu analysieren, sondern das bereits gesendete und über DVB-S rückempfangene Satellitensignal zu verwenden. Oft liegen auftretende Fehler nämlich nicht im Hause des Senders selbst, sondern irgendwo in der Sendekette zwischen ZDF und den verschiedenen Empfängern. Hierfür soll ein System geschaffen werden, das 24 Stunden am Tag alle Inhalte des ZDF- Bouquets mitschneidet und entsprechende Möglichkeiten anbietet, sowohl Audio- Videodaten zu extrahieren, als auch den DVB Datenstrom auf Fehler zu analysieren. 5 On-Demand-Streaming Fernsehinhalte auf Abruf, die übers Internet betrachtet werden können 6 Bouquet Logische Gruppierung verschiedener Sender. Alle Spartensender des ZDF bilden z.b. ein Bouquet

20 12 2 Ziele dieser Arbeit

21 3 Grundlagen zu digitalem Fernsehen 13 3 Grundlagen zu digitalem Fernsehen Die Digitaltechnik hat in den letzten Jahren in sehr vielen Bereichen große Fortschritte gemacht. Besonders ausgeprägt ist diese Entwicklung im Elektronik-Sektor. Nahezu kein heutiges elektronisches Gerät kommt ohne Digitaltechnik aus. Signale, die früher analog verarbeitet wurden, werden heute vollkommen digital übertragen. Der Vorteil einer digitalen Übertragung liegt darin, dass sichergestellt ist, dass ein Signal beim Empfänger in derselben Qualität ankommt wie es vom Sender gesendet wurde. Ein einfaches Beispiel ist das Telefon. Wo früher noch analoge Signale übertragen wurden, ist heutzutage das komplette Telefonnetz digital. Selbst sehr lange Entfernungen werden dank Digitaltechnik heute mit dem Telefon in unverminderter Tonqualität überbrückt. In der heutigen Fernsehproduktion hat die Digitaltechnik bereits vor Jahren ihren Siegeszug begonnen. Geräte wie Kameras, Schnittcomputer oder Bildmischer besitzen heutzutage alle Schnittstellen, um ihre Daten in digitaler Form auszutauschen. Im Bereich der professionellen Videotechnik hat sich SDI 7 etabliert, das je nach Quellenformat Daten in unkomprimierter Form mit Datenraten von 143 Mbit/s bis 540 Mbit/s überträgt. Mit der Übertragung digitaler Fernsehsignale beschäftigt sich das im Jahre 1993 gegründete DVB-Project. Zur Datenreduktion kommt hier der MPEG-2 Standard zum Einsatz, wodurch es ermöglicht wird, Videodaten über die schmalbandigen Fernsehkanäle zu übertragen. So wurde dann Ende 1993 DVB-S vom europäischen Normungsinstitut ETSI als Standard für die digitale Satellitenübertragung verabschiedet. In den darauf folgenden zwei Jahren erschienen auch Entwürfe für die terrestrische (DVB-T) und kabelgebundene (DVB-C) Übertragung. [DVBORG] Bis heute hat sich DVB in vielen Teilen der Welt als Übertragungsstandard für digitale Fernsehsignale etabliert. Dank der geringen Datenraten der MPEG-2 Videosignale ist es bei DVB nicht nur möglich, mehrere Programme innerhalb der Frequenz eines herkömmlichen analogen 7 SDI Serial Digital Interface Übertragung von digitalen Videosignalen via Koaxialkabel

22 14 3 Grundlagen zu digitalem Fernsehen Kanals unterzubringen, sondern es erlaubt darüber hinaus auch die Übertragung von Zusatzinformationen. Die Übertragung dieser verschiedenartigen Daten wird möglich, indem ein so genannter Multiplex gebildet wird, in dem die unterschiedlichen Daten zu einem einzigen Datenstrom dem Transportstrom zusammengesetzt werden. Die logische Zusammensetzung mehrerer Programme wird Bouquet genannt. Ein Bouquet ist immer logisch zu sehen, nicht physikalisch. So kann ein Transportstrom durchaus mehrere Bouquets enthalten oder es kann sich ein Bouquet über mehrere Transportströme verteilen.

23 3.1 DVB-S/C/T DVB-S/C/T Abbildung 1 beschreibt mögliche Verbreitungswege der digitalen Fernsehsignale. Dies kann über verschiedene Ausstrahlungswege geschehen. Als Haupt-Signal werden immer Signale des DVB-S Systems verwendet, die für DVB-C und DVB-T an Kopfstationen der Netzbetreiber empfangen werden. Dort werden sie entsprechend bearbeitet 8 und über das eigene Netz gesendet. Die verschiedenen Ausbreitungswege unterscheiden sich nur in der physikalischen Übertragung. Die Form der empfangenen Daten ist immer gleich. Abbildung 1: Verteilung von DVB-Signalen [LENZ] 3.2 Der DVB-Transportstrom Um Fernsehprogramme über DVB zu übertragen, werden zunächst alle Audio- und Videosignale getrennt in MPEG-2 kodiert. Es entsteht also für jede Komponente ein sepa- 8 Anpassung von Datenraten, neues Multiplexing, etc.

24 16 3 Grundlagen zu digitalem Fernsehen rater Elementarstrom 9 (ES). Diese Ströme werden wiederum von einem Packetizer in kleinere Elemente variabler Länge zerlegt. Neben diesen Audio- und Videoströmen werden auch Zusatzdaten auf die gleiche Art und Weise paketiert. Eine vorherige Digitalisierung entfällt dabei, da diese Daten ohnehin bereits in digitaler Form vorliegen. Die so gebildeten PES-Pakete formen nach dem Passieren des Packetizers wiederum jeweils einen Packetized Elementary Stream (PES). Dieser Vorgang wird in Abbildung 2 verdeutlicht. Abbildung 2: Umwandlung von Elementrastrom zu Transport Strom Ein solches PES-Paket besteht immer aus einem charakteristischen, festgelegten Header 10 und den Nutzdaten, dem Payload. 9 Elementarstrom (Elementary Stream) Datenstrom, der nur ein einziges Element (Audio, Video, Daten) transportiert 10 Header Metadaten am Anfang einer Datei / eines Datenblocks, um z.b. den Ursprung der Daten zu kennzeichnen

25 3.2 Der DVB-Transportstrom 17 Abbildung 3: Aufbau eines PES Pakets Der Header bezeichnet, um welche Art von Daten (Audio, Video, Zusatzdaten) es sich handelt und gibt die Länge des gesamten Pakets an. Außerdem enthält er vorausgesetzt es handelt sich um Audio- oder Videodaten die PTS 11 - bzw. DTS 12 - Zeitstempel, die für die Synchronisation der Datenströme verwendet werden. Die Länge eines PES-Pakets ist variabel, wobei die maximale Gesamtlänge auf Bytes [KLEIN] begrenzt ist. Nach der Paketierung in PES-Pakete werden diese wiederum vom Multiplexer in kleinere, gleich große Pakete von 188 Bytes zerlegt, welche den Transportstrom (TS) bilden. Hier wäre es grundsätzlich auch möglich, einen Program Stream (PS) zu generieren, wie er beispielsweise auf einer DVD zu finden ist. Der Program Stream besteht im Gegensatz zu einem Transport Stream aus Paketen variabler Länge. Ein Program Stream eignet sich allerdings nicht für fehlerbehaftete Transportwege wie die Satellitenübertragung. Deshalb wurde für DVB festgelegt, ausschließlich einen Transport Stream zu verwenden. Darüber hinaus ist es nur mit einem Transport Stream möglich, Programme mit unterschiedlichen Zeitbasen innerhalb eines Kanals zu übertragen. [REIMERS] Die Pakete des Transport Streams bestehen ebenfalls aus einem Header und Nutzdaten. Um die nachfolgenden Daten richtig interpretieren zu können, muss ein Empfänger des Transport Streams den Beginn eines solchen TS-Pakets suchen. Hierfür besteht das erste Byte des Headers eines TS-Pakets aus einer charakteristischen Bitfolge, dem Sync-Byte. Dies identifiziert den Beginn eines TS-Pakets eindeutig. Das Sync-Byte besitzt immer die Bitfolge = 0x47 (Dezimal: 71). 11 PTS Presentation Timestamp 12 DTS Decode Timestamp

26 18 3 Grundlagen zu digitalem Fernsehen Abbildung 4: Aufbau eines TS Pakets Neben dem Sync-Byte ist ein weiteres wichtiges Feld im Header eines TS Pakets die Packet-ID (PID). Dieser Wert repräsentiert die Zugehörigkeit eines TS-Pakets. Pakete mit identischer PID gehören auch zum selben Elementarstrom. Das heißt jede Komponente, also jeder Elementarstrom, des Transport Streams besitzt eine eigene eindeutige PID. Aus den vorangehend erläuterten Eigenschaften wird die Struktur des DVB-Signals in Abbildung 5 dargestellt. Abbildung 5: Paketierung der Datenströme bei DVB Die Pakete des PES werden samt Header in den Payload der TS-Pakete gemapped 13. Da PES-Pakete im Allgemeinen größer sind als TS-Pakete, wird im jeweils folgenden TS- 13 Mapping hier: Aufteilen

27 3.3 DVB-SI / PSI 19 Paket an der entsprechenden Stelle des PES-Pakets angesetzt, wo das Schreiben des letzten Pakets beendet wurde. Ist ein PES-Paket fertig und es besteht noch Raum im TS- Paket, so werden so genannte Stuffing-Bytes eingefügt, um den Rest des TS-Pakets mit Null-Werten zu füllen und somit die vorgeschriebene Länge des Pakets zu gewährleisten. [ISO ] 3.3 DVB-SI / PSI Grundlagen Beim digitalen Fernsehen besteht neben der Möglichkeit, mehrere Audio- und Video- Programme zu übertragen die Möglichkeit, Zusatzinformationen mitzusenden. Diese Zusatzinformationen werden als PSI (Program Specific Information) und SI (Service Information) Daten bezeichnet. PSI Daten werden durch MPEG-2 [ISO ] definiert und dienen dem Decoder dazu, sich im Datenstrom zu orientieren. Eine Funktion ist beispielsweise, die verschiedenen PES 14 ihren entsprechenden Programmen zuzuordnen. SI Daten sind eine Erweiterung, welche durch den DVB-Standard [ETSI ] definiert werden. Hierzu gehören beispielsweise Sender- und Bouquetnamen oder die elektronische Programmzeitschrift (EPG), welche Sendezeiten und Beschreibungen zu den Sendungen enthält. Diese Zusatzdaten werden in Form von Tabellen (Tables) übertragen. Es gibt verschiedene Arten von Tables, die sich untereinander in ihrem Inhalt unterscheiden, von der Struktur her jedoch alle einen ähnlichen Aufbau besitzen. Jede Table besitzt eine charakteristische Table-ID, durch die der Inhalt der Table festgelegt wird. Bei der Übertragung werden die Tables innerhalb des Transportstroms zyklisch ausgespielt. Dafür legt der Standard bestimmte Minimal- und Maximalintervalle für die einzelnen Tabellenarten fest. Es ergeben sich also unterschiedliche Häufigkeiten der Tables im Transportstrom. Wichtige werden häufiger gesendet als weniger wichtige. 14 PES Packetized Elementary Stream

28 20 3 Grundlagen zu digitalem Fernsehen Übersicht SI / PSI Abbildung 6 liefert einen Überblick über alle PSI / SI Tabellen sowie deren zugehörige Ausspiel-Intervalle [ETSI ]. Abbildung 6: Übersicht aller PSI / SI Tables Im Folgenden werden die Bedeutungen einiger dieser Tables erläutert.

29 3.3 DVB-SI / PSI 21 PAT (Program Association Table) Die PAT enthält Informationen über die verschiedenen Services 15 eines Transportstroms. Der Empfänger kann anhand der PAT interpretieren, wie viele Services im Transportstrom existieren und die entsprechenden PIDs zu deren PMT zuordnen, welche weitere Informationen enthält. Die PAT besitzt immer die PID 0x00 und die Table-ID 0x00. PMT (Program Map Table) Für jeden Service im Datenstrom existiert je eine PMT. Diese beinhaltet Informationen darüber, welche PES-Datenströme (Audio, Video, Zusatzdaten) welche jeweils wiederum eine eigene PID besitzen zu welchem Service gehören. Die PAT in Verbindung mit der PMT ist ein essentieller Bestandteil der PSI-Daten. Anhand dieser Daten kann sich ein Empfänger im Datenstrom orientieren und die verschiedenen Elementarströme untereinander in Verbindung bringen. Abbildung 7: Zusammenspiel d. Tables PAT und PMT 15 Service bezeichnet ein Programm welches durch den Transportstrom übertragen wird

30 22 3 Grundlagen zu digitalem Fernsehen NIT (Network Information Table) Die NIT enthält Informationen über das physikalische Netzwerk. Sie transportiert Informationen über das aktuelle Netzwerk, sowie über die Transportströme, die über dieses Netzwerk übertragen werden. Ein Netzwerk bezeichnet nach [ETSI ] alle Transportstrom-Multiplexe eines bestimmten Übertragungssystems. Beispielsweise bilden die Transportströme, welche über das Astra 16 Satellitennetzwerk gesendet werden, ein Netzwerk. Durch den Empfang dieser Table bekommt ein Empfänger Informationen über alle ihm zur Verfügung stehenden Transportströme und kann sich so selbständig für diese weiteren Ströme konfigurieren. BAT (Bouquet Association Table) Ein Bouquet ist die Zusammenfassung mehrerer Programme zu einer logischen Einheit. Die Sender beispielsweise, die logisch aber nicht zwingend physikalisch zum ZDF gehören, bilden ein Bouquet. Diese zusammengehörenden Programme müssen nicht zwangsweise auf dem gleichen Transportstrom ausgestrahlt werden, sondern es ist möglich, die Programme eines Bouquets über mehrere Transportströme zu verteilen, diese aber als eine logische Einheit anzeigen zu lassen. SDT (Service Description Table) Die SDT enthält Beschreibungen der in einem Transportstrom vorhandenen Services 17. Hierzu gehören beispielsweise der Name und die Sprache des Services. Ein Empfänger kann diese Table dazu benutzen, die Namen der empfangenen Programme anzuzeigen. EIT (Event Information Table) Die EIT enthält Daten zu den Events 18, welche auf den verschiedenen Services ausgestrahlt werden. 16 Astra Name einer Flotte von 13 geostationären Kommunikationssatelliten im Eigentum der Firma SES Global [ASTRA] 17 Service Ein Programm. Z.B. ZDF oder 3sat 18 Event Ein Event ist bei DVB eine Sendung, die eine festgelegte Startzeit und Dauer besitzt

31 3.3 DVB-SI / PSI 23 Anhand dieser Tabelle ist es einem Empfänger möglich, den EPG 19 (Elektronische Programmzeitschrift) zu generieren. Die EIT enthält u. a. Namen und Inhalt von Sendungen, deren Startzeit und Dauer. Außerdem liefert sie Informationen über die Altersfreigabe sowie das Programmgenre (Nachrichten, Spielfilm, Sport, usw.) Um möglichst umfassende Programminformationen aufbauen zu können, ist in [ETSI ] vorgesehen, sowohl Event-Informationen für den eigenen Transportstrom zu senden ( actual TS ), als auch für andere Transportströme ( other TS ). Außerdem wird bei der EIT unterschieden zwischen EIT present/following und EIT schedule. Syntaktisch 20 sind diese beiden Varianten identisch. Die EIT present/following allerdings beschreibt lediglich zwei Events, nämlich den aktuell gesendeten und den unmittelbar darauf folgenden. Durch dieses System kann ein Empfänger wenn nun die EIT present/following sich ändert den genauen Zeitpunkt feststellen, zu dem eine neue Sendung beginnt. Das Vorhandensein der EIT present/following ist im Standard zwingend festgelegt, wobei die EIT schedule als optional definiert ist. Die EIT schedule beschreibt Events, die nach diesen zwei unmittelbar folgenden auftreten und stellt somit eine Gesamtübersicht über das Programm dar. TDT (Time and Date Table) In dieser Tabelle wird die aktuelle UTC-Zeit 21 übertragen. Damit ist es einem Empfänger möglich, seine interne Uhr zu synchronisieren Aufbau von SI-/PSI Daten DVB SI-/PSI-Daten bestehen aus verschiedenen Elementen. Die Hauptstruktur hierbei repräsentieren Tables, welche eine oder mehrere Sections beinhalten. Sections wiederum besitzen Descriptoren. Das Wort Table in diesem Sinne ist anfangs leicht verwirrend, da sich die Bezeichnung nicht wirklich auf die Form der Datenstruktur zurückführen lässt. Ein Table ist vielmehr ein logischer Verbund mehrerer Sections. 19 EPG Electronic Program Guide 20 Syntax Festgelegte formale Grammatik 21 UTC Universal Time Coordinated Referenzzeit, von der alle Zeitzonen abgeleitet werden (Nachfolger der GMT Greenwich Middle Time)

32 24 3 Grundlagen zu digitalem Fernsehen Tables Abbildung 8: Aufbau einer Table Eine Table kann aus einer oder einem Satz von bis zu 256 Sections bestehen. Eine Section ist eine Untereinheit einer Table. Aufgrund ihres Aufbaus kann eine Section auch einzeln Informationen liefern, jedoch steht eine Table immer für einen kompletten Satz an Informationen Sections Eine Section hat eine variable Größe von bis zu 1024 Byte. Sections der EIT stellen hier eine Ausnahme dar, da diese bis zu 4096 Bytes lang sein dürfen [ETSI ]. Im Gegensatz zur DVB-Table, welche aus mehreren Sections bestehen kann, ist eine Section an sich in ihrer Form schon eher als Tabelle anzusehen. Abbildung 9 zeigt ein Beispiel einer Event Information Section der EIT:

33 3.3 DVB-SI / PSI 25 Abbildung 9: Beispiel einer Section Für jede Art von Table (PAT, NIT, EIT, usw.) ist der Aufbau deren Sections unterschiedlich. Es gibt jedoch einige Felder, die den Sections zu allen Tables gleich sind. Dies sind die ersten 8 Byte von table_id bis last_section_number. table_id Die table_id ist für jeden Typ von Section eindeutig definiert ([ISO ], [ETSI ]) und ordnet so einer Section ihren Typ zu. Auf den ersten Blick lässt sich aus Abbildung 6 ableiten, die PID würde bereits die Aufgabe übernehmen, eine Table eindeutig einzuordnen. Es ist allerdings auch möglich, dass mehrere Tables über eine PID gesendet werden (siehe TDT, TOT in Abbildung 6), was diese zusätzliche Unterscheidung notwendig macht.

34 26 3 Grundlagen zu digitalem Fernsehen section_syntax_indicator Section_syntax_indicator ist ein 1-bit Feld, welches meistens einen festgelegten Wert besitzt oder je nach Art der Table einen bestimmten Zustand beschreibt. section_length Beschreibt die Länge der Section in Bytes. Gezählt wird ab dem diesem Wert direkt folgenden Byte. Das heißt, da section_length genau bei der Position 3 Bytes endet, besitzt eine Section immer eine tatsächliche Länge von section_length + 3 Bytes. table_id_extension Dieser Wert wird genutzt, um so genannte Subtables zu identifizieren. Der Name des Feldes ist für jede Table anders, hier in der EIT lautet die Bezeichnung service_id. version_number Dieses Feld wird verwendet, um Änderungen an einer Table zu identifizieren. Bei jeder Änderung der Daten einer Table wird diese Nummer um 1 erhöht und bei Erreichen des Werts 31 wieder bei 0 angefangen. Innerhalb einer Table existiert immer dieselbe version_number. section_number Da eine Table aus mehreren Sections bestehen kann, wird dieses Feld dazu genutzt, die einzelnen Sections eindeutig zu identifizieren und untereinander zu ordnen. last_section_number Gibt die section_number der letzten genutzten Section für diese Table an. Wie aus Abbildung 8 erkennbar, kann eine Section neben diesen Feldern zusätzlich noch so genannte Loops und Descriptoren enthalten. Ein Loop besteht aus einer bestimmten Anzahl sich wiederholender Felder. Im obigen Beispiel der EIT repräsentiert der dort vorhandene Loop jeweils einen Event Descriptors Descriptoren beinhalten die eigentlichen Nutzdaten einer Table. Das Format von Descriptoren ist ähnlicher Natur wie das von Sections. Es können also sowohl Felder als auch

35 3.3 DVB-SI / PSI 27 Loops vorhanden sein. Lediglich ein weiterer Descriptor kann sich nicht innerhalb eines Descriptors befinden. Es existiert eine sehr große Auswahl an Descriptoren. Jeder Descriptor beschreibt einen anderen Inhalt und wird in den Standards [ETSI ] und [ISO ] definiert. Als Beispiel in Abbildung 10 die Struktur des Service Descriptor : Abbildung 10: Beispiel eines Descriptors Descriptoren wiederum besitzen einen eigenen Header, welcher aus descriptor_tag und descriptor_length besteht. Wie Tables auch besitzt jeder Descriptor eine eindeutige Identifizierung, das descriptor_tag. Dieses beschreibt, um welche Art von Descriptor es sich handelt. Abbildung 10 ist weiterhin zu entnehmen, dass beispielsweise Textdaten wie service_name in Form von Loops aus einzelnen Zeichen (char) übertragen werden.

36 28 3 Grundlagen zu digitalem Fernsehen

37 4.1 Randbedingungen 29 4 Analyse und Erläuterung der Randbedingungen 4.1 Randbedingungen Als Host-System sollte ein handelsüblicher Server-PC mit Intel oder AMD-Prozessoren dienen. Das Signal darf nicht wie auf den ersten Blick plausibel an einer beliebigen verfügbaren Stelle im Hause des ZDF, also vor dem Senden abgegriffen werden. Um ein möglichst genaues Abbild der gesendeten Signale zu erhalten, müssen diejenigen Signale Abbildung 11: DVB-Rückempfang empfangen werden, welche bereits vom Satellit stammen und in jedem Haushalt Deutschlands ebenso zu empfangen sind. Dies wird Rückempfang genannt. Das DVB-Signal des ZDF besteht momentan aus einem Transportstrom, welcher auf einem Transponder gesendet wird. Ein DVB-Transportstrom besitzt eine Netto- Datenrate von 38 Mbit/s. Dies entspricht einer benötigten Speicherkapazität von ca. 401 GByte pro Tag. 4.2 Vorhandene Systeme auf dem Markt Zu Beginn dieser Arbeit waren keine Systeme auf dem freien Markt vorhanden, die das gewünschte Funktionsspektrum abdecken. Während der Bearbeitung dieser Diplomarbeit wurde von der Firma Dimetis 22 der ARS ASI Record Server fertig gestellt. Dieser Server ähnelt in seiner Funktionalität sehr dem in dieser Arbeit entwickelten System. Die größten Unterschiede zu dem geplanten System dieser Arbeit sind unter anderem, dass der ARS-Server von Dimetis zum Daten-Empfang statt DVB-Karten teure ASI 23 - Karten verwendet. Dies bringt einerseits etwas mehr Flexibilität, benötigt allerdings zusätzlich einen Demultiplexer, um die empfangenen DVB-Daten in einen ASI-Strom umzuwandeln. Weiterhin wurde die Funktion Video extrahieren in diesem Produkt gänzlich nicht verfolgt. Zur Analyse des Transportstroms wird die externe Software StreamX- 22 Dimetis ASI Asynchronous Serial Interface

38 30 4 Analyse und Erläuterung der Randbedingungen pert der Firma DekTec verwendet, welche zwar umfangreiche Funktionen bietet, allerdings in der Verwendung stark eingeschränkt ist. Die Software ist ausschließlich lauffähig, wenn eine ASI-Karte derselben Firma im Rechner eingebaut ist, was sich sehr nachteilig auf eine Client-Server Architektur auswirkt. Neben dem ARS von Dimetis wird derzeit ein System von der Firma Promise.tv im Auftrag der BBC entwickelt. Es besitzt 3,2 TB Festplattenkapazität und ist damit in der Lage, alle sechs terrestrischen DVB-T Multiplexe im UK eine Woche lang zu speichern. Bei diesem Pandora Box genannten Prototyp geht es BBC darum zu erforschen, wie sich Fernsehzuschauer verhalten, wenn sie eine solch enorme Programmauswahl zur Verfügung haben. Leider ist dieses Projekt noch ein Prototyp und es scheint, als würde nicht weiter daran entwickelt. [INFORMITV] 4.3 Hauptschwerpunkt Der Hauptschwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Aufnahme und effizienten Weiterverarbeitung von DVB-Daten. Hierfür müssen für die gesamte Kette, das heißt Aufnahme, Speicherung und Organisation, Verarbeitung (Daten, Video) und Ausgabe Konzepte erstellt werden. Da allerdings auch der leistungsfähigste Einzelserver nicht als vollwertiger Encoder- Rechner zu sehen ist, wird auf die eigentliche Ausgabe weniger tief eingegangen, da ohnehin eine Anbindung an das Streaming-System des ZDF vorgesehen ist.

39 5.1 Diskussion und Evaluierung verschiedener Lösungsansätze 31 5 Konzept einer Ziellösung 5.1 Diskussion und Evaluierung verschiedener Lösungsansätze Zur Realisierung des Vorhabens sind verschiedene grundsätzliche Herangehensweisen denkbar. Da im Bereich DVB bereits mehrere Projekte vor allem im Open-Source Sektor existieren, ist eine sich bietende Möglichkeit, existierende Software zu verwenden und entsprechend den eigenen Bedürfnissen anzupassen bzw. zu erweitern. Die andere Möglichkeit besteht darin, Software von Grund auf in Eigenregie zu entwickeln, was dem Programmierer mehr Freiheiten lässt und vor allem mehr Einblicke in das zu Grunde liegende System bietet Open-Source Der Ausdruck Open-Source steht für Quellen-Offenheit. Er bedeutet im Sinne der Open Source Definition, dass jeder die Möglichkeit hat, Einblick in den Quellcode zu haben sowie die Erlaubnis, diesen Quellcode zu verändern und/oder weiterzugeben. Die zwei am weitesten verbreiteten Open-Source Lizenzen sind die GNU General Public License (GPL) und GNU Lesser General Public License (LGPL). Open-Source Lizenzen werden von der Free Software Foundation [FSF] herausgegeben. Folgende sind die grundsätzlichen Inhalte der GPL Lizenz: - Jeder darf unter GPL Lizenzierte Software uneingeschränkt und zu jedem Zweck nutzen. - Jeder darf Kopien des Programms verteilen. Der Source-Code muss allerdings mitverteilt werden bzw. die Möglichkeit geschaffen werden, den Source-Code einzusehen. - Die Software darf nach Belieben verändert werden. - Veränderte Software darf unter Berücksichtigung der vorhergehenden Regeln e- benfalls vertrieben werden. Diese muss ebenfalls unter GPL lizenziert sein. Die LGPL-Lizenz enthält dieselben Grundzüge. LGPL-Software und veränderte LGPL- Software darf ebenfalls nur unter LGPL oder GPL vertrieben werden. Der größte Unterschied zu GPL liegt darin, dass es erlaubt ist, gegen LGPL-Lizenzierte Software dynamisch zu linken, ohne dass das entsprechende Programm auch unter GPL oder LGPL

40 32 5 Konzept einer Ziellösung lizenziert ist. So eignet sich LGPL für Bibliotheken, die auch in kommerziellen Produkten verwendet werden. Da die Open-Source-Gemeinde im Internet ständig wächst, liegt es nahe, in diesem Bereich nach geeigneten Tools zu suchen und diese zu nutzen. Hier gibt es so genannte Media-Center-Software, die in erster Linie dafür ausgelegt ist, einen PC zur Fernseh-Zentrale zu machen. Diese Programme bieten auch die Möglichkeit, Fernsehprogramme aufzunehmen. Dank digitaler Übertragungstechnik gibt es mehrere Produkte, die bei Bedarf alle Programme eines Transponders aufnehmen können. Auf diese wird hier nun näher eingegangen. VDR VDR ist eines der bekanntesten und beliebtesten Open-Source Mediacenter Projekte. Der Name VDR steht für Video Disk Recorder und wurde ursprünglich von Klaus Schmidinger entwickelt. VDR besitzt seinen Schwerpunkt in der Aufnahme und Wiedergabe von Fernsehprogrammen. Dank der Open-Source-Architektur ist es möglich, eigene Plugins 24 zu programmieren, von denen auch eine große Anzahl existiert. So lässt sich VDR Stück für Stück an eigene Bedürfnisse anpassen. VDR besitzt von Haus aus die Möglichkeit, mit einer DVB-Karte mehrere Programme (vorausgesetzt, sie liegen auf dem gleichen Transponder) gleichzeitig in unveränderter Qualität aufzunehmen. Für VDR existiert eine sehr große Community, welche sich bei einer Eigenentwicklung von Plugins unterstützend auswirkt. MythTV MythTV sieht, ganz ähnlich wie VDR seine Hauptaufgabe in der Aufnahme von Fernsehprogrammen und deren Wiedergabe. MythTV kommt in der Grundkonfiguration bereits mit mehr Features zum Anwender, als VDR. Da diese Plugins alle darauf ausgerichtet sind, eine Multimedia-Zentrale aufzubauen, sind diese für die vorliegende Arbeit nicht nutzbar. Außerdem sind keinerlei Informationen über die Entwicklung zusätzlicher Plugins für diese Software zu finden. 24 Plugin Softwaremodul, welches in eine andere Software eingeklinkt wird

41 5.2 Funktionen im gewählten System 33 Ein allgemeines Problem dieser so genannten Media-Center-Softwares stellt die Tatsache dar, dass diese Programme auf möglichst komfortable Verwendung im Wohnzimmer ausgelegt sind. Sie setzen zur Aufnahme alle so genannte Premium DVB-Karten ein. Eine Premium DVB-Karte hat im Gegensatz zu den so genannten Budget DVB-Karten einen eigenen MPEG-2-Prozessor bereits in der Hardware integriert. Durch diesen ist es möglich, die Programme eines Transportstroms einzeln zu interpretieren und auf Festplatte zu schreiben. Unmöglich ist es dagegen, diesen Decoder zu umgehen und die Transportstromdaten unverändert an den Datenspeicher weiterzugeben. Da es für diese Arbeit essentiell ist, alle Daten eines Transportstroms in unveränderter Qualität zu erhalten, eignen sich diese Premium DVB-Karten und somit die darauf aufsetzenden Media-Center Programme wie VDR oder MythTV nicht Eigens programmierte Software Nach einer eingehenden Analyse der vorhergehenden Alternativen wird ersichtlich, dass es wirtschaftlich am sinnvollsten ist, statt einem Top-Down Vorgehen (Grundsoftware vorhanden, Zusatzfunktionen selbst programmieren) ein Bottom-Up Vorgehen zu wählen. Hierbei werden die zentralen Elemente eigenständig entwickelt und für kleinere Aufgaben Fragmente anderer Software hinzugefügt. 5.2 Funktionen im gewählten System Das Resultierende System lässt sich in 3 groben Funktionsfeldern beschreiben. Diese sind erstens die Aufnahme, bei der es um die Frage geht, auf welchem Weg und in welcher Form die Daten ins System gelangen. Das zweite Feld besteht aus der Organisation der Daten, wobei beschrieben wird, wie die empfangenen Daten im System abzulegen sind. Das dritte große Feld ist die Präsentation. Hier geht es um die Ausgabe sämtlicher Daten. Damit ist sowohl die Extrahierung von Video-Daten, als auch die Analyse des Transportstroms gemeint Aufnahme Um ein genaues Abbild der gesendeten DVB-Signale zu bekommen, wird der gesamte Transportstrom in roher Form auf die Festplatten geschrieben. Dies geschieht in einer Form, die es ermöglicht, bei Erreichen der Maximalkapazität des Datenspeichers alte

42 34 5 Konzept einer Ziellösung Daten zu entfernen um Platz für neue zu schaffen. Für diesen Zweck muss ein Ringpuffer-Mechanismus entworfen werden, durch den diese Aufgabe bearbeitet wird. Die Aufnahme der Signale wird durch eine DVB-Empfangskarte realisiert. Die richtige Auswahl dieser Karte ist ein wichtiges Element, da Karten verschiedener Hersteller verschiedene Software-Schnittstellen besitzen, welche wiederum unterschiedliche Funktionen und Möglichkeiten bieten. Für diese Arbeit wurden mehrere Modelle evaluiert. Zum einen Karten der Firma Technotrend, Technotrend Budget und Technotrend Premium Line, zum anderen auch Karten von Hauppauge und Technisat. Gleich zu Anfang fielen Karten der Technotrend Premium Line aus dem Rennen. Solche Karten besitzen wie bereits beschrieben einen Decoder-Chip auf der Platine, welcher das Verarbeiten des DVB-Transportstroms bereits übernimmt und somit keine Rohdaten an die Software weitergeben kann. Von der Firma Technisat wurde die Karte SkyStar 2 ausgetestet. Diese Karte bietet eine sehr übersichtliche und gut dokumentierte Software-Schnittstelle. Trotz aller Übersichtlichkeit bietet diese allerdings recht wenige Funktionen. Unter anderem wird die direkte Speicherung des DVB-Transportstroms nicht unterstützt und es können lediglich bis maximal 39 PIDs gleichzeitig empfangen werden. Eine Kopie des Technisat-SDK sowie dessen Dokumentation befindet sich auf der CD im Anhang zu dieser Diplomarbeit. Während die Lieferung der Budget-Karte von Technotrend noch ausstand, wurde ein angeblich zu dieser baugleiches Modell mit dem Namen Nova-SE2 der Firma Hauppauge getestet. Dieser Test schlug direkt fehl, da die Karte sich nicht durch das Software- Development-Kit von Technotrend ansprechen ließ. Die endgültige Auswahl wurde mit dem Eintreffen der Technotrend-Karte Budget S getroffen. Diese Karte verfügt über alle Funktionen, die benötigt werden. Ein kleiner Nachteil bleibt. Das Software-Development-Kit 25 ist zwar sehr mächtig, leider existiert aber keinerlei Dokumentation hierfür, was die spätere Software-Entwicklung manchmal erschwerte Ringpuffer Der Ringpuffer besteht aus einer Software-Schnittstelle und einem festgelegten Verzeichnis auf der Festplatte. Darin gespeicherte Daten werden in passende Dateigrößen von bis 25 Software-Development-Kit (SDK) Kollektion von Funktionen, Klassen, etc., welche es einem Entwickler erlauben, Anwendungen zu erstellen, die darauf basieren

43 5.2 Funktionen im gewählten System 35 zu 2 Giga-Byte aufgeteilt. Diese Grenze wurde eingeführt, da Datei-Operationen der Programmiersprache C++ Dateien nur bis zu einer Obergrenze von exakt 2 GB adressieren können. Betriebssystem-Interne Funktionen wären zwar in der Lage, größere Dateien zu verarbeiten, was allerdings mit enorm erhöhtem Aufwand einhergehen würde. Aus diesem Grund wurde entschieden, diese Grenze von 2 GB festzulegen. Der Ringpuffer muss sich darum kümmern, alte Elemente bei Erreichen der maximalen Größe zu entfernen, um neue Elemente hinzufügen zu können. Außerdem wird die Aufgabe des Schreibens und automatischen Teilens, sowie des dateiübergreifenden und nahtlosen Lesens aus dem Ringpuffer übernommen Extrahierung der SI-Daten Um später komfortabel im Strom navigieren zu können, ist es nötig, einige Daten aus dem Transportstrom zu extrahieren, die als Navigationshilfe dienen können. Zur Navigation innerhalb des Datenstroms benötigt man Informationen über die Sender und deren zugehörigen MPEG-Ströme, sowie die Programm-Informationen, die die Sendezeiten von Sendungen angeben. Um dies zu bewerkstelligen müssen folgende Tabellen ausgelesen werden: - PAT (Program Association Table) Um auszulesen, welche Services (Programme) im Strom vorhanden sind und die PIDs der zugehörigen PMTs zu erhalten. - PMT (Program Map Table) Für jeden Service existiert eine PMT, auf die von der PAT aus verwiesen wird. Die PMT enthält die PIDs zu den verschiedenen Elementardatenströmen der jeweiligen Services. - EIT actual transport stream p/f Die EIT enthält Titel, Beschreibung, Sendezeit etc. zu den Sendungen, die über die verschiedenen Services ausgestrahlt werden. Da hier keine Fernsehzeitschrift aufgebaut werden muss, sondern lediglich die Sendungen katalogisiert werden müssen, die auch tatsächlich aufgenommen werden, reicht es hier, nur die EIT actual transport stream, present/following auszulesen. Die EIT p/f enthält ausschließlich Informationen über aktuelle und direkt darauf folgende Sendungen. - SDT actual transport stream Die SDT actual TS enthält verschiedene Informationen über die Services des

44 36 5 Konzept einer Ziellösung Transportstroms. Die hier relevante Information ist der Name des Services, welcher zur Navigation ausgewertet wird. Diese Daten werden in einer bzw. mehreren XML 26 -Dateien gespeichert, die bei Bedarf ausgelesen werden können Organisation der Daten Dieser Abschnitt beschreibt einige Lösungsansätze zur Organisation der ausgelesenen Daten. Speicherung der Daten Zu Anfang waren zwei grundsätzliche Wege zu evaluieren, die empfangenen Daten zu speichern. Das ist erstens die Speicherung der Ströme separat, das heißt Speicherung jedes Audio- u. Video-Stroms einzeln, zusätzlich zu den SI-/PSI-Daten. Der Vorteil dieser Lösung liegt klar auf der Hand. Da bereits fertige Audio- und Videoströme gespeichert werden, ist es ein Leichtes, diese später zur weiteren Verwendung zu verarbeiten. Allerdings entstehen bei dieser Methode auch Probleme. Die Organisation des Ringpuffers wird erschwert, da nicht ein einziger Strom, sondern mehrere Ströme mit unterschiedlichen Datenraten gespeichert werden müssen. Zusätzlich existiert bei dieser Methode das Problem der Filterung. Um die Zusatzdaten zu erhalten, muss alles gespeichert werden, was kein Videooder Audio-Strom (die ja separat gespeichert werden) ist. Diese Funktionalität zu implementieren, würde einen sehr komplizierten Code und vor allem zur Laufzeit sehr viel Rechenleistung benötigen, da jedes einzelne Datenpaket von 188 Bytes analysiert werden müsste. Außerdem wäre es unmöglich, bei Bedarf das ursprüngliche Originalsignal wieder herzustellen. Die zweite Möglichkeit mit den empfangenen Daten zu verfahren ist, den Transportstrom in unveränderter Form auf die Festplatten zu schreiben. Bei dieser Methode gehen keinerlei Daten verloren, da hiermit das ursprüngliche Signal erhalten bleibt. Da nur ein einziger Datenstrom gespeichert werden muss, ist die Verwaltung des Ringpuffers weniger aufwändig, ebenso wie der Aufwand beim Empfangen der Daten. Bei diesem Vorgehen können größere Pakete als 188 Bytes verwendet werden. Da diese nicht analysiert werden müssen, können sie direkt und ohne weitere Verarbeitung in den Ringpuffer geschrieben werden. Neben diesen gravierenden Vorteilen ist allerdings das Extrahieren der 26 XML Extensible Markup Language

45 5.2 Funktionen im gewählten System 37 Daten vor allem der Audio-/Videodaten zu einem späteren Zeitpunkt aufwändiger, da hier keine vorherige Trennung vorgenommen wurde und die gewünschten Ströme umständlich aus dem Gesamtdatenstrom herausgelöst und neu gemultiplext werden müssen. Insgesamt bietet die zweite Methode mehr Vorteile. Da die Daten unverändert gespeichert werden, bietet dieses Verfahren mehr Flexibilität auch für zukünftige Formen der Weiterverarbeitung. Extrahierung von EPG-Daten Die Extrahierung der SI-Daten, um den EPG für das Frontend aufzubauen, muss kontinuierlich geschehen. Um unnötige Systembelastung zu vermeiden, ist hierfür eine sinnvolle Lösung nötig. Zu diesem Thema gehören zwei Fragen: 1. Wie werden die Daten gespeichert? (Datenbank, XML) 2. Wie werden sie extrahiert? (Während der Aufnahme oder im Nachhinein) Zur ersten Frage existiert nach der Untersuchung beider Möglichkeiten kein besser oder schlechter. Beide Speichermöglichkeiten haben ihre Vor- und Nachteile. Datenbank Vorteile: - hohe Geschwindigkeit - Überprüfung auf doppelte Einträge kann bereits von DB-System geschehen XML Vorteile: - Flexibel - Universelle Schnittstellen in alle gängigen Programmiersprachen - Wenig Infrastrukturabhängig - Keine zusätzliche Infrastruktur nötig Nachteile: - DBMS 27 muss installiert sein - Schnittstellen nicht für alle Programmiersprachen verfügbar - Zu viele Freiheiten in der Gestaltung Nachteile: - Langsamer als Datenbank - Sehr viele unterschiedliche Parser 28 verfügbar, viele davon sind schlecht implementiert der Datenbankstruktur 27 DBMS Database Management System 28 Parser (XML-Parser) Softwareschnittstelle, welche Dateien im XML-Format interpretiert und in eine Datenstruktur überführt