Systemintegration von DAB(+) Headends in Deutschland

Transkript

1 Wolfgang Peters AVT Audio Video Technologies GmbH Systemintegration von DAB(+) Headends in Deutschland Multiplexaufbau Zuführung Schnittstellen Regionalisierung am Beispiel des Bayerischen Rundfunks IRT Digitalradio-Tag Digitalradio vielfältig, vernetzt, verfügbar

2 Ein Rückblick 2

3 Gemeinsame Entwicklung von Rohde & Schwarz, FhG und AVT seit 1995 bis zum aktuell letzten Stand März 2012 Trennung von Service Provider und Ensemble Provider DAB-Headend basierte auf dem STI-Standard Service Provider Lokale Generierung aller Dienste Erzeugung eines Vormultiplexes Übertragung zum Ensemble Provider über eine 2-Mbit G.703-Schnittstelle mit STI-D & C Ensemble Provider (damals die Deutsche Telekom, später Media Broadcast) Zusammenfassung aller Service Provider zu einem Ensemble Übertragung des ETI-Signals über eine 2-Mbit G.703-Schnittstelle an die Senderstandorte Wesentliche Merkmale des STI- Standards Dynamische Rekonfiguration Flexible Nutzung der im Service Provider Profil festgelegten Ressourcen (z.b. CUs, FIGs etc.) Die alte Infrastruktur 3

4 Als Audiocodec kamen ausschließlich DAB-Encoder zum Einsatz Typische verwendete Bitraten Mono 64-kbit/s Stereo 128-kbit/s 160 kbit/s, Klassik: 192-kbit/s Entsprechend konnten nur 7 8 Audioproramme innerhalb eines Ensembles untergebracht werden Erst ab 2007 wurden erste Programme als Test mit dem damals neuen DAB+ Standard ausgestrahlt mit alten Audiocodecs 4

5 Datendienste und Service Informationen wurden gar nicht oder nur sehr eingeschränkt genutzt Dynamic Label oftmals nur eine Dauerschleife von Texten ohne Bezug zum Programm PAD-Slideshows häufig nur mit statischen Bilden Verkehrsfunkdurchsagen wurden bei den allerwenigsten Programmen ausgestrahlt Gründe hierfür waren Fehlende Content Management Systeme Teure, fehlerträchtige und große PAD/NPAD/SI-Inserter Systeme Anbindung über sperrige Schnittstellen wie RS232 und X.21 und wenig Mehrwertdiensten 5

6 Neustart

7 Anfang 2011 endlich die Entscheidung Pro DAB Ein erneutes Scheitern wäre das sichere Ende von DAB in Deutschland gewesen Alte Fehler sollten unbedingt vermieden werden Motivation der Empfänger- und Autoindustrie Verfügbarkeit von Empfängern Vielfalt in allen Preissegmenten Bedarf wecken durch Mehrwert Programmvielfalt Datenzusatzdienste Features, die bei UKW nicht möglich sind Alles auf null Neustart

8 Wesentlichste Innovation: Einführung von DAB+ Sehr effizienter Audiocodec, der auch bei niedrigen Bitraten gute Qualität liefert Typische Bitraten Mono Stereo 24-kbit/s 56-kbit/s 64-kbit/s 96-kbit/s, Klassik: 128-kbit/s Dadurch deutlich höhere Programmvielfalt Basiert auf dem Fraunhofer Advanced Audio Codec (AAC) Zusätzliche Verbesserungen bei niedrigen bis sehr niedrigen Bitraten durch HE-AAC V1 = AAC + SBR (Spectral Band Replication) HE-AAC V2 = AAC + SBR + PS (Parametric Stereo) Robusterer Codec im Vergleich zu DAB Größere Reichweite Abrupter Abbruch am Rande des Empfangsgebietes anstatt Blubbern Vielfalt mit DAB+ 8

9 Die ARD hat sich gleich auf ein Minimalset festgelegt Dynamic Label oder sogar Dynamic Label+ Echte dynamische Slideshow EPG = Electronic Program Guide Darüber hinaus bieten einige Programmanbieter Broadcast Websites Journaline Signalisierung von TP (Verkehrsfunkprogramm) und TA (aktuelle Verkehrsdurchsage) Service Linking zur programmrichtigen Umschaltung zwischen DAB und UKW Verbesserte Verkehrstelematik durch TPEG Wegen der benötigten höheren Datenrate nur über Digitalradio möglich und neuen Mehrwertdiensten 9

10 Als besonderes Highlight bietet der Bayerische Rundfunk eines seiner Klassikprogramme in DAB+ Surround an HE-AAC-V1 = AAC+ SBR Bitrate: 128-kbit/s Kompatibel zu reinen DAB+ Empfängern, da Surround Information lediglich im PAD-Kanal enthalten ist Keine Simulcast Übertragung von Stereo und Surround Programm notwendig Notwendige Bitrate für Surround Zusatzinformation typ kbit/s Das Highlight - Surround Sound 10

11 Im Detail das DAB-Headend des Bayerischen Rundfunk 11

12 Systemkomponenten 12

13 Zu den Senderstandorten SWITCH Audio RBB1 Audio RBB2 DAB+ Encoder EDI ARD CN RBB DAB+ Encoder Audio MB1A Audio MB1B DAB+ Encoder DAB+ Encoder MUXENC Media Broadcast FhG Mux Kanal 11C Audio 1A Audio na DAB Encoder GPS Clock GPS Antenne DAB+ Encoder PAD Server Audio 5.1 EDI ETI ETI FTP UECP DAB+ Surround PAD/NPAD/SI Ensemble Multiplexer ETI Decoder Streaming Datenquellen Konfiguration & Steuerung Network Management (SNMP)

14 Nahezu alle Digitalradio-Programme werden nach dem neuen DAB+ Standard übertragen Einige ARD-Anstalten bieten jedoch vereinzelt DAB-Programme an, um Hörer mit alten Empfängern nicht zu verärgern Übertragung des Audiosignals erfolgt ausschließlich über IP Dadurch kann der Encoder praktisch an jedem Standort installiert werden Sogar Übertragung über das Internet ist möglich Nachteil gegenüber der synchronen Technik ist die fehlende Taktung Ohne Referenztakt treten zwangsläufig Audioaussetzer auf Taktung kann auf zwei Arten realisiert werden Ableitung des Taktes von der digitalen Audio-Schnittstelle des Encoders, die auf den hochgenauen Studiotakt synchronisiert ist Bei analoger Einspeisung oder fehlendem Studiotakt kann auch über NTP synchronisiert werden DAB/DAB+ Audio-Encoder (1) 14

15 Programmbegleitende Daten (PAD) werden zusammen mit dem Audiodatenstrom übertragen Als PAD-Eintaster kann entweder der Ensemble Multiplexer fungieren, da diese Funktion mittlerweile jeder Hersteller für eine begrenzte Anzahl an PAD-Kanälen bietet Alternativ kann ein separater PAD-Server eingesetzt werden Die Anbindung erfolgt nicht mehr über RS232, sondern über IP Bei abgesetzten Betrieb des Encoders können über die integrierte UECP-Signalisierung zusätzliche Service-Informationen übertragen werden Aktuell Verkehrsfunkdurchsagen (TA) über TTL-Kontakt am Encoder Programmtypkennung (PTy) DAB/DAB+ Audio-Encoder (2) 15

16 SWITCH Taktung über AES/EBU mittels Studiotakt UECP NTP GPS Clock Audio DAB/DAB+ Encoder TTL-Eingang TA Codiertes Audio AVT/VDL Protokoll Ensemble Multiplexer PAD Datenquellen FTP PAD Server DAB/DAB+ Audio-Encoder (3) 16

17 Zuführung der Rohdaten erfolgt aus vorhandenen Content Management Systemen (z.b. TIC3 von GEWI), die bereits zur Datenaufbereitung für UKW und das Internet genutzt wurden speziellen Systemen wie die Radio-Daten-Zentrale des SWR Das CMS passt die Daten entsprechend den DAB-spezifischen Anforderungen an, z.b. Bildgrößenanpassung für Slideshows UECP RDS Radiotext UECP DAB Dynamic Label Datenübergabe an den NPAD/PAD-Eintaster erfolgt bei dateibasierten Inhalten zumeist per FTP oder über ein SOAP-basiertes API bei hochdynamischen Informationen (wie z.b. TPEG) als IP-Stream Dynamische Service-Informationen wie TA, PTy und Dynamic Label(+) werden per UECP an den Ensemble Multiplexer übertragen UECP hat sich in vielen Funkhäusern für die Übertragung von RDS-Informationen seit Jahren als Standard etabliert Datenservices und Service-Informationen 17

18 Herzstück des DAB-Headends ist der Ensemble Multiplexer Bislang war ausschließlich die Media Broadcast Ensemble Provider Nach Neustart übernahmen alle ARD-Anstalten diese Rolle selbst Gleichzeitig Service- und Ensemble Provider zu sein, ermöglicht Höhere Flexibilität Bessere Audioqualität da auf die Zuführung über eventuell weiteren Codec verzichtet werden kann die Audiodatenraten und Modi sinnvoller abgestimmt sind, als im Deutschland Ensemble Zentrale Sammelstelle für Audio-Services (DAB, DAB+, DAB+ Surround) Daten-Services (PAD, NPAD) Service-Informationen Zentrale Konfiguration für alle Services Speziell für Audio-Encoder existieren Konfigurationsprotokolle Ensemble Multiplexer 18

19 Digitalradio erfordert ein synchrones Gleichwellennetz Notwendige Synchronität wird durch hochgenaue GPS-Taktung erreicht Je nach System sind folgende Takte erforderlich 1pps (1 Hz) MHz 10-MHz Absolute Zeit wird von NTP-Servern gewonnen Taktung 19

20 Ein komplexes aus mehreren Einzelkomponenten bestehendes System erfordert eine geeignete Überwachung Zentrale Überwachungskomponente ist der ETI (EDI) Decoder für die Überwachung der ETI/EDI-Signalqualität aller Audioservices aller PAD-Kanäle aller NPAD-Dienste aller Verkehrsfunkdurchsagen der Service Organisation Einbindung in ein Netzwerkmanagement-System über SNMP Überwachung 20

21 Redundanz 21

22 SWITCH SWITCH MHz 1 PPS MHz 1 PPS Audio RBB1 Audio RBB2 DAB+ Encoder EDI ARD CN RBB DAB+ Encoder Audio MB1A Audio MB1B DAB+ Encoder DAB+ Encoder MUXENC Media Broadcast FhG Mux Kanal 11C Audio 1A Audio na DAB Encoder GPS Clock GPS Antenne GPS DAB+ Encoder PAD Server Audio 5.1 FTP UECP Streaming DAB+ Surround PAD/NPAD/SI Datenquellen EDI Ensemble Multiplexer ETI EDI/ETI Switch ETI ETI ETI Decoder Konfiguration & Steuerung Network Management (SNMP) ETI (A) Zu den Senderstandorten ETI (B) Audio 1B DAB Encoder ETI GPS EDI/ETI Switch ETI ETI Decoder Audio nb DAB+ Encoder Ensemble Multiplexer ETI

23 Die zum Einsatz kommende Redundanz ist als Master/Slave Redundanz ausgeführt Das System arbeitet monostabil, schaltet also immer wieder auf das Master- System zurück, falls der Fehler behoben ist Das Verfahren wird sowohl beim Multiplexer als auch bei den Encodern eingesetzt Vorteil: Im fehlerfreien Zustand sind nur die Master-Systeme aktiv Nachteil: Zusätzlicher Schaltvorgang, der nicht zwingend notwendig wäre Durch Kopplung des Master & Slave Systems via IP entsteht ein hochredundantes System bei dem ein Fehler gleichzeitig im Haupt- als auch Ersatzweg auftreten darf, ohne, dass eine Störung am Ausgang auftritt Einschränkung: Bei beiden Wegen dürfen nicht die identischen Komponenten betroffen sein Redundanz 23

24 Als Kernkomponente führt ein Ausfall des Ensemble Multiplexers zum Ausfall des gesamten DAB-Multiplex mit allen Programmen Die Multiplexer-Hardware sind serverbasierte PC-Plattformen, die wie jeder andere Server gewartet werden müssen Software-Updates notwendig durch Softwarefehler oder neuen Funktionen verursachen einen Ausfall von mehreren Minuten Daher ist eine aktive (oder zumindest eine passive) Redundanz für einen Regelbetrieb sehr empfehlenswert Multiplexer-Redundanz (1) 24

25 Bei aktiver Redundanz arbeiten beide Multiplexer parallel Alle Audio-Encoder senden per Multicast (alternativ auch per Simulcast) die codierten Audiodaten an beide Multiplexer Alle Rohdaten wie PAD, NPAD und Service-Informationen sind beiden Multiplexern zuzuführen Die Entscheidung welcher Multiplexer tatsächlich On Air geht übernimmt ein ETI (oder auch EDI)-Umschalter Einfache Umschalter erlauben keine störungsfreie Umschaltung Intelligente Umschalter hingegen sorgen für einen kontinuierlichen Zeitstempel und sind zusätzlich in der Lage, die ETI/EDI-Eingangssignale detaillierter auszuwerten und gegebenenfalls zu korrigieren Erfolgt die Zuführung über zwei Wege zum Senderstandort, sind zwei Umschalter im Link-Modus erforderlich, die synchron und rahmengenau schalten Multiplexer-Redundanz (2) 25

26 Sollen auch die Audio-Encoder redundant verfügbar sein, sind diese entsprechend zu doppeln (N+N Redundanz) Alternativen wie N+1 oder N+M Redundanzen erfordern eine zusätzliche Audiokreuzschiene, die vom Multiplexer aus gesteuert werden kann Bei allen Verfahren ist zu beachten, dass die PAD immer nur dem aktiven Encoder zugeführt werden dürfen Die eigentliche Umschaltung auf den fehlerfreien Encoder übernimmt der Ensemble Multiplexer, der alle Programme überwacht Dieser übernimmt auch die entsprechende Zuweisung des PAD-Kanals zum aktiven Encoder Audio-Encoder Redundanz 26

27 Schnittstellen, Protokolle, Standards 27

28 Größter Vorteil der neuen gegenüber der alten Technik ist die Verwendung einer einzigen Schnittstelle für die Zuführung aller Daten Alle Systeme verfügen über eine IP-Schnittstelle, wodurch der Verkabelungsaufwand dramatisch reduziert wird Eine Redundanz ist für die eingangsseitige Zuführung dank Multicast und Simulcast IP-Übertragung ohne zusätzliche Umschalter möglich IP-Daten lassen sich über beliebige Entfernungen unproblematisch übertragen Lediglich für den Ausgang des Ensemble Multiplexer wird in aller Regel noch das ETI-Signal basierend auf dem G.703/2-Mbit-Standard verwendet. Aber auch hierfür existiert bereits der neue Standard EDI Schnittstellen, Protokolle, Standards 28

29 Das proprietäre Protokoll wird bei lokalen Netzwerken genutzt, wenn Ensemble Multiplexer und Audio-Encoder dicht beieinander stehen DAB+ Programme werden im STI-D Format übertragen, bei DAB wird hingegen auf dem STI-Standard verzichtet Die Steuerung zwischen beiden Systemen ermöglicht eine dynamische Rekonfiguration in Bezug auf Bitrate, Modus und Abtastfrequenz die Übertragung von PAD zum Audio-Encoder die Umschaltung auf einen redundanten Encoder AVT/VDL-Protokoll 29

30 Werden Audio-Encoder und Ensemble Multiplexer räumlich voneinander getrennt betrieben und erfolgt die Übertragung der IP- Pakete über ein WAN oder gar das Internet, kann das EDI-Protokoll genutzt werden Fragmentierung großer IP-Pakete Reed-Solomon-Fehlerschutz in verschiedenen Stufen Paketwiederholung auf Anforderung Praktikabel sind nur jedoch nur Fragmentierung und bei Bedarf Fehlerstufe 1, da die Datenrate ansonsten zu stark ansteigt Eine Paketwiederholung wird aufgrund der zusätzlichen Latenz nicht verwendet Da im EDI-Standard kein Steuerprotokoll zwischen Multiplexer und Datenquelle definiert ist, erfolgt die Steuerung zwischen Multiplexer und Encoder mit dem AVT/VDL-Protokoll EDI-Standard (1) 30

31 EDI als Standard wird von vielen Systemen unterstützt Der Test Surround Sound Encoder der FhG ist hierüber mit dem VDL- Multiplexer verbunden Einige ARD-Anstalten übertragen DAB+ Programme per EDI über das Corporate Network der ARD an den RBB Diese werden zunächst (noch) über einen Multiplexer der Firma DIGIDIA zusammengefasst und dann über STI-D via G.703-Schnittstelle an den VDL-Multiplexer übertragen Grundsätzlich erlaubt der EDI-Standard das Einbetten aller DABtypischen Formate wie STI und ETI. Entsprechend kann EDI auch ausgangsseitig zum Transport des ETI-Signals verwendet werden EDI-Standard (2) 31

32 Sollen Programme an einen Fraunhofer Multiplexer übertragen werden, kann dies über EDI erfolgen Soll zusätzlich eine Steuerung der Audio-Encoder vom Multiplexer aus möglich sein, ist das MuxEnc-Protokoll der FhG erforderlich Dieses basiert auf DCP, der Transportschicht des EDI-Standards Somit werden Fragmentierung, Fehlerschutz und Paketwiederholung unterstützt Ähnlich wie das AVT/VDL-Protokoll ist hierüber eine Konfiguration der fernen Encoder, eine dynamische Rekonfiguration sowie das Übertragen von PAD zum Encoder hin möglich Optional bietet das Protokoll eine Überwachung des Audiosignals wie Clipping, Silence Detection und Pegelanzeige MuxEnc-Protokoll 32

33 Zusammenfassung und Ausblick 33

34 Mit dem Neustart des digitalen Radios wurde ein echter NEUANFANG realisiert Die technischen Möglichkeiten eines modernen DAB-Headends erlauben die Übertragung beliebiger Audio- und Datensignale, selbst Video (DMB) ist möglich Eine gleichwertige Übertragung über Internet-Radio ist bei Millionen von Radiohörern keine Alternative Digitalradio ist kein Radio mehr nur für Technikfreaks Digitalradio ist bekannt durch Werbung, Berichte und vielfältige Produkte Jetzt gilt es weitere Anreize zu schaffen mein persönlicher Favorit hierfür heißt: Surround Sound Zusammenfassung und Ausblick 34

35 Vielen Dank! 35

36 ETSI EN Digital Audio Broadcasting to mobile, portable and fixed receivers ETSI EN Ensemble Transport Interface (ETI) ETSI TS Encapsulation of DAB Interfaces (EDI) ETSI TS Digital Radio Mondiale (DRM); Distribution and Communications Protocol (DCP) ETSI EN Service Transport Interface (STI) Eureka Project 147 DAB System: Guidelines for Implementation and Operation, Vol. 1-3 UECP RDS Universal Encoder Communication Protocol, RDS Forum Technical Specification SPB 490 Version 7.05 ETSI TS V1.1.1 Digital Audio Broadcasting (DAB) - Dynamic Label Plus (DL Plus) - Application specification TPEG Binary CEN/ISO TS Series, adopted TPEGML CEN/ISO TS Series Adopted: Literatur 36