Grundlagen der Digitaltechnik

Transkript

1 Grundlagen der Digitaltechnik Kompetenzseminar Georg Rottmüller

2 .. oder Grundsätzliches zur DVB-Technik Kompetenzseminar Georg Rottmüller

3 DVB Signale in Anwendung DVB Standard und technische Parameter zuordnen. DVB-S/2 DVB-T DVB-C DVB Sendesignale messen und bewerten Empfangen und einspeisen Der Komfort und Nutzen für Anwender

4 Gründe für die Digitalisierung Das Vorliegen von Informationen und Daten in digitaler Form, besitzt verschiedene Vorteile: Digitale Daten erlauben eine schnelle vielfältige Nutzung, Bearbeitung im Detail möglich auch die Erschließung und Wiedergabe in verschiedenen Datenverarbeitungssystemen ist grundsätzlich möglich.

5 Gründe für die Digitalisierung Digitale Daten können maschinell und damit schnell verarbeitet werden. Nach Daten kann auch wortweise gesucht werden. Bedienung und Anwendung werden Komfortabler. Auch bei vielfacher Bearbeitung und langen Transportwegen (Satellit) sind Fehler und Verfälschungen im Vergleich zur analogen Verarbeitung gering oder können fast ausgeschlossen werden. Ein weiterer Grund für Digitalisierung analoger Inhalte, ist die Archivierung.

6 Technische Vorteile der Digitalisierung Die Übertragungskapazitäten für Hörfunk und Fernsehen sind im allgemeinen in den gegebenen Bandbreiten, schon ausgereizt. Digitale Übertragungstechniken benötigen innerhalb der vorhandenen Bandbreiten deutlich weniger Kapazitäten als Analoge. Daher: extrem mehr Inhalt im gleichen Bandbreiten-Volumen Ca. 1,5 Mio. Buchseiten könnten auf einer CD Gespeichert werden

7 Die Historische Entwicklung Die Digitalisierung hat eine lange Entwicklung hinter sich. Aber schon vor langer Zeit wurden Universalcodes verwendet.... Historisch frühe Beispiele dafür sind die Brailleschrift (1829) Blindenschrift und das Morsen (ab 1837). Viel später folgten Fernschreiber mit Lochstreifen

8 Die Historische Entwicklung In den siebziger Jahren des 20.Jahrhunderts begann in Deutschland die Digitalisierung der Fernmeldenetze. Die analoge Technik wurde stillgelegt und war nur noch ein "Fall für s Museum." Computer von heute verarbeiten Informationen ausschließlich, in digitale und vielfältig genormte Formate, in Schrift, Bild und Ton. Relais für Telefonvermittlung

9 Die Historische Entwicklung In Wohl in keinem Jahrhundert unserer modernen Zeitrechnung hat die Technik so rasante Fortschritte gemacht wie im ausgelaufenen zwanzigsten. Immer schnellere Generationswechsel prägten die Entwicklung und stempelten die jüngste Erfindung (Fernmeldetechnik) binnen kürzester Zeit zum alten Hut. Auch wenn die Übermittlung von Zeichen und verschlüsselten Texten mit Hilfe des Telegrafen bereits mehrere Jahrzehnte vorher gelungen war, musste die Menschheit doch bis zur zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts auf die Übertragung des gesprochenen Wortes warten. Dem Deutschen Philipp Reis und dem Schotten Alexander Graham Bell gebührt die Ehre, in den sechziger und siebziger Jahren Technik für die Übermittlung von Sprache und Tönen entwickelt zu haben.

10 Digitalisierung-Quantisierung Allgemein wird der Prozess der Digitalisierung von einem Analog-Digital-Umsetzer durchgeführt, welcher die analogen Eingangssignale in festgesetzten Intervallen, Aufzeichnet oder Abtastet wie Foto-Zellen beim Scannen. Es wird ein Wert ermittelt und mit bestimmter Genauigkeit (Quantisierung) digital codiert.

11 Digitalisierung-Quantisierung Unter "digital" versteht man die Umwandlung von elektrischen Signalen in binäre Zeichen. In der binären Welt (bi für zwei) gibt es nur zwei Zustände: Signal vorhanden oder kein Signal vorhanden. Unser Alltag ist von dieser Datenwelt geprägt! Der deutsche Philosoph und Mathematiker Gottfried von Leibniz ( ), der die Bedeutung des Binärsystems erkannte.

12 Anwendung und Digitalisierung Ganz selbstverständlich kommunizieren wir heute "digital" Wir senden und empfangen, erstellen, kopieren und fotografieren. Benutzeroberflächen können heute einfach bedient werden. Nehmen wir Signale für DVB-Übertragung einmal unter die Lupe

13 Digitale Übertragung DVB Analogabschaltung zum 30. April 2012 Welche DVB-Signale gibt es? Bestückung digitaler Sendekanäle Was beinhalten die Datenströme im Transponder Sind alle Ds identisch? Kann jeder Empfänger (Receiver) DVB Daten gleich gut nutzen?

14 Das multimediale Angebot Analogabschaltung zum 30. April 2012 Unkritische Nutzung solange störungsfrei! Fernsehen SD/HDTV, 3D Rundfunk Stereo/ Dolby Internetanwendung Datendienste

15 DVB Übertragungsparameter Sat, BK, DVB-T Nicht nur Bild und Ton Signale Standard-digital Hochauflösend Übertragung SDTV DVB-S MPEG 2 QPSK HDTV DVB-S2 MPEG 4 8PSK Symbolraten Mbit/s /FEC Programmlisten Codiersysteme EPG Daten Programmidentität Netzwerkinformation Service Daten Verknüpfen der Programme Sortierung nach Themen Synchronisation

16 DVB-Sat Übertragungsparameter TS-Reader Programminhalte Verwaltungsstruktur der Transponderdaten

17 DVB-C Übertragungsparameter BK-Kabel Standard-digital SDTV DVB-C MPEG 2 QAM 64 Hochauflösend HDTV DVB-C MPEG 4 QAM 256 Übertragung Schnittstellen Symbolraten Mbit/s /FEC HDMI / DVI-D Programmlisten Codiersysteme EPG Daten Programmidentität Netzwerkinformation Service Daten Verknüpfen der Programme Sortierung nach Themen Synchronisation Übertragungsparameter terrestrisch Standard-digital DVB-T COFDM QAM16

18 DVB Übertragungsparameter (BK) Video Bitrate Variable Bildinhalte QAM 64 bei 8MHz

19 DVB Übertragungsraten Video Bitrate im Vergleich HDTV/SDTV Audiorate Begleitdaten HD SD

20 DVB Signalaufbau TS-Stream Erstellen elementarer Daten Spezifische Informationen Programmdaten (EPG) Video Audio Infos Transportstrom Signal-Versand TXT IP Audio Video

21 DVB-S Signale im Transponder Verwaltung SDTV / HDTV Anzahl der Programme Symbolrate mit PID Fehlerschutz/FEC Datenadministration PSI/SI PAT PMT 1 [Das Erste] PMT 2 [Bayrisches] PMT 3 [HR Fernsehen] PMT 4 [WDR] PMT 5 [SWR] PMT 6 PAT CAT TOT PMT TDT TOT NIT Sendefrequenz ARD Transponder 11,836 GHz

22 DVB Varianten im Transponder Individuelle Parameter R ARD MPEG2 / MPEG4 Signalgüte und Qualität variieren je nach Anzahl der Programme Low Band Low Band High Band GHz GHz GHz Digitale Signale sind technisch nicht immer mit der selben Güte zu nutzen Abhängig vom Fehlerschutz /FEC und Bildinhalte

23 DVB Signal-Qualität Transponderbelegung Bei gleicher Symbolrate Symbolrate MSpS Gleicher FEC Fehlerschutz Aber unterschiedliche Inhalte 9/10 7/8 5/6 3/4 1/3 1/2 Gleiche Empfangsanlage Messtechnisch Qualitätsunterschiede

24 DVB Signal-Qualität Bei gleicher Symbolrate Symbolrate MSpS Gleicher FEC Aber unterschiedliche Inhalte Fehlerschutz 3/4 3/4 Gleiche Empfangsanlage Messtechnisch Qualitätsunterschiede Qualitätsverlust bei zuschalten der Regionalprogramme

25 DVB Signal-Qualität Bei gleicher Symbolrate Gleicher FEC Qualitätsunterschiede 3/4 3/4 Qualitätsverlust durch zuschalten der Regionalprogramme im Transponder

26 DVB Signal-Qualität Bei gleicher Symbolrate Gleicher FEC unterschiedliche Programmanzahl Symbolrate pro Programm (theoretischer Wert, abhängig vom Bildinhalt) : 22 Progr : 4 x 3 = MSpS : 06 Progr : 4 x 3 = MSpS

27 DVB Signal-Qualität Symbolrate Ms/S FEC 9/10 HDTV / SKY Symbolrate pro Programm : 04 Progr : 4 x 3 = MSpS Optimale Symbolrate für HDTV mit geringem Fehlerschutz 9/10

28 QPSK / QAM Transmodulation Analogabschaltung zum 30. April 2012 Transparente Transmodulation DVB-S/2 QAM64/ 256 Sat BK DVB-C Wandlung: Übertragungs-Frequenz Modulationart Symbolrate / MS/s Sendefrequenz SAT Service FEC Symbolrate DVB-S Ausg. Kanal

29 Die digitale Modulation Übertragungsweg Satellit DVB-S (QPSK-Modulation) Receiver DVB-S SDTV Studio Sender Satellit DVB-S2 (8PSK-Modulation) DVB-S2 HDTV Video Audio Daten Sendeeinrichtung Kabel DVB-C (QAM-64) Kabel DVB-C/2 (QAM-256) DVB-C SDTV DVB-C HDTV Programmveranstalter Programmverteilung Terrestrisch DVB-T (COFDM) DVB-T Receiver Netzbetreiber Zuschauer

30 DVB-C Signal- QAM Ermittlung der QAM 64 Symbolrate bei Transmodulation von QPSK- Trägern QPSK-Symbolrate * 2 Bit/Symbol = Datenrate QAM 64 Symbolrate Datenrate * FEC / 6 (<= 6 Bit imkabel bei QAM 64) Beispiel 1 = MS/s x 2 = MB/s x 3/4 : 6 = 6,875 MS/s Beispiel 2 = MS/s x 2 = MB/s x 5/6 : 6 = 6,111 MS/s Stuffing

31 DVB-C Signal- QAM Optimierung der QAM 64 Symbolrate Sendersuchlaufoptimierung Stuffing -Datenoptimierung Datenbefüllung des Transponders (Stuffing) Kanalsuche bei nur einen Symbolratenangabe Verkürtzte Sendersuchlaufzeiten Symbolrate: 6,875 MS/s Symbolrate: 6,111 MS/s Breitband-Kabel-Kanalraster MHz Digital HDMI SDTV / HDTV

32 DVB taugliche Empfangs- und Verteilanlagen Analogabschaltung zum 30. April 2012 Zum Empfang, Aufbereiten und Verteilen der Signale, werden hochtechnische Komponenten verwendet. Um eine störungsfreie Übertragung der Signale zu gewährleisten, müssen die komplexen Datenströme optimal bewertet und transportiert werden. Messtechnik wird daher unumgänglich.

33 Schnittstellenbedingungen HDMI Einstellen der Bildformate SDTV / HDTV Standard 3d Hd+ HDCP Das optimale, für ihre digitalen Signale

34 Hohe Güte und Optimierung Die Voraussetzung für brillantere Bilder Digitale Send-Signale allein bringen keinen nennenswerten Vorteil solange wir sie nur Empfangen. Datenströme müssen auch digital an die Grafikprozessoren der TV-Geräte übertragen werden Millionen von Receiver empfangen ihre Signale digital, verfügen aber nicht über eine digitale Schnittstelle HDMI.

35 Das optimale, für digitale Signale Dieses Thema zu einem anderen Zeitpunkt Danke für ihre Aufmerksamkeit