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Digitale Fernseh- und Hörfunktechnik in Theorie und Praxis

MPEG-Basisbandcodierung, DVB-, DAB-, ATSC-, ISDB-T-Übertragungstechnik, Messtechnik

Autor	Walter Fischer
Verlag	Springer-Verlag
Erscheinungsjahr	2010
Seitenanzahl	852 Seiten
ISBN	9783642150470
Format	PDF
Kopierschutz	Wasserzeichen/DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	86,99 EUR

Der Autor behandelt praxisnah die wichtigsten digitalen TV-, Rundfunk- bzw. Multimedia-Standards. Darüber hinaus erläutert er in Grundlagenkapiteln u. a. die analoge Fernsehtechnik, digitale Modulation, COFDM oder mathematische Transformationsverfahren. Messtechnik und Messpraxis werden anhand zahlreicher Beispiele vertieft. Der Band ist eine deutlich erweiterte Neuauflage des Bandes 'Digitale Fernsehtechnik'. Die 3. Auflage wendet sich vor allem an Spezialisten aus der Praxis aber auch an Studierende der Nachrichtentechnik.

Walter Fischer, Dipl. Ing.(FH), geb. 2.6.1961 Studium der Elektrotechnik 1979-83, Diplomarbeit im Bereich TV-Messtechnik bei Prof. Mäusl, FH München. Seit 1985 bei Rohde&Schwarz München, dort bis 1999 im Bereich der Entwicklung TV-Messtechnik. Seit 1999 Trainer im Rohde&Schwarz Trainingszentrum München für den Bereich analoge und digitale TV-Technik. Zahlreiche Seminare im Bereich DVB weltweit (mehr als 3000 Seminarteilnehmer).

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Blick ins Buch

Inhaltsverzeichnis

Vorwort	5
Vorwort zur zweiten deutschen Auflage	7
Vorwort zur ersten deutschen Auflage	9
Geleitwort zur ersten deutschen Auflage	11
Inhaltsverzeichnis	12
1 Einleitung	24
2 Analoges Fernsehen	31
2.1 Abtastung einer Schwarz-Weiß-Bildvorlage	35
2.2 Horizontalund Vertikal-Synchronimpuls	36
2.3 Hinzunehmen der Farbinformation	38
2.4 Übertragungsverfahren	41
2.5 Verzerrungen und Störungen	43
2.6 Signale in der Vertikalaustastlücke	45
2.7 Messungen an analogen Videosignalen	49
3 Der MPEG-2-Datenstrom	56
3.1 Der Packetized Elementary Stream (PES)	59
3.2 Das MPEG-2-Transportstrompaket	63
3.3 Informationen für den Empfänger	67
3.3.1 Synchronisierung auf den Transportstrom	68
3.3.2 Auslesen der aktuellen Programmstruktur	69
3.3.3 Der Zugriff auf ein Programm	71
3.3.4 Zugriff auf verschlüsselte Programme	72
3.3.5 Programmsynchronisation (PCR, DTS, PTS)	74
3.3.6 Zusatz-Informationen im Transportstrom (PSI / SI / PSIP)	77
3.3.7 Nicht-private und private Sections und Tabellen	77
3.3.8 Die Service Information gemäß DVB (SI)	87
3.4 PSIP gemäß ATSC	101
3.5 ARIB-Tabellen gemäss ISDB-T	103
3.6 DMB-T (China) Tabellen	105
3.7 Weitere wichtige Details des MPEG-2 Transportstromes	105
3.7.1 Die Transport Priority	106
3.7.2 Die Transport Scrambling Control Bits	106
3.7.3 Die Adaptation Field Control Bits	107
3.7.4 Der Continuity Counter	107
4 Digitales Videosignal gemäß ITU-BT.R601 (CCIR601)	108
5 High Definition Television – HDTV	113
6 Transformationen vom Zeitbereich in den Frequenzbereich und zurück	118
6.1 Die Fouriertransformation	119
6.2 Die Diskrete Fouriertransformation (DFT)	122
6.3 Die Fast Fouriertransformation (FFT)	124
6.4 Praktische Realisierung und Anwendung der DFT und FFT	125
6.5 Die Diskrete Cosinustransformation (DCT)	126
6.6 Signale im Zeitbereich und deren Transformierte im Frequenzbereich	129
6.7 Systemfehler der DFT bzw. FFT und deren Vermeidung	132
6.8 Fensterfunktionen	135
7 Videocodierung gemäß MPEG-2 und MPEG-4	137
7.1 Videokomprimierung	137
7.1.1 Zurücknahme der der Quantisierung von 10 auf 8 Bit	141
7.1.2 Weglassen der Hund V-Lücke	141
7.1.3 Reduktion der Farbauflösung auch in vertikaler Richtung (4:2:0)	143
7.1.4 Weitere Schritte zur Datenreduktion	143
7.1.5 Differenz-Plus-Code-Modulation von Bewegtbildern	144
7.1.6 Diskrete Cosinustransformation mit nachfolgender Quantisierung	150
7.1.7 Zig-Zag-Scan und Lauflängencodierung von NullSequenzen	157
7.1.8 Huffmann-Codierung	158
7.2 Zusammenfassung	158
7.3 Aufbau des Videoelementarstroms	161
7.4 Modernere Videokomprimierungsverfahren	164
7.5 MPEG-4 Advanced Video Coding	164
8 Komprimierung von Audiosignalen gemäß MPEG und Dolby Digital	174
8.1 Das digitale Audioquellensignal	174
8.2 Geschichte der Audiokomprimierung	176
8.3 Das psychoakustische Modell des menschlichen Ohres	177
8.4 Grundprinzip der Audiocodierung	182
8.5 Teilbandcodierung bei MPEG Layer I, II	185
8.6 Transformationscodierung bei MPEG Layer III und Dolby Digital	187
8.7 Mehrkanalton	189
8.8 Neue Entwicklungen – MPEG-4	189
9 Videotext, Untertitel und VPS gemäß DVB	192
9.1 Videotext und Untertitel	193
9.2 Video Program System (VPS)	196
9.3 WSS – Wide Screen Signalling	200
9.4 Praktische Beispiele	201
10 Digitale Videostandards und Schnittstellen im Vergleich	203
10.1 MPEG-1 und MPEG-2, Video-CD und DVD, M-JPEG und MiniDV	203
10.2 MPEG-3, MPEG-4, MPEG-7 und MPEG-21	206
10.3 Physikalische Schnittstellen für digitale Videosignale	210
10.3.1 "CCIR601" Parallel und Seriell	211
10.3.2 Synchrone, parallele Transportstromschnittstelle (TS PARALLEL)	212
10.3.3 Asynchrone serielle Transportstromschnittstelle (TS-ASI)	215
10.3.4 SMPTE310-Schnittstelle	215
10.3.5 DVI-Schnittstelle	215
10.3.6 HDMI-Schnittstelle	217
10.3.7 HD-SDI-Schnittstelle	217
10.3.8 Gigabit-Ethernet-Schnittstelle als Transportstromverteiler	217
11 Messungen am MPEG-2-Transportstrom	218
11.1 Verlust der Synchronisation (TS-Sync-Loss)	219
11.2 Fehlerhafte Sync-Bytes (Sync_Byte_Error)	221
11.3 Fehlende oder fehlerhafte Program Association Table (PAT) (PAT_Error)	221
11.4 Fehlende oder fehlerhafte Program Map Table (PMT) (PMT_Error)	222
11.5 Der PID_Error	223
11.6 Der Continuity_Count_Error	224
11.7 Der Transport_Error	226
11.8 Der Cyclic Redundancy Check-Fehler	226
11.9 Fehler der Program Clock Reference (PCR_Error, PCR_accuracy)	227
11.10 Der Presentation Time Stamp Fehler (PTS_Error)	229
11.11 Fehlende oder fehlerhafte Conditional Access Table (CAT_Error)	230
11.12 Fehlerhafte Wiederholrate der Service Informationen (SI_Repetition_Error)	231
11.13 Überwachung der Tabellen NIT, SDT, EIT, RST und TDT/TOT	232
11.14 Nicht referenzierte PID (unreferenced_PID)	233
11.15 Fehler bei der Übertragung zusätzlicher Service Informationen SI_other_Error	233
11.16 Fehlerhafte Tabellen NIT_other, SDT_other_Error, EIT_other_Error)	234
11.17 Überwachung eines ATSC-konformen MPEG-2Transportstroms	234
12 Bildqualitätsanalyse an digitalen TV-Signalen	236
12.1 Methoden zur Bildqualitätsmessung	238
12.1.1 Subjektive Bildqualitätsanalyse	239
12.1.2 Double Stimulus Continual Quality Scale Method DSCQS	240
12.1.3 Single Stimulus Continual Quality Scale Method SSCQE	240
12.2 Objektive Bildqualitätsanalyse	240
12.3 Zusammenfassung und Ausblick	246
13 Grundlagen der Digitalen Modulation	248
13.1 Einführung	248
13.2 Mischer	250
13.3 Amplitudenmodulation	252
13.4 IQ-Modulator	254
13.5 Der IQ-Demodulator	262
13.6 Anwendung der Hilbert-Transformation bei der IQ-Modulation	267
13.7 Praktische Anwendungen der Hilbert-Transformation	270
13.8 Kanalcodierung/Fehlerschutz	271
13.9 Analoge Modulationsverfahren im Vergleich	276
13.9.1 Amplitudenmodulation	277
13.9.2 Varianten der Amplitudenmodulation	280
13.9.3 Frequenzmodulation	281
13.9.4 Phasenmodulation	285
13.10 Bandbegrenzung modulierter Trägersignale	286
13.11 Zusammenfassung	289
14 Übertragung von digitalen Fernsehsignalen über Satellit DVB – S/S2	290
14.1 Die DVB-S-Systemparameter	293
14.2 Der DVB-S-Modulator	296
14.3 Faltungscodierung	300
14.4 Signalverarbeitung im Satelliten	306
14.5 Der DVB-S-Empfänger	307
14.6 Einflüsse auf der Satellitenübertragungsstrecke	311
14.7 DVB-S2	314
15 DVB-S/S2 Messtechnik	323
15.1 Einführung	323
15.2 Messung der Bitfehlerverhältnisse	324
15.3 Messungen an DVB-S/S2-Signalen mit einem Spektrumanalyzer	326
15.3.1 Näherungsweise Ermittelung der Rauschleistung N	328
15.3.2 C/N, S/N und Eb/N0	330
15.3.3 Ermittelung des EB/N0	330
15.4 Modulation Error Ratio (MER)	333
15.5 Messung des Schulterabstands	333
15.6 DVB-S-Empfänger-Test	334
16 Die Breitbandkabelübertragung gemäß DVB-C	336
16.1 Der DVB-C-Standard	337
16.2 Der DVB-C-Modulator	339
16.3 Der DVB-C-Empfänger	340
16.4 Störeinflüsse auf der DVB-C-Übertragungsstrecke	342
17 Die Breitbandkabelübertragung nach ITU-T J83B (Nordamerika)	345
17.1 J83B-Übertragungsparameter	347
17.2 J83B-Basisband-Eingangssignale	348
17.3 Forward Error Correction	348
17.4 Berechnung der Nettodatenrate	350
17.5 Rolloff-Filterung	351
17.6 Fall-off-the-Cliff	351
18 Messungen an digitalen TV-Signalen im Breitbandkabel	353
18.1 DVB-C/J83A, B, C-Messempfänger mit Konstellationsanalyse	354
18.2 Erfassung von Störeinflüssen mit Hilfe der Konstellationsanalyse	358
18.2.1 Additives weißes gauß’sches Rauschen (AWGN)	358
18.2.2 Phasenjitter	361
18.2.3 Sinusförmiger Interferenzstörer	362
18.2.4 Einflüsse des IQ-Modulators	362
18.2.5 Modulation Error Ratio (MER) Modulationsfehler	365
18.2.6 Error Vector Magnitude (EVM)	367
18.3 Messung der Bitfehlerverhältnisse (BER)	367
18.4 Messungen mit einem Spektrumanalyzer	368
18.5 Messung des Schulterabstandes	371
18.6 Messung der Welligkeit im Kanal bzw. Kanalschräglage	371
18.7 DVB-C/J83ABC-Empfänger-Test	371
19 Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex (COFDM)	373
19.1 Warum Mehrträgerverfahren?	375
19.2 Was ist COFDM?	378
19.3 Erzeugung der COFDM-Symbole	383
19.4 Zusatzsignale im COFDM-Spektrum	392
19.5 Hierarchische Modulation	394
19.6 Zusammenfassung	395
20 Die terrestrische Übertragung von digitalen TV-Signalen über DVB-T	396
20.1 Der DVB-T-Standard	399
20.2 Die DVB-T-Träger	400
20.3 Hierarchische Modulation	406
20.4 DVB-T-Systemparameter des 8/7/6-MHz-Kanals	408
20.5 DVB-T-Modulator und Sender	418
20.6 Der DVB-T-Empfänger	421
20.7 Störeinflüsse auf der DVB-T-Übertragungsstrecke	426
20.8 DVB-T-Gleichwellennetze (SFN)	435
20.9 Mindestens notwendiger Empfängereingangspegel bei DVB-T	443
21 Messungen an DVB-T-Signalen	450
21.1 Messung der Bitfehlerverhältnisse	452
21.2 Messungen an DVB-T-Signalen mit einem Spektrumanalyzer	454
21.3 Konstellationsanalyse an DVB-T-Signalen	458
21.3.1 Weißes Rauschen (AWGN = Additive White Gaussian Noise)	458
21.3.2 Phasenjitter	459
21.3.3 Interferenzstörer	460
21.3.4 Echos, Mehrwegeempfang	460
21.3.5 Dopplereffekt	460
21.3.6 IQ-Fehler des Modulators	460
21.3.7 Ursache und Auswirkung von IQ-Fehlern bei DVB-T	463
21.4 Messung des Crestfaktors	473
21.5 Messung des Amplituden-, Phasenund Gruppenlaufzeitganges	473
21.6 Messung der Impulsantwort	474
21.7 Messung des Schulterabstandes	475
22 DVB-H/DVB-SH – Digital Video Broadcasting for Handhelds	480
22.1 Einführung	480
22.2 Konvergenz zwischen Mobilfunk und Broadcast	482
22.3 DVB-H – die wesentlichen Parameter	484
22.4 DSM-CC Sections	485
22.5 Multiprotocol Encapsulation (MPE)	486
22.6 DVB-H – Standard	487
22.7 Zusammenfassung	491
22.8 DVB-SH	494
23 Digitales Terrestrisches Fernsehen gemäß ATSC (Nordamerika)	497
23.1 Der 8VSB-Modulator	502
23.2 8VSB-Bruttound Nettodatenrate	511
23.3 Der ATSC-Empfänger	512
23.4 Störeinflüsse auf der ATSC-Übertragungsstrecke	512
23.5 ATSC-M/H „Mobile DTV“	513
23.5.1 Kompatiblität zur bestehenden ATSC-Rahmenstruktur	514
23.5.2 MPEG-4-Videound Audio-Streaming	516
23.5.3 ATSC-M/H-Multiplexer	517
23.5.4 ATSC-M/H-Modulator	520
23.5.5 Bildung von Gleichwellennetzen	521
23.6 Closed Captioning	523
23.7 Analog Switch-off	525
24 ATSC/8VSB-Messtechnik	526
24.1 Messung der Bitfehlerverhältnisse	527
24.2 8VSB-Messungen mit Hilfe eines Spektrumanalysators	528
24.3 Konstellationsanalyse an 8VSB-Signalen	529
24.4 Ermittelung des Amplitudenund Gruppenlaufzeitganges	531
25 Digitales Terrestrisches Fernsehen gemäß ISDB-T (Japan)	534
25.1 Layer-Bildung	537
25.2 Basisbandcodierung	539
25.3 Änderungen in der Transportstromstruktur	539
25.4 Blockschaltbild	541
25.5 Kanaltabellen	542
25.6 Leistungsfähigkeit von ISDB-T	542
25.7 Weitere ISDB-Standards	544
25.8 ISDB-T-Messtechnik	545
25.9 Zusammenfassung	546
26 Digital Audio Broadcasting DAB	547
26.1 Vergleich DAB und DVB	548
26.2 DAB im Überblick	552
26.3 Der physikalische Layer von DAB	558
26.4 DAB – Forward Error Correction – FEC	570
26.5 DAB-Modulator und Sender	576
26.6 DAB-Datenstruktur	579
26.7 DAB-Gleichwellennetze	585
26.8 DAB Data Broadcasting	586
26.9 DAB+	588
26.10 DAB-Messtechnik	588
26.10.1 Test von DAB-Empfängern	589
26.10.2 Messungen am DAB-Signal	589
27 DVB-Datendienste: MHP und SSU	593
27.1 Data Broadcasting bei DVB	594
27.2 Object Carousels	595
27.3 MHP = Multimedia Home Platform	597
27.4 System Software Update – SSU	599
28 T-DMB	600
29 IPTV – Fernsehen über Internet	602
29.1 DVB-IP	604
29.2 IP-Schnittstelle ersetzt TS-ASI	605
29.3 Zusammenfassung	606
30 DRM – Digital Radio Mondiale	607
30.1 Audio-Quellencodierung	611
30.2 Fehlerschutz	611
30.3 Modulationsverfahren	612
30.4 Rahmenstruktur	613
30.5 Störeinflüsse auf der Übertragungsstrecke	614
30.6 DRM-Datenraten	615
30.7 DRM-Sendestationen und DRM-Receiver	616
30.8 DRM+	617
31 Praxis digital-terrestrischer TV-Netze	618
31.1 Die DVB-T-Gleichwellennetze Südund Ostbayern	618
31.2 Playout Center und Zuführungsnetzwerke	622
31.3 Technischer Aufbau der Senderstandorte	622
31.3.1 Sender Wendelstein	623
31.3.2 Sender Olympiaturm München	638
31.3.3 Sender Brotjacklriegel	641
31.4 Messungen in DVB-T-Gleichwellennetzen	643
31.4.1 Messparameter	643
31.4.2 Praktische Beispiele	652
31.4.3 Verhalten von DVB-T-Receivern	658
31.4.4 Empfängertest und Simulation von Empfangsbedingungen in Gleichwellennetzen	659
31.5 Netzplanung	663
31.6 Auffüllen von Versorgungslücken	664
31.7 Fall-off-the-Cliff	667
31.8 Zusammenfassung	668
32 DMB-T oder jetzt DTMB	669
33 Rückkanaltechniken	673
34 Display-Technologien	675
34.1 Alte Wandlersysteme – die Nipkow-Scheibe	677
34.2 Bildröhre	679
34.3 Der Plasma-Bildschirm	682
34.4 Der Flüssigkristall-Bildschirm	684
34.5 Bewegtspiegel-Systeme	686
34.6 Organische Leuchtdioden	686
34.7 Auswirkungen auf die Bild-Wiedergabe	686
34.8 Kompensationsmaßnahmen	688
34.9 Messtechnik	689
34.10 Stand der Technik	690
35 Neue Generation von DVB-Standards	692
35.1 Übersicht über die DVB-Standards	693
35.2 Eigenschaften der alten und neuen DVB-Standards	694
35.3 Möglichkeiten und Ziele der neuen DVB-Standards	695
36 Basisbandsignale für DVB-x2	697
36.1 Eingangssignalformate	697
36.1.1 MPEG-2-Transportströme – TS	698
36.1.2 Generic Fixed Packetized Streams – GFPS	698
36.1.3 Generic Continuous Streams – GCS	699
36.1.4 Generic Encapsulated Streams – GSE	700
36.2 Signalverarbeitungund Aufbereitung im ModulatorEingangsteil	700
36.2.1 Single Input Stream	701
36.2.2 Multiple Input Streams	704
36.3 Standardspezifische Besonderheiten	707
36.3.1 DVB-S2	707
36.3.2 DVB-T2	708
36.3.3 DVB-C2	715
37 DVB-T2	716
37.1 Einführung	716
37.2 Theoretische maximale Kanalkapazität	717
37.3 DVB-T2 Übersicht	719
37.4 Basisband-Interface	720
37.5 Fehlerschutz	720
37.6 COFDM-Parameter	724
37.6.1 Normal Carrier Mode	726
37.6.2 Extended Carrier Mode	728
37.7 Modulationsverfahren	730
37.7.1 Normale Konstellationsdiagramme	730
37.7.2 Begriffsdefinition „Cell“ – Zelle	731
37.7.3 Gekippte Q-delayed Konstellationsdiagramme	732
37.8 Rahmenstruktur	734
37.8.1 P1-Symbol	736
37.8.2 P2-Symbole	737
37.8.3 Symbol, Frame, Superframe	739
37.9 Blockdiagramm	739
37.10 Interleaver	739
37.10.1 Interleaver-Arten	740
37.10.2 DVB-T2-Time Interleaver-Konfiguartion	741
37.13 Pilote	744
37.12 Sub-Slicing	747
37.13 Time-Frequency-Slicing (TFS)	747
37.14 PAPR Reduction	748
37.15 Mehrantennensysteme SISO/MISO	750
37.15.1 MISO nach Alamouti	751
37.15.2 Modified Alamouti bei DVB-T2	753
37.16 Future Extension Frames	755
37.17 Auxilliary Data Streams	755
37.18 DVB-T2-MI	756
37.19 SFN’s in DVB-T2	756
37.20 Senderkennung in DVB-T2	757
37.21 Leistungsfähigkeit	758
37.22 Ausblick	758
38 DVB-C2 – der neue DVB-Breitbandkabelstandard	759
38.1 Einführung	759
38.2 Theoretische maximale Kanalkapazität	761
38.3 DVB-C2 – Übersicht	762
38.4 Basisband-Interface	763
38.5 Fehlerschutz	763
38.6 COFDM-Parameter	764
38.7 Modulationsverfahren	765
38.8 Definition einer Zelle (Cell)	766
38.9 Interleaver	767
38.10 Variable Coding and Modulation (VCM)	768
38.11 Rahmenstruktur	768
38.12 Kanalbündelung und Slice-Bildung	769
38.13 Preamble-Symbole	770
38.14 Pilote bei DVB-C2	773
38.15 PAPR-Reduktion	773
38.16 Blockdiagram	775
38.17 Pegelverhältnisse im Breitbandkabel	775
38.18 Leistungsfähigkeit	775
38.19 Ausblick	776
39 DVB-x2-Messtechnik	777
39.1 DVB-S2	777
39.2 DVB-T2	778
39.3 DVB-C2	780
39.4 Zusammenfassung	781
40 CMMB – Chinese Multimedia Mobile Broadcasting	782
41 Weitere Übertragungsstandards	783
41.1 MediaFLO	783
41.2 UKW-FM-Hörfunk	784
41.2.1 Kanalraster und Modulationsverfahren	785
41.2.2 Spektrum eines FM-modulierten Signales	787
41.2.3 Stereo-Multiplex-Signal	789
41.2.4 Radio-Daten-System	793
41.2.5 Minimale Feldstärke und Nachbarkanal-Schutzabstände	794
41.2.6 Störeinflüsse auf der UKW-FM-Übertragungsstrecke	795
41.2.7 Messungen an UKW-FM-Stereo-Signalen	796
41.3 IBOC – HD-Radio	796
41.4 FMextra	798
41.5 Auswirkungen der Digitalen Dividende auf BKund DTV-Netze	798
41.5.1 Anatomie der Mobilfunksignale	799
41.5.2 Terrestrische TV-Netze und Mobilfunk	800
41.5.3 Breitbandkabel-TV-Netze und Mobilfunk	800
41.5.5 Zusammenfassung	803
42 Digitales Fernsehen und digitaler Hörfunk weltweit ein Ausblick	804
Literaturverzeichnis	807
Abkürzungsverzeichnis	815
TV-Kanaltabellen	830
Europa, Terrestrik und Kabel	830
Australien, Terrestrik	833
Nord-Amerika, Terrestrik	834
Nord-Amerika, Kabel	836
Sachverzeichnis	841

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