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Medienübertragung und -Speicherung Ruehlberg TH-Koeln

Medienübertragung und -Speicherung Ruehlberg TH-Koeln


P_ O_
Diese Lernkarten bieten einen umfassenden Überblick über technische Aspekte der Audiovisuellen Medienproduktion an der Universität. Sie decken Themen wie Formate, Übertragung, Fehlerkorrektur und Standards ab, wobei Formate wie MXF, AAF, UMID und verschiedene Audio- und Videoformate im Fokus stehen. Die Karteikarten sind besonders nützlich für Studierende und Fachleute, die sich mit digitalen Medien, Signalübertragung und Fehlerbehebung in der Audiovisuellen Medienproduktion befassen.
Karten
68
Lernende
1
Sprache
Deutsch
Kategorie
Technik
Stufe
Universität
Erstellt / Aktualisiert
12.02.2017 / 12.02.2017

Lernkarten

Erläutern Sie das Prinzip der Audio/Video-Synchronisation bei einem MPEG2 Transportstrom.

Gesamtsystem muss konstante Laufzeit haben, bei (de-)kodierung treten variable Laufzeiten auf.

 

Fuer fluessigen Ablauf der Daten sowie Synmchronitaet von Audio und Video ist eine Synchronisierung am Empfaenger notwendig.

- Demultiplexer trennt benoetigte A+V Pakete  anhand der PID auf

- Zusaetzlich Pakete mit PCR (Programm Clock Reference) abgetrennt

- mindestens alle 0,1 Sekunden wird eine STC (System Time Clock) mit PCR Datren abgeglichen um  stabilen 27Mhz Dekodertakt zu garantieren.

Beschreiben Sie die Kanaleigenschaften eines (geostationären) Satellits.

geostationäres Orbit, 35.786 km
Satellit folgt exakt der Erddrehung
keine nachführbaren Empfangsantennen erforderlich

Zeichnen Sie ein Blockschaltbild von einem Modulator mit dem ein 16 QAM Bitstrom erzeugt
werden kann und erläutern Sie dessen Funktion.

 

 

 

Zeichnen Sie das dazugehörige Konstellationsdiagramm eines 16QAM

Nennen Sie die spektrale Effizienz für

- QPSK

- 8PSK

- 16QAM.

- 64QAM

- 256QAM

Berechnen Sie theoretischnutzbare Datenrate bei einer Bandbreite von 33 Mhz

ε QPSK = 2 Bit/s/Hz

ε 8PSK = 3  Bit/s/Hz

EQam = ld (m)

-ε 16QAM = 4 Bit/s/Hz

-ε 64QAM = 6 Bit/s/Hz

-ε 256QAM = 8 Bit/s/Hz

 

Datenrate: 

H theor. = ε ּ B

Berechnen sie die nutzbare Datenrate H N für eine System mit einer 256QAM, einer
nutzbaren Bandbreite B N = 7,5 MHz und einer Coderate für den Fehlerschutz von
R1=0,92. Welche nutzbare spektrale Effizienz ergibt sich dabei ?

Erläutern Sie die Bedeutung/Funktion des Unique Material Identifier (UMID) und
beschreiben Sie den Aufbau.

Die Unique Material Identifier (UMID) ist ein Standard zum Generieren eindeutiger Kennzeichnungen (IDs) von multimedialen Dateien und Datenströmen.

- Basic UMID (32 Byte): ist nur zur eindeutigen Kennzeichnung bestimmt.

- Extended UMID (64 Byte): enthält zusätzlich Daten zum Standort, der Uhrzeit und des Erstellers.

Erklären sie das Konzept des Fehlerschutzes bei der Übertragung von TV-Signalen,
nach dem DVB-Standard anhand eines Blockschaltbildes?

Wie Funktioniert ein Interleaver und wozu dient er ?

Was sind Bit-Fehler und was sind Burst-Fehler?

Bitfehler :
Bit-Fehler sind einzeln auftretende Fehler in einem Bitstrom, Entstehung z.B. durch
Rauschen.

 

Burst-Fehler (Bündel-Fehler):
Ein n-Bit Burst-Fehler ist definiert, durch ein Block der Menge n Bit, von dem mindestens das Erste und das Letzte Bit falsch sind. Einzelne Bits innerhalb des Blocks, müssen nicht falsch sein. Entstehen z.B. durch Fadingeinbrücher oder Kratzer auf  Speichermedien(CD,DVD, etc.)

Erläutern sie Kurz die Eigenschaften, des Übertragungskanals
(Sattelit, Kabel,Terrestrich)

Erläutern sie die Unterschiede sowie die Vor und Nachteile einer TV-
Rundfunkverbreitung über Satellit und terrestrische Funknetzwerke.

a.) Erläutern sie welche Anforderungen an physikalische Schnittstellen
störungsfreie Übertragung von einem oder mehreren Signalen von der Quelle zur
Senke zu stellen sind?
b.) Durch welche Maßnahmen kann eine Störungsfrei Übertragung von einem oder
mehreren Signalen sicher gestellt werden?

a.) Welche grundsätzlichen Formate werden für die Darstellung von Graphik
verwendet? Erläutern sie Kurz die Unterschiede und nennen sie Beispiele.#
b.) Was versteht man unter einem Container Format?

Standarts fuer TV-Uebertragungauf System und + Multiplexebene 

- MPEG2-Systems

- DVB-SI (Service Info)

Funktion MPEG-2 System Multiplexer

Audio Video und Zusatzdatenin Packets zerteilt und mit Steuerinfos versehen:

PES (Packetized  Elemetary Stream)

Unterschiedliche PESs werden in kleinere Pakete zeriteilt und Gemultiplexed:

TS (Transport Stream) oder PS (Program Stream)

Programm multiplex vs Transport multiplex

MPEG 2 -Systems im ISO/OSI-Schichtenmodell

Synchronisierung zwischen Sender und Empfaenger 

► Im Demultiplexer werden die ankommenden Transport Stream Pakete
gleichzeitig dem Audio- und Videozweig zugeführt
► Eine erste Stufe trennt jeweils anhand der PID (Packet ID) nur die
jeweils benötigten Pakete für Video bzw. Audio des ausgewählten
Programms zur weiteren Decodierung ab.
► Neben den Audio- bzw. Videodaten werden auch die Pakete, die die
so genannte Program Clock Reference (PCR) enthalten, abgetrennt
► Mindeste alle 0,1 Sekunde wird eine System Time Clock (STC) mit
den PCR-Daten abgeglichen, so dass ein sehr stabiler 27 MHz
Decodertakt generiert werden kann.
► Alle zu einem Programm gehörigen Datenströme haben eine
gemeinsame Referenz (PCR).
► Sollen zwei oder mehr Programme gleichzeitig decodiert werden, so
sind entsprechend mehrere Zeitbasen (System Time Clocks) nötig

Synchronisdation Decodierung und  Wiedergabe in jedem Signalzweig (Video, Audio) 

 Auf der Ebene der PES sind daher zusätzliche Synchronierungsdaten
enthalten
► Decoding Time Stamps (DTS)
geben bezogen auf den Stand des 27 MHz-Zählers den Zeitpunkt an, zu
dem die Audio bzw. Videodaten in den Decoder eintreten müssen
► Presentation Time Stamps (PTS)
geben bezogen auf den Stand des 27 MHz-Zählers den Zeitpunkt an, zu
dem das entsprechende Bild bzw. die entsprechenden Audiodaten hörbar
gemacht werden müssen

Der MPEG 2–Systems Standard definiert 4 Tabellen als so genannte
Program Specific Information (PSI)

► Program Association Table (PAT)
enthält eine Liste aller Programme im Transport Multiplex und verweist auf
die Packet IDs (PIDs) der zugehörigen Program Map Tables.
► Program Map Table (PMT)
verweist auf die Packet IDs des betreffenden Programms und
insbesondere auf die mit der PCR. Enthält den Programmnamen und
weitere Informationen
► Conditional Access Table (CAT)
enthält so gen. Private Data für Conditional Access Systeme
► Network Infomation Table (NIT)
enthält Private Data, z.B. Orbit-Position, Transpondernummer etc.

Der DVB-SI Standard erweitert die PSI um zusätzliche Tabellen, die
direkt für den Nutzer gedacht sind:

► Bouquet Association Table (BAT)
enthält Informationen über das Bukett eines Programmanbieters (Name,
Liste der zugehörigen Services)
► Service Description Table (SDT)
beschreibt die angebotenen Programme/Services (Name, Service-
Provider, Typ des Services, Sprache, etc.)
► Event Information Table (EIT)
enthält Informationen ähnlich wie in Programmzeitschriften, Name des
Events, Startzeit und Dauer, Beschreibung des Events,
Inhaltsklassifizierung, Parental Rating.
► Time and Date Table (TDT)
aktuelles Datum und Zeit in UTC
► Time Offset Table (TOT)
Abweichung lokale Zeit / UTC
► Running Status Table (RST)
Status des aktuellen Events (running, not running, pausing...)

Warum digitale Uebertragung

► Aufwand wächst bei analoger Signalverarbeitung
expotentiell für größere Genauigkeit, bei digitaler SV linear
► Moore'sches Gesetz:
mikroelektronische Schaltkreise werden kleiner, schneller,
billiger bei geringerem Stromverbrauch
► Effektivere Nutzung der Ressource „Frequenzen“
► Audio-/ Videoqualität austauschbar mit Bandbreite
► Prinzip des Datencontainers

QEF digitale Uebertragung

► Durch die Quellencodierung und Datenreduktion sind die Signale nicht
mehr fehlertolerant und müssen quasi-fehlerfrei „QEF“ übertragen werden
QEF = Quasi Error Free:  Bitfehlerrate (Bit Error Rate, BER) < 1 x 10 -11

Anpassung der Kanalcodierung und Modulation an den
jeweiligen Übertragungsweg ist erforderlich!

Warum sind Digitale datenreduzierte (komprimierte) Signale   besonders
störanfällig?

 

Was kann dagegen getan werden?

Digitale datenreduzierte (komprimierte) Signale sind dabei besonders
störanfällig, weil
► durch die Quellencodierung bereits einer großer Teil der im Signal
vorhandenen Redundanz und Irrelevanz entzogen wurde
► durch einzelne Bitfehler komplette Makroblöcke gestört sein können
► Im Vergleich zu analog codierten und übertragenen Signalen ein abruptes
Zusammenbrechen der Übertragungsstrecke auftritt, wenn das Signal-
/Rauschverhältnis einen Schwellenwert unterschreitet
► Die Kanalcodierung ermöglicht durch gezieltes Zufügen von
Redundanz eine Fehlererkennung und Korrektur

Fehlerarten

Begriffe und Definitionen Ubertragung


► Bitfehlerrate (Bit Error Rate BER)

► Symbolfehlerrate (Symbol Error Rate SER)

► Automatic Repeat Request (ARQ)

► Forward Error Correction (FEC)
 


► Bitfehlerrate (Bit Error Rate BER)
bezeichnet die Häufigkeit der fehlerhaft empfangenen Bits im
Verhältnis zur Gesamtzahl der empfangenen Bits
► Symbolfehlerrate (Symbol Error Rate SER)
bezeichnet die Häufigkeit der fehlerhaft empfangenen Symbole
im Verhältnis zur Gesamtzahl der empfangenen Symbole
► Automatic Repeat Request (ARQ)
erkennt der Empfänger bei der Übertragung einen Fehler, so bittet er den Sender
um Wiederholung (nur bei bidirektionalen Kommunikations systemen möglich
für die meisten Rundfunkanwendungen nicht möglich
► Forward Error Correction (FEC)
ermöglicht dem Empfänger das Erkennen und Korrigieren von
Übertragungsfehlern

Diagramm Fehlerkorrektur in DVB-Systemen

Eigenschaften von Kabelnetzen

Eigenschaften des Satellitenkanals

QPSK - Modulation Schaltbild

Eigenschaften des terrestrischen Funkkanals

► Wesentlicher Unterschied zum Satellitenkanal und zum
Kabelkanal ist das Vorhandensein von Echostörungen
► Mehrwege-Empfang, das Signal erreicht den Empfänger auf
direktem Weg und über Reflexionen an Bergen, Gebäuden etc.
► Empfangsbedingungen können je nach Standort (Abstand zum
Sender, stationär/mobil), Antennenanlage (Dachantenne,
Stabantenne) stark variieren

Prinzip der hierarchischen Modulation Konstellationsdiagramm

Technische Anforderungen an Schnittstellen

► Störungsfreie Übertragung von einem oder mehreren Signalen
von der Quelle zur Sinke
► Vermeidung von Übersprechen (crosstalk) zwischen mehreren
Signalleitungen
► Vermeidung von störenden Einstrahlungen, die das/die Signal(e)
verfälschen
► Vermeidung von zu starker Signaldämpfung durch lange
Signalleitungen
► Vermeidung von Signalverfälschungen durch Reflexionen auf der
Signalleitung

Schirmung

Signaladern werden mit einem Aluminium- oder Kupferdrahtgeflecht
umgeben, das wie ein Faradayscher Käfig Einstreuungen durch
elektrische Felder fernhält. Dieser Schirm wird mit Erde verbunden.
Dadurch schützt er die Ader(n) vor Einstreuungen und verbindet zugleich
die Erdpotentialanschlüsse der Geräte

Symmetrische Signalübertragung

Das Signal wird parallel durch zwei Signaladern, einmal phasenrichtig
("Hot") und einmal phasenverkehrt ("Cold"), übertragen. An der
Empfangsseite wird nur die Potentialdifferenz, also der Spannungs-
differenz zwischen den Leitern, ausgewertet. Eine Störeinstrahlung wird
auf beiden Leitern phasengleich induziert und kommt somit kaum mehr
zum Tragen.

AES3 (AES/EBU)-Studio-Interface

► Standard-Schnittstelle im professionellen Bereich
► spezifiziert die serielle Übertragung digitaler Stereo-, Zweikanal- oder
Mono-Audio-Signale zwischen verschiedenen Geräten auf einem Kabel

 

► Das Übertragungsformat gliedert sich in Blöcke, Frames und Subframes
► Ein Block enthält 192 Frames und jeder Frame besteht aus 2 Subframes
(für Stereo links/rechts, oder Audiokanal 1/2)

Asynchrone serielle Übertragung

► Übertragung erfolgt zeichenweise, vor und nach jedem Zeichen
ist ein definiertes Start- bzw. Stoppbits eingefügt
► Die Geschwindigkeit/Datenrate muss festgelegt bzw. bekannt sein
► Es wird kein Taktsignal (Clock) übertragen
Vorteile/Nachteile
► Einfache Hardware, Overhead, für jedes Zeichen ein Start-/Stoppbit,
ungeeignet für hohe Datenraten

Synchrone serielle Übertragung

► Erfordert zusätzliche Takt (Clock-) Leitung, oder ein Codierverfahren,
das eine Taktrückgewinnung ermöglicht
► mit jedem Taktimpuls wird ein Datenwort übertragen
► Rahmensynchronisation durch Sync-Byte

SDI – Serielles Digitales Interface

Serielles digitales Interface für Audio- und Videodaten im Studio

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