ElektronischeMedien/ DigitalerRundfunk...Organisatorisches Schlagworte und Beispiele...
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TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 1 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
Elektronische Medien / Digitaler Rundfunk
http://tu-dresden.de/die_tu_dresden/fakultaeten/fakultaet_elektrotechnik_und_informationstechnik/ifn/tnt/lehre/vl/elmed
Medieninformatiker (Fakultät Informatik)
Kommunikationswissenschaftler
Studenten im Studium Generale
Interessenten ET, Maschinenwesen u.a.
Dr.-Ing. habil. H. Hiller / Prof. Dr.-Ing. habil. A. Finger
Institut für Nachrichtentechnik
Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik
TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 2 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
Gliederung
Organisatorisches Schlagworte und Beispiele Systemkomponenten Nachrichtenübertragungsmodell OSI-Schichtenmodell Frequenzbänder Themenüberblick
1. Einführung
2. Digitalisierung
3. Quellen und Datenkompression
4. Audiokompression
5. Bildkompression
6. Videokompression
7. Kanalcodierung
8. Modulation und Multiplex
9. Audio Broadcast
10. Video Broadcast I
11. Video Broadcast II
12. Multimedia Broadcast
13. IPTV
14. Messung von Einschaltquoten
• Organisatorisches
• Schlagworte und Beispiele
• Systemkomponenten
• Nachrichtenübertragungsmodell
• OSI-Schichtenmodell
• Frequenzbänder
• Themenüberblick, Überblick, Fragen und Literatur
TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 3 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
Organisatorisches
Ort und Zeit:
• Barkhausenbau BAR/205/H
• Montag, 4. Doppelstunde (13:00-14:30)
Termine:
• Vorlesungen 2014: Okt 13/20/27, Nov 3/10/17/24,
Dez 1/8/15
• Vorlesungen 2014: Jan 5/12/19/26
• Klausur: Feb 2, BAR/205/H; 4DS, ohne Hilfsmittel
Zielgruppen:
• Medieninformatiker
• Kommunikationswissenschaftler
• Studium generale
• u.a.
Studienhilfe:
• PDF-Foliensammlung
• Literaturhinweis am Ende eines jeden Themas
• Fragen zum Selbststudium und zur Prüfungsvorbereitung
Organisatorisches Schlagworte und Beispiele Systemkomponenten Nachrichtenübertragungsmodell OSI-Schichtenmodell Frequenzbänder Themenüberblick
• http://tu-dresden.de/die_tu_dresden/fakultaeten/fakultaet_elektrotechnik_und_informationstechnik/ifn/tnt/lehre/vl/elmed
Abschluss:
• Teilnahmebestätigung (Sitzschein):
- Prüfungsteilnahme nicht erforderlich
- Teilnahme an mindestens 12 der 14 DS
• Leistungsschein mit Note:
- Teilnahme schriftl. Prüfung (Note 4 u. besser)
• Nichtbestehen:
- bei ausreichender Teilnahme (12/14) kann auf Wunsch auch ein Sitzschein erteilt werden
• Im Zweifelsfall klärt der Student in Absprache mit dem für ihn zuständigen Prüfungsamt, ob für ihn eine Teilnahme-bescheinigung oder ein Leistungsnachweis mit Note ausreichend ist.
Ausgabe der Scheine und Nachweise:
- Leistungs- bzw. Sitzscheine können voraussichtlich spätestens ab 9.2.15 im IfN abgeholt werden.
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Bspl.-Begriffe
Organisatorisches Schlagworte und Beispiele Systemkomponenten Nachrichtenübertragungsmodell OSI-Schichtenmodell Frequenzbänder Themenüberblick
Abtast-
theorem
QAM
ADPCMAudio-
codierung
BCH-Code
Bewegungs-
schätzung
CELP
CRC
DAB
DCT
DVB
Entropie
Entropie-
codierung
Fax
Graphik-
kompression
H.261
Hamming
IrrelevanzJPEG
JPEG-2000
Lauflängen-
codierung
MP3
MPEG
MPEG-2
MPEG-4
OFDM
parametrische
Codierung
PCM
Perceptual
Coding
Prädiktion
PSK
Quantisierung
Quellen-
codierungRealAudio
Redundanz
Settop-
Box
Shannon
Signalform-
codierung
Sprach-
codierung Sprechen
Hören
Sehen
RGB
YUV
Streaming
verlustfrei verlustbehaftet
Video-
kompression
Zip
ADR
DRM
AAC
ARIB
WorldSpace
Sirius
XM
IBOC
FM
AM
TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 5 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
Entwicklung der Systeme
Die digitale Verarbeitung von Informationen in der Rechentechnik hatte bereits seit Jahrzehnten Einzug gehalten.
Die digitale Verarbeitung und Übertragung von Informationen in der Rundfunktechnik begann erst in den 80-er Jahre.
DRM
DVB-T
1990 2000 2010
DSR
ADR
DMB
DVB-H
DRM-120
DVB-C
DVB-S
Fernsehen
Radio
Multimedia
=
Audio
+ Video
+ Daten
HDTV
DMB
Internet
Radio
IP
TV
DAB
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TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 6 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
DVB: Übersicht Technische Grundlagen
Organisatorisches Schlagworte und Beispiele Systemkomponenten Nachrichtenübertragungsmodell OSI-Schichtenmodell Frequenzbänder Themenüberblick
Analog/Digital Wandlung
– Abtastung– Codierung
Datenreduktion
– Redundanz– Irrelevanz
Verschlüsselung
– Zugangskontrolle– Bezahlung
Fehlerschutz
– Redundanz hinzu– Verwürfelung
Modulation
– Satellitempfang– Kabelnetz– terr. Empfang
Multiplexer
– Zusammenführung ccvon Datenströme
A/D
011001011000101110010100100101100100101011001101101010100101001011010101010101110100011010101100011100100100100101001001
011001011000101110010101100101100010111001010110010110001011100101
011001011000101110010100
MPEG 011001011000101110010100
A/D
011001011000101110010100100101100100101011001101101010100101001011010101010101110100011010101100011100100100100101001001
MPEG 011001011000101110010100
011001011000101110010101100101100010111001010110010110001011100101
ModFECRahmen
TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 7 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
Systemkomponenten
• Darstellung der Wandlung der Repräsentation der Nachricht
ADU DAUBinärwortex(t) x‘(t)
x(t) y(t)y = f(x) x = f -1(y) x(t)
• Darstellung der Beeinflussung des Signals durch ein nichtlineares Übertragungsglied
x(t) ●—○ X(j) Y(j) ○—● y(t)G(j)
• Darstellung der Beeinflussung des Spektrums des Signals durch ein lineares Übertragungsglied
FT, DFT, FFT FT-1, DFT -1, FFT -1
Organisatorisches Schlagworte und Beispiele Systemkomponenten Nachrichtenübertragungsmodell OSI-Schichtenmodell Frequenzbänder Themenüberblick
TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 8 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
Systemkomponenten
Coder DecoderNachrichtensymbole Codeworte Nachrichtensymbole
• Zuordnung von Codeworten zu Nachrichtensymbolen (Codeworten zu Codeworten) und umgekehrt durch einen Coder/Decoder
Organisatorisches Schlagworte und Beispiele Systemkomponenten Nachrichtenübertragungsmodell OSI-Schichtenmodell Frequenzbänder Themenüberblick
Sender EmpfängerNachrichtensymbole ... Empf.signal Nachrichtensymbole
• Rekonstruktion der im Sender benutzten Generatortakte durch Nutzung der im Empfangssignal vorhandenen Taktinformation zur Synchronisation des Generators auf der Empfängerseite
• zeitlicher (verzögerter) Gleichlauf von Sende- und Empfangsvorgang
Generator
Takte
synchronisierterGenerator
regenerierte Takte
TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 9 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
Fourierreihe: Rechteckfunktion aus Sinusschwingungen
...
9
9sin
7
7sin
5
5sin
3
3sinsin
4)(
xxxxxxy
1
-1
3
3sin4 x
5
5sin4 x
7
7sin4 x
9
9sin4 x
9
9sin
7
7sin
5
5sin
3
3sinsin
4)(
xxxxxty
5
5sin
3
3sinsin
4)(
xxxty
3
3sinsin
4)(
xxty
xty sin4
)(
xsin4
• Die rechteckförmige Funktion y(x) kann als Fourierreiheunendlich vieler sinusförmiger Schwingungen zunehmender Frequenz und abnehmender Amplitude dargestellt werden (von allen Schwingungen wurde immer nur eine Periode dargestellt !).
• Abhängig davon, wie viele Terme der Funktion y(x) in der Darstellung Berücksichtigung finden, wird die Rechteckfunktion beliebig genau beschrieben.
Organisatorisches Schlagworte und Beispiele Systemkomponenten Nachrichtenübertragungsmodell OSI-Schichtenmodell Frequenzbänder Themenüberblick
TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 10 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
Spektrale Darstellung: Rechteckfunktion, Zeitbereich, Frequenzbereich
...
9
9sin
7
7sin
5
5sin
3
3sinsin
4)()( 0000
000
tttttUxyUts
tx o
Frequenz Periode Amplitude
0 0 4 U0/
0 0 4U0/3
5 0 0 4U0/5
7 0 0 4U0/7
9 0 0 4U0/9
Abszisse: Zeit tOrdinate: Amplitude
0
00 22T
tfttx
s(t)
t
T0
Darstellung im Zeitbereich
0 0 0 0 0
Amplitudedichtespektrum ()
Darstellung im Frequenzbereich
Zeichen: Veranda
• Ein Signal kann in seine Frequenzkomponenten zerlegt werden (Frequenzspektrum).
• Signale können durch Frequenzen und deren Amplituden repräsentiert werden.
• Das Spektrum X(f) eines allg. Signals x(t) wird aus der Fouriertransformation X(f) = -∞∫
∞x(t)·e-j 2 f t dt erhalten.
Schematisch: X(f) ●—○ x(t)
• Das Spektrum K(f) eines zufälligen Signals z(t) wird aus der Fouriertransformation K(f) = -∞∫
∞k()·e-j 2 f dt erhalten.
• Die Autokorrelationsfunktion k() wird aus z(t) durch k() = (1/2T) · -T∫
Tz(t)·z(t- dt erhalten.
Schematisch: AKF{z(t)} = k( und K(f) ●—○ k(t)
Organisatorisches Schlagworte und Beispiele Systemkomponenten Nachrichtenübertragungsmodell OSI-Schichtenmodell Frequenzbänder Themenüberblick
TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 11 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
Spektrale Darstellung: Signalfilterung, G(j) → idealer Tiefpass
Organisatorisches Schlagworte und Beispiele Systemkomponenten Nachrichtenübertragungsmodell OSI-Schichtenmodell Frequenzbänder Themenüberblick
sE(t)
t
T0
0 0 0 0 0
AmplitudendichtespektrumE ()
0 0 0 0 0
AmplitudendichtespektrumA ()
Idealer Tiefpass
G = 6O
1
Tiefpass ()
0
Darstellung im Frequenzbereich
• Ein Signal kann in seine Frequenzkomponenten zerlegt werden (Frequenzspektrum).
• Signale können durch Frequenzen und deren Amplituden repräsentiert werden.
• Z. B. idealer Tiefpass der Grenzfrequenz G = 6O:
Durchlassbereich: alle Amplituden bis zur Frequenz 6O passieren den Tiefpass
Sperrbereich: alle Frequenzen darüber werden unterdrückt
Das Ausgangssignal des Tiefpasses ist ein bandbegrenztes Signal und besitzt oberhalb der Grenzfrequenz fG keine Spektralanteile
sA(t)
t
TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 12 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
Spektrale Darstellung: Signalfilterung, G(jw) → idealer TP, HP, BP, BS
Organisatorisches Schlagworte und Beispiele Systemkomponenten Nachrichtenübertragungsmodell OSI-Schichtenmodell Frequenzbänder Themenüberblick
Ohne Berücksichtigung der Phasendrehung Ausgang – Eingang zwischen Ausgangs- und Eingangssignal!
Eingang
Ausgang
U
U
1
Grenz
Tiefpass
Eingang
Ausgang
U
U
1
Grenz
Hochpass
Eingang
Ausgang
U
U
1
Grenz, unter Grenz, ober
Bandpass
Eingang
Ausgang
U
U
1
Grenz, unter Grenz, ober
Bandsperre
Ideales Filter EingangEingangEingang tsinUtU AusgangAusgangAusgang tsinUtU
Begriffe: Grenzfrequenz, untere und obere Grenzfrequenz, Mittenfrequenz, Bandbreite
TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 13 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
Modell einer Nachrichtenübertragung
Nachrichtenübertragung
• Transport von Nachrichten (Information + Redundanz) von einer Nachrichtenquelle zu einer Nachrichtensenke
• Transport von Nachrichten von einer Nachrichtenquelle zu mehreren Nachrichtensenken (z.B. via Luftschnittstelle)
• Nachrichten werden mit Hilfe von physikalischen Signalen bzw. elektromagnetischen Wellen übertragen
• Nachrichtenübertragung in „eine Richtung“
Organisatorisches Schlagworte und Beispiele Systemkomponenten Nachrichtenübertragungsmodell OSI-Schichtenmodell Frequenzbänder Themenüberblick
• Das Quellensignal XQ wird mit Hilfe des Senders an die Eigenschaften des Kanals angepasst.
• Das Sendesignal XS wird im Kanal durch verschiedene Störeinflüsse zum Empfangssignal XE.
• Im Empfänger wird die Kanalanpassung umgekehrt und das Senkensignal XS erhalten.
• Quellen- und Senkensignale XQ, XS können analog oder diskret strukturiert sein.
• Ebenso kann das Sendesignal XS analog oder diskret strukturiert sein.
Quelle Sender Empfänger SenkeKanal
XQ XS XS
Nachrichtenübertragungsmodell
XE
TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 14 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
Blockschaltung des drahtlosen digitalen Übertragungsmodells
Organisatorisches Schlagworte und Beispiele Systemkomponenten Nachrichtenübertragungsmodell OSI-Schichtenmodell Frequenzbänder Themenüberblick
digitale
Quelle
Daten-
KompressionKanalcoder
Modulator
Mu
ltip
lexe
r
PA
Quelle
Sender
Sender-Synchronisation
Quellinformation:
• Audiodaten
• Videodaten
• Servicedaten
Reduktion von:
• Irrelevanz
• Redundanz
Fehlerschutz:
• Scrambler / De~
• Interleaver / De~
• Coder / De~
Mehrfach-
Nutzung
des
Ü-Kanals
Signal von:
• TP- in BP-Lage
• BP- in TP-Lage
Power Amplifier:
• BP
• Leistung
digitale
Senke
Daten-De-kompression
Kanaldecoder
Demodulator LNA
De-
Mu
ltip
lexe
rSenke Empfänger
Empfänger-Synchronisation
Low Noise Amplifier:
• BP
• Signalverstärkung
Kanal
• Meteor. Einflüsse
• Mehrwege-Ü.
• Signaldämpfung
• Rauschen
• Fremdstörer u.a.m.
TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 15 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
Quellen und Senken
Organisatorisches Schlagworte und Beispiele Systemkomponenten Nachrichtenübertragungsmodell OSI-Schichtenmodell Frequenzbänder Zusammenfassung
Werte auf der Zeitachse des zugehörigen zeitabhängigen physikalischen Signals
Werte auf der Signalgrößenachse des zugehörigen zeitabhängigen physikalischen Signals
analog • kontinuierlich – zeitkontinuierlich
• einmalig
• kontinuierlich wertkontinuierlich
digital • zu äquidistanten Zeitpunkten zeitdiskret • endlicher Wertevorrat wertdiskret
Analoge Informationsquellen
• Hörbare Sprache bzw. Musik
• Analog aufgezeichnete Tonsignale
• Sichtbare Bildszenen u. bildhaftes Geschehen
• analog aufgezeichnete Einzel- und Bewegtbilder(analoges Kino, Analogphoto, Analogvideokamera, Analog-TV)
• Gemälde, Graphiken, Skizzen
• Meßsignal von Sensoren (Medizin, Seismographie, etc.)
Digitale Informationsquellen
• Schriftsprache (diskrete Zeichen)
• Notendarstellung eines Musikstückes (diskr. Zeichen)
• digital aufgezeichnete Tonsignale
• digital aufgezeichnete Einzel- und Bewegtbilder(digitales Kino, Digitalphoto, Digitalvideokamera, Digital-TV)
• digitalisierte Gemälde, Graphiken, Skizzen
• digitalisierte Sensorsignale
• Datenbanken, Dateisysteme, Electronic Mail, Client-Server-Rechnerkommunikation
Informations-
Quelle
Informations-
Senke
TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 16 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
Datenkompression und Dekompression
Redundanz und Relevanz einer Nachricht ? - Kann man Information quantifizieren?
Organisatorisches Schlagworte und Beispiele Systemkomponenten Nachrichtenübertragungsmodell OSI-Schichtenmodell Frequenzbänder Zusammenfassung
Nachricht redundantnicht
redundant
irrelevant
Quelle und Senke verwenden unterschiedliche Zeichenvorräte; die Senke „versteht“ die Quelle nicht
relevant
Nachricht ist vorhersagbar; die Senke erfährt nichts Neues
Information
Irrelevanz und Redundanz einer Nachricht
Daten-
Kompression
Daten-De-kompression
Informationsgehalt einer Nachricht
)x(P
1log)x(I
i
2i
Claude Shannon 1948
Nachrichtensymbole xi einer Quelle als Zufallsgrößen auffassen
Wahrscheinlichkeit P(xi) für ein Nachrichtensymbol der Quelle
Zusammenhang zwischen
– Informationsgehalt I(xi) und
– Wahrscheinlichkeit P(xi)
–
TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 17 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
Kanalcodierung und -decodierung
Organisatorisches Schlagworte und Beispiele Systemkomponenten Nachrichtenübertragungsmodell OSI-Schichtenmodell Frequenzbänder Zusammenfassung
Leitungscodierung für die Gestaltung der Datensignale im Basisband (TP- Bereich)
• gleichspannungsfreie Signale
• Möglichkeit der Taktrückgewinnung
• kompaktes Signalspektrum durch höherwertige Symbole
• Leitungscodes: RZ, NRZ, Bi-Phase, AMI, HDB3
• Pulsformung als Schutz gegen Kanalverzerrungen (Nyquistfilter, Augendiagramme)
Kanalcoder und Kanaldecoder zur Fehlererkennung / Fehlerkorrektur
• Energieverwischung (Scrambler und Descrambler)
• Bit/Byte-Verwürflung zur Auflösung von Bündelfehlern (Interleaver und Deinterleaver)
• gezieltes Hinzufügen von Redundanz zur Erkennung/Korrektur von Bit/Byte-Fehlern (verursacht durch Kanalstörungen)
Blockcodes: Parity, CRC, Reed-Solomon, BCH
Faltungscodes, Viterbi-Decoder
verkettete Codierung (z.B. Turbo-Codes)
Kanalcoder Kanaldecoder
TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 18 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
Multiplex und Demultiplex
• Mehrfachnutzung eines gemeinsamen Übertragungskanals (Medienmehrfachnutzung)
Datenstrom Nutzer 1
Übertragungskanal
Organisatorisches Schlagworte und Beispiele Systemkomponenten Nachrichtenübertragungsmodell OSI-Schichtenmodell Frequenzbänder Zusammenfassung
Mu
ltip
lexe
r
De-
Mu
ltip
lexe
r
Datenstrom Nutzer 2
Datenstrom Nutzer n
Datenstrom Nutzer 1‘
Datenstrom Nutzer 2‘
Datenstrom Nutzer n‘
Multiplexsysteme
• Frequenzmultiplex (Frequency Division Multiple Access)
• Zeitmultiplex (TimeDMA)
• Raummultiplex (SpaceDMA)
• Codemultiplex (CodeDMA, Spread-Spectrum)
TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 19 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
Modulation und Demodulation
Organisatorisches Schlagworte und Beispiele Systemkomponenten Nachrichtenübertragungsmodell OSI-Schichtenmodell Frequenzbänder ZusammenfassungModulator Demodulator
Modulation
• Aufprägung des Nutzsignals auf die Eigenschaft(en) eines Trägersignals
• Umsetzung vom Basisband (TP) in den Bandpassbereich (BP, Trägerlage)
Modulationsarten
• Amplitudenmodulation
• Frequenzmodulation
• Phasenmodulation
Trägernutzung
• Einträgermodulation (Single Carrier Modulation)
• Hilfsträgermodulation, Unterträgermodulation
• Mehrträgermodulation (Multi Carrier Modulation)
Trägerfrequenznutzung
• Einfrequenz-Netzwerk (Single Frequency Network)
• Multifrequenz-Netzwerk (Multi Frequency Network)
TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 20 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
Kanal und Übertragungsmedium
drahtlose Kommunikation
• terrestrischer Rundfunk (Radio, TV)
• Richtfunk
• Mobilfunk
• Satellitenfunk
Die Wahl des Übertragungsmediums hängt von den Eigenschaften des Übertragungskanals ab, z.B.:
• verfügbarer Frequenzbereich oder Signalbandbreite
• Anzahl gleichzeitiger Nutzer
• zu realisierender Diensteusw.
leitungsgebundene Kommunikation
• Kupferdraht: z.B. Telefonkabel („Twisted Pair“)
• Koaxialkabel: z.B. Kabelfernsehen
• Hohlleiter: z.B. Antennenspeisung (GHz-Bereich)
• Energieleitungen: z.B. „Power-Line“
• Lichtwellenleiter: z.B. Überseekabel (Glasfaser)
Anwendung
• Indoor: Versorgung aller Räume eines Bürogebäudes, z.B. mit WLAN (wireless local area network) .
• Outdoor: Zellularen Mobilfunknetze, z.B. GSM-900, DCS-1800 und auch UMTS.
Organisatorisches Schlagworte und Beispiele Systemkomponenten Nachrichtenübertragungsmodell OSI-Schichtenmodell Frequenzbänder Zusammenfassung
Kanal
TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 21 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
Kanaleigenschaften
Störungen des Sendesignals durch
• Rauschen (thermisch, meteorologisch, urban)
• Amplitudenschwankungen (fading durch Mehrwegeausbreitung)
• Signalverlust (Abschattung bei Bewegung)
• Interferenzen (eigene und fremde Dienste)
• Zeitdispersion (delay spread, infolge Mehrwegeausbreitung)
• Frequenzdispersion (doppler spread, infolge Bewegung zwischen Sender und Empfänger)
Organisatorisches Schlagworte und Beispiele Systemkomponenten Nachrichtenübertragungsmodell OSI-Schichtenmodell Frequenzbänder Zusammenfassung
Kanal
Empfangsanforderung
• Dachantenne
• portabel
• mobil
Bandbegrenzung
• Der verfügbare Kanal ist immer in der Bandbreite (Übertragungsgeschwindigkeit) begrenzt (s.a. BP).
Frequenz- bzw. Wellenlängenbereich
• LW … MW … KW … UKW … VHF … UHF … Millimeterwellen-Bereich … Infrarot … Licht
TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 22 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
Kanal und Datenkommunikation
Organisatorisches Schlagworte und Beispiele Systemkomponenten Nachrichtenübertragungsmodell OSI-Schichtenmodell Frequenzbänder Themenüberblick
Quelle
Senke
Sender
Empfänger
Empfänger
Sender
Senke
QuelleKanal
Telekommunikationsmodell
• Datenaustausch zwischen zwei Kommunikationsteilnehmern (erste Nachrichtenquelle/Senke, zweite
Nachrichtensenke/Quelle)
• Nachrichtenübertragung in „zwei Richtungen“
• von einer Nachrichtenquelle zu einer Vielzahl von Nachrichtensenken
• zwischen einer Quelle/Senke und einer Senke/Quelle
Teilnehmer
A
Kanal
Netzwerk 1
Kanal
Netzwerk
Teilnehmer
B
Kanal
Netzwerk 2
• Datenaustausch zwischen zwei Kommunikationsteilnehmern kann über die Kanäle mehrerer
Übertragungsnetzwerke erfolgen
• Die Kanäle der Übertragungsnetzwerke sind zumeist leitungsgebunden
• Die Zugriffspunkte können auch drahtlos sein
TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 23 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
Paketierung von Datenströmen
Daten Daten DDatenDaten DatenDaten
• Dateien bzw. Datenströme werden in kleinere Einheiten, sogenannte Pakete aufgeteilt.
• Jedes Paket erhält einen Header vorangestellt.
• Der Header enthält die Informationen, welche Pakete zur einer Datei oder einem Datenstrom gehören (sowie optional weitere spezifische Informationen).
• Daneben enthält der Header Informationen zur betreffenden Übertragungsschicht (nächste Folie).
Datei
H HH H
Datei
H H HDatenDaten Daten Daten Daten DDaten
Quelleninformation
Paketierung / Senden
Empfang
Organisatorisches Schlagworte und Beispiele Systemkomponenten Nachrichtenübertragungsmodell OSI-Schichtenmodell Frequenzbänder Themenüberblick
TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 24 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
OSI-Schichtenmodell – Pakete und Header
DatenB S V T K D A
DatenS V T K D A
DatenV T K D A
DatenT K D A
DatenK D A
DatenD A
DatenA
Sender Empfänger
Anwendung
Darstellung
Kommunikation
Transport
Vermittlung
Sicherung
Bitübertragung
Protokollschicht
• Empfangsseitig werden die Schichten umgekehrt durchlaufen, bis alle Header ausgewertet und beseitigt sind, s.d. nur die Daten übrig bleiben.
x Header der Schicht x
• Die Daten werden beim Sender in kleine Pakete aufgeteilt.
• Senden und Empfangen kann jeder Kommunikationspartner
• Jede Schicht hat ein eigenes Protokoll Kommunikation so, als würde in den Schichten direkt kommuniziert (<- - - - ->).
• Jede Schicht gibt beim Versenden die Daten zusammen mit eigener Protokollinformation (Header) an die darunterliegende Schicht weiter.
• Der Header enthält Informationen darüber, wer sendet, wer empfängt, welchen Weg nehmen die Informationen, wie werden sie verarbeitet u.s.w.
• Die einzelnen Pakete können mit Hilfe der Protokollinformationen wieder korrekt zusammengesetzt werden.
Daten Daten
Organisatorisches Schlagworte und Beispiele Systemkomponenten Nachrichtenübertragungsmodell OSI-Schichtenmodell Frequenzbänder Themenüberblick
DatenB S V T K D A
DatenS V T K D A
DatenV T K D A
DatenT K D A
DatenK D A
DatenD A
DatenA
Daten Daten
TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 25 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
OSI-Schichtenmodell (Open System Interconnection)
Anwendung
Darstellung
Kommunikation, Sitzung
Transport
Vermittlung
Sicherung
Bitübertragung
presentation layer
session layer
transport layer
network layer
data link layer
physical layer
application layerAnwendungsprotokoll
Darstellungsprotokoll
Kommunikations-
steuerungssprotokoll
Transportprotokoll
Vermittlungsprotokoll
Sicherungsprotokoll
Bitübertragungsprotokoll
• Weiterleitung des Datenpakets über mehrere Zwischenstationen zum Empfänger, weil:
• Protokolle der B- und S-Schicht sind nur mit der Datenübertragung zwischen zwei direkt benachbarten Systemen beschäftigt.
• Sog. Ende-zu-Ende-Verbindung: zwei Systeme können auch über mehrere Zwischenstationen so miteinander kommunizieren, als wären sie direkt verbunden.
• Hierfür: Aufbau einen virtuellen Verbindung zwischen den zwei Systemen. Diese Verbindung wird als Sitzung bezeichnet. Darüber liegende Protokolle können nun mit einem kontinuierlichen Datenstrom arbeiten.
• Meist laufen auf einem System mehrere Dienste parallel. Die Protokolle dieser Ebene definieren virtuelle Kanäle, sog. Ports, so dass verschiedene Datenpakete den entsprechenden Protokollen der darüber liegenden Schicht zugeordnet werden können.
• Bei Bedarf bieten Protokolle dieser Schicht, ähnlich wie auf der S-Schicht, zusätzliche Flusskontrolle, Paketbestätigung und Fehlerüberprüfung.
• Die Protokolle dieser Schicht regeln die physikalische Übertragung zwischen zwei direkt benachbarten Systemen und spezifizieren die dafür notwendigen Medien (Kabel, Antennen, Stecker u.a.).
• Eindeutige Adresse zu jedem angeschlossenen System
• Empfangsbestätigung für erhaltene Pakete: Sicherung der Übertragung fehlerfreier Datenpakete
• Flusskontrolle: Verhinderung der Überflutung des Empfängers mit Datenpaketen (Steuerung der Übertragungsrate des Senders)
• Steuerung des Aufbaus, der Durchführung und des Beendens einer Sitzung.
• Bei Zusammenbruch einer Sitzung wird diese wieder aufgenommen.
• Vorbereitung der Daten für die Anwendung ( u. a. Ermöglichung eine einheitliche Codierung und Kompression)
• Auf die Protokolle dieser letzten Schicht setzen schließlich die Anwendungen auf.
• Die Protokolle sind auf den direkten Austausch mit der Anwendung spezialisiert und stellen ihr Funktionalitäten zur Verfügung.
• 1982 aus Arbeiten der ISO, ursprünglich Kommunikation zweier Computer, Kommunikation in 7 Schichten unterteilt, jede Schicht eine Aufgabe u. eigenes Protokoll
• Aufgaben der Protokolle dieser Schicht :
Organisatorisches Schlagworte und Beispiele Systemkomponenten Nachrichtenübertragungsmodell OSI-Schichtenmodell Frequenzbänder Themenüberblick
TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 26 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
Einteilung der Frequenzbänder
Organisatorisches Schlagworte und Beispiele Systemkomponenten Nachrichtenübertragungsmodell OSI-Schichtenmodell Frequenzbänder Themenüberblick
30Hz
300Hz
3kHz
30kHz
300kHz
3MHz
30MHz
300MHz
1GHz
2GHz
3GHz
4GHz
8GHz
12,5GHz
18GHz
26,5GHz
30GHz
40GHz
300GHz
3THz
400THz
1PHz
3PHz
3EHz
100EHz
>100EHz
ELFVF
VLFLF
MFHF
VHFUHF
L-BandS-Band
SHFC-Band
X-BandKU
KKa
EHFInfrarot
LichtUV
Röntgen-Strahlung
Gamma-Strahlung
HF = High Frequency
VHF = Very High Frequency
UHF = Ultra High Frequency
SHF = Super High Frequency
EHF = Extremely High Frequency
Quelle: Prof. Dr. H. Eul (Uni Hannover)
Tera (1012), Peta(1015), Exa(1018)
ELF = Extremely Low Frequency
VF = Voice Frequency
VLF = Very Low Frequency
LF = Low Frequency
MF = Medium Frequency
TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 27 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
Nutzung der Frequenzbänder
VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF
3kHz 30kHz 300kHz 3MHz 30MHz 300MHz 3GHz 30GHz 300GHz
Quellen:Prof. Dr. H. Eul (Uni Hannover)
www.bwspeakers.com; www.conrad.de; www.naturfoto-online.de; www.marklevinson.com; www.radarfalle.de
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Zusammenfassender Themenüberblick
• Abtastung, Abtasttheorem, Quantisierung
• Irrelevanz, Redundanz, Entropie, Shannon, Huffman, Lauflängen-, arithm. u. LZW-Codierung
• Hören, Maskierung/Verdeckung, verlustlose u. verlustbehaftet, MPEG, Sprachkompression
• Sehen, Farben, Quantisierung, JPEG
• MPEG, Hybride Videocodierung, MPEG-1, MPEG-2, H264
• Information, Kanal, Kanalkapazität, Block-, Faltungs- und verkettete Codierung, ARQ
• Analoge und digitale Modulation, Ein- und Mehrträgerverfahren, Multiplexverfahren
• Satellitenbasierte Systeme – DSR, ADR, WorldSpace, ARIB, XM, Sirius, S-DAB
• Terrestrische Systeme – analoger Hörfunk, T-DAB, IBOC
• Geschichte
• S/W- und Farb-TV, Videotext, Modulation
• Transportstrom, Fehlerschutz, Datenübertragung im DVB, DVB-S,C,T,H; ATSC; ISDB-T
• HDTV
• TCP/IP, Routing, Adressierung, Streaming
• DSL, Entwicklungsstand
• Systemkomponenten, Nachrichtenübertragungsmodell, OSI-Schichtenmodell, Frequenzbänder1. Einführung
2. Digitalisierung
3. Quellen und Datenkompression
4. Audiokompression
5. Bildkompression
6. Videokompression
7. Kanalcodierung
8. Modulation und Multiplex
9. Audio Broadcast
10. Video Broadcast - I
11. Video Broadcast - II
13. IP TV
12. Multimedia Broadcast • S- und T-Digital Multimedia Broadcast (Europa, Korea, China, u. a.)
• MediaFlow (USA)
14. Messung von Einschaltquoten
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• Ermittlung von TV-Einschaltquoten
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Fragen zum Selbststudium
1. Welche Systemkomponenten kann ein Übertragungssystem u.a. enthalten?
2. Verdeutlichen Sie sich die Zusammenhänge der Darstellung eines Signals im Zeitbereich und im Frequenzbereich am Beispiel eines Tiefpass-Filters mit Hilfe der Folien „Fourierreihe: ...“ und „Spektrale Darstellung“!
3. Welche elementaren Filterfunktionen finden in der Nachrichtentechnik Anwendung?
4. Beschreiben Sie das Nachrichtenübertragungsmodell und dessen Ausführung für eine drahtlose digitale Nachrichtenübertragung!
5. Warum sind zwischen den Teilen dieses Nachrichtenübertragungsmodell Anpassungen erforderlich?
6. Benennen Sie analoge und digitale Nachrichtenquellen sowie deren Unterschiede?
7. Welche Anteile besitzt die Nachricht einer Informationsquelle?
8. Welche Aufgabe erfüllen Quellencodierung, Kanalcodierung und Leitungscodierung bei einer Übertragung?
9. Durch welchen Teil des Übertragungssystems gelangt man vom Basisband in den Bandpassbereich und umgekehrt?
10. Welche Funktion hat ein Multiplexsystem?
11. Welche Übertragungskanäle unterscheidet man?
12. Welche Eigenschaften besitzt ein Übertragungskanal?
13. Durch welche Störungen können gesendete Informationen verzerrt werden?
14. Welcher Unterschied besteht zwischen Nachrichtenübertragungsmodell und Telekommunikationsmodell?
15. Was versteht man unter Paketierung? Wie wirkt sich die Paketierung auf die Übertragungsgeschwindigkeit aus?
16. Verdeutlichen Sie sich mit Hilfe der Folie „OSI-Schichtenmodell (Op... Sy... In...)“ die Abläufe in den verschiedenen Übertragungsschichten?
17. Verdeutlichen Sie sich mit Hilfe der Folien „Nutzung der Frequenzbänder“ die für den analogen und digitalen Hör- und Fernsehrundfunk genutzten Frequenzbereiche!
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Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
TU Dresden / IfN / Lehrstuhl TNT 30 Elektronische Medien/Digitaler Rundfunk / H. Hiller u. A. Finger
Literatur
• Dambacher, P: Digitale Technik für Hörfunk und Fernsehtechnik. R. v. Deckers Verlag, G. Schenk. Heidelberg 1995.
• Hunt, G.: TCP/IP Netzwerk-Administration. O´Reilly 1998.
• Proakis, J.G.; Salehi, M.: Grundlagen der Kommunikationstechnik. Pearson Studium 2004.
• Proakis, J.G.: Digital Communications. McGraw-Hill 1995.
• Ohm, J.-R.; Lüke, H. D.: Signalübertragung. Springer 2002.
• Read, R.: Nachrichten- und Informationstechnik. Pearson Studium 2004.
• -: Diverse www-Quellen entsprechend Fußnoten.
• -: Frequenznutzungsplan der REG TP 9kHz bis 250GHz
REG TP Regulierungsbehörde für Telekommunikation und Post (www.bundesnetzagentur.de)
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