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E-Book

Digitale Fernseh- und Hörfunktechnik in Theorie und Praxis

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

AutorWalter Fischer
VerlagSpringer-Verlag
Erscheinungsjahr2010
Seitenanzahl852 Seiten
ISBN9783642150470
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis86,99 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
Vorwort5
Vorwort zur zweiten deutschen Auflage7
Vorwort zur ersten deutschen Auflage9
Geleitwort zur ersten deutschen Auflage11
Inhaltsverzeichnis12
1 Einleitung24
2 Analoges Fernsehen31
2.1 Abtastung einer Schwarz-Weiß-Bildvorlage35
2.2 Horizontalund Vertikal-Synchronimpuls36
2.3 Hinzunehmen der Farbinformation38
2.4 Übertragungsverfahren41
2.5 Verzerrungen und Störungen43
2.6 Signale in der Vertikalaustastlücke45
2.7 Messungen an analogen Videosignalen49
3 Der MPEG-2-Datenstrom56
3.1 Der Packetized Elementary Stream (PES)59
3.2 Das MPEG-2-Transportstrompaket63
3.3 Informationen für den Empfänger67
3.3.1 Synchronisierung auf den Transportstrom68
3.3.2 Auslesen der aktuellen Programmstruktur69
3.3.3 Der Zugriff auf ein Programm71
3.3.4 Zugriff auf verschlüsselte Programme72
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 Tabellen77
3.3.8 Die Service Information gemäß DVB (SI)87
3.4 PSIP gemäß ATSC101
3.5 ARIB-Tabellen gemäss ISDB-T103
3.6 DMB-T (China) Tabellen105
3.7 Weitere wichtige Details des MPEG-2 Transportstromes105
3.7.1 Die Transport Priority106
3.7.2 Die Transport Scrambling Control Bits106
3.7.3 Die Adaptation Field Control Bits107
3.7.4 Der Continuity Counter107
4 Digitales Videosignal gemäß ITU-BT.R601 (CCIR601)108
5 High Definition Television – HDTV113
6 Transformationen vom Zeitbereich in den Frequenzbereich und zurück118
6.1 Die Fouriertransformation119
6.2 Die Diskrete Fouriertransformation (DFT)122
6.3 Die Fast Fouriertransformation (FFT)124
6.4 Praktische Realisierung und Anwendung der DFT und FFT125
6.5 Die Diskrete Cosinustransformation (DCT)126
6.6 Signale im Zeitbereich und deren Transformierte im Frequenzbereich129
6.7 Systemfehler der DFT bzw. FFT und deren Vermeidung132
6.8 Fensterfunktionen135
7 Videocodierung gemäß MPEG-2 und MPEG-4137
7.1 Videokomprimierung137
7.1.1 Zurücknahme der der Quantisierung von 10 auf 8 Bit141
7.1.2 Weglassen der Hund V-Lücke141
7.1.3 Reduktion der Farbauflösung auch in vertikaler Richtung (4:2:0)143
7.1.4 Weitere Schritte zur Datenreduktion143
7.1.5 Differenz-Plus-Code-Modulation von Bewegtbildern144
7.1.6 Diskrete Cosinustransformation mit nachfolgender Quantisierung150
7.1.7 Zig-Zag-Scan und Lauflängencodierung von NullSequenzen157
7.1.8 Huffmann-Codierung158
7.2 Zusammenfassung158
7.3 Aufbau des Videoelementarstroms161
7.4 Modernere Videokomprimierungsverfahren164
7.5 MPEG-4 Advanced Video Coding164
8 Komprimierung von Audiosignalen gemäß MPEG und Dolby Digital174
8.1 Das digitale Audioquellensignal174
8.2 Geschichte der Audiokomprimierung176
8.3 Das psychoakustische Modell des menschlichen Ohres177
8.4 Grundprinzip der Audiocodierung182
8.5 Teilbandcodierung bei MPEG Layer I, II185
8.6 Transformationscodierung bei MPEG Layer III und Dolby Digital187
8.7 Mehrkanalton189
8.8 Neue Entwicklungen – MPEG-4189
9 Videotext, Untertitel und VPS gemäß DVB192
9.1 Videotext und Untertitel193
9.2 Video Program System (VPS)196
9.3 WSS – Wide Screen Signalling200
9.4 Praktische Beispiele201
10 Digitale Videostandards und Schnittstellen im Vergleich203
10.1 MPEG-1 und MPEG-2, Video-CD und DVD, M-JPEG und MiniDV203
10.2 MPEG-3, MPEG-4, MPEG-7 und MPEG-21206
10.3 Physikalische Schnittstellen für digitale Videosignale210
10.3.1 "CCIR601" Parallel und Seriell211
10.3.2 Synchrone, parallele Transportstromschnittstelle (TS PARALLEL)212
10.3.3 Asynchrone serielle Transportstromschnittstelle (TS-ASI)215
10.3.4 SMPTE310-Schnittstelle215
10.3.5 DVI-Schnittstelle215
10.3.6 HDMI-Schnittstelle217
10.3.7 HD-SDI-Schnittstelle217
10.3.8 Gigabit-Ethernet-Schnittstelle als Transportstromverteiler217
11 Messungen am MPEG-2-Transportstrom218
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_Error223
11.6 Der Continuity_Count_Error224
11.7 Der Transport_Error226
11.8 Der Cyclic Redundancy Check-Fehler226
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/TOT232
11.14 Nicht referenzierte PID (unreferenced_PID)233
11.15 Fehler bei der Übertragung zusätzlicher Service Informationen SI_other_Error233
11.16 Fehlerhafte Tabellen NIT_other, SDT_other_Error, EIT_other_Error)234
11.17 Überwachung eines ATSC-konformen MPEG-2Transportstroms234
12 Bildqualitätsanalyse an digitalen TV-Signalen236
12.1 Methoden zur Bildqualitätsmessung238
12.1.1 Subjektive Bildqualitätsanalyse239
12.1.2 Double Stimulus Continual Quality Scale Method DSCQS240
12.1.3 Single Stimulus Continual Quality Scale Method SSCQE240
12.2 Objektive Bildqualitätsanalyse240
12.3 Zusammenfassung und Ausblick246
13 Grundlagen der Digitalen Modulation248
13.1 Einführung248
13.2 Mischer250
13.3 Amplitudenmodulation252
13.4 IQ-Modulator254
13.5 Der IQ-Demodulator262
13.6 Anwendung der Hilbert-Transformation bei der IQ-Modulation267
13.7 Praktische Anwendungen der Hilbert-Transformation270
13.8 Kanalcodierung/Fehlerschutz271
13.9 Analoge Modulationsverfahren im Vergleich276
13.9.1 Amplitudenmodulation277
13.9.2 Varianten der Amplitudenmodulation280
13.9.3 Frequenzmodulation281
13.9.4 Phasenmodulation285
13.10 Bandbegrenzung modulierter Trägersignale286
13.11 Zusammenfassung289
14 Übertragung von digitalen Fernsehsignalen über Satellit DVB – S/S2290
14.1 Die DVB-S-Systemparameter293
14.2 Der DVB-S-Modulator296
14.3 Faltungscodierung300
14.4 Signalverarbeitung im Satelliten306
14.5 Der DVB-S-Empfänger307
14.6 Einflüsse auf der Satellitenübertragungsstrecke311
14.7 DVB-S2314
15 DVB-S/S2 Messtechnik323
15.1 Einführung323
15.2 Messung der Bitfehlerverhältnisse324
15.3 Messungen an DVB-S/S2-Signalen mit einem Spektrumanalyzer326
15.3.1 Näherungsweise Ermittelung der Rauschleistung N328
15.3.2 C/N, S/N und Eb/N0330
15.3.3 Ermittelung des EB/N0330
15.4 Modulation Error Ratio (MER)333
15.5 Messung des Schulterabstands333
15.6 DVB-S-Empfänger-Test334
16 Die Breitbandkabelübertragung gemäß DVB-C336
16.1 Der DVB-C-Standard337
16.2 Der DVB-C-Modulator339
16.3 Der DVB-C-Empfänger340
16.4 Störeinflüsse auf der DVB-C-Übertragungsstrecke342
17 Die Breitbandkabelübertragung nach ITU-T J83B (Nordamerika)345
17.1 J83B-Übertragungsparameter347
17.2 J83B-Basisband-Eingangssignale348
17.3 Forward Error Correction348
17.4 Berechnung der Nettodatenrate350
17.5 Rolloff-Filterung351
17.6 Fall-off-the-Cliff351
18 Messungen an digitalen TV-Signalen im Breitbandkabel353
18.1 DVB-C/J83A, B, C-Messempfänger mit Konstellationsanalyse354
18.2 Erfassung von Störeinflüssen mit Hilfe der Konstellationsanalyse358
18.2.1 Additives weißes gauß’sches Rauschen (AWGN)358
18.2.2 Phasenjitter361
18.2.3 Sinusförmiger Interferenzstörer362
18.2.4 Einflüsse des IQ-Modulators362
18.2.5 Modulation Error Ratio (MER) Modulationsfehler365
18.2.6 Error Vector Magnitude (EVM)367
18.3 Messung der Bitfehlerverhältnisse (BER)367
18.4 Messungen mit einem Spektrumanalyzer368
18.5 Messung des Schulterabstandes371
18.6 Messung der Welligkeit im Kanal bzw. Kanalschräglage371
18.7 DVB-C/J83ABC-Empfänger-Test371
19 Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex (COFDM)373
19.1 Warum Mehrträgerverfahren?375
19.2 Was ist COFDM?378
19.3 Erzeugung der COFDM-Symbole383
19.4 Zusatzsignale im COFDM-Spektrum392
19.5 Hierarchische Modulation394
19.6 Zusammenfassung395
20 Die terrestrische Übertragung von digitalen TV-Signalen über DVB-T396
20.1 Der DVB-T-Standard399
20.2 Die DVB-T-Träger400
20.3 Hierarchische Modulation406
20.4 DVB-T-Systemparameter des 8/7/6-MHz-Kanals408
20.5 DVB-T-Modulator und Sender418
20.6 Der DVB-T-Empfänger421
20.7 Störeinflüsse auf der DVB-T-Übertragungsstrecke426
20.8 DVB-T-Gleichwellennetze (SFN)435
20.9 Mindestens notwendiger Empfängereingangspegel bei DVB-T443
21 Messungen an DVB-T-Signalen450
21.1 Messung der Bitfehlerverhältnisse452
21.2 Messungen an DVB-T-Signalen mit einem Spektrumanalyzer454
21.3 Konstellationsanalyse an DVB-T-Signalen458
21.3.1 Weißes Rauschen (AWGN = Additive White Gaussian Noise)458
21.3.2 Phasenjitter459
21.3.3 Interferenzstörer460
21.3.4 Echos, Mehrwegeempfang460
21.3.5 Dopplereffekt460
21.3.6 IQ-Fehler des Modulators460
21.3.7 Ursache und Auswirkung von IQ-Fehlern bei DVB-T463
21.4 Messung des Crestfaktors473
21.5 Messung des Amplituden-, Phasenund Gruppenlaufzeitganges473
21.6 Messung der Impulsantwort474
21.7 Messung des Schulterabstandes475
22 DVB-H/DVB-SH – Digital Video Broadcasting for Handhelds480
22.1 Einführung480
22.2 Konvergenz zwischen Mobilfunk und Broadcast482
22.3 DVB-H – die wesentlichen Parameter484
22.4 DSM-CC Sections485
22.5 Multiprotocol Encapsulation (MPE)486
22.6 DVB-H – Standard487
22.7 Zusammenfassung491
22.8 DVB-SH494
23 Digitales Terrestrisches Fernsehen gemäß ATSC (Nordamerika)497
23.1 Der 8VSB-Modulator502
23.2 8VSB-Bruttound Nettodatenrate511
23.3 Der ATSC-Empfänger512
23.4 Störeinflüsse auf der ATSC-Übertragungsstrecke512
23.5 ATSC-M/H „Mobile DTV“513
23.5.1 Kompatiblität zur bestehenden ATSC-Rahmenstruktur514
23.5.2 MPEG-4-Videound Audio-Streaming516
23.5.3 ATSC-M/H-Multiplexer517
23.5.4 ATSC-M/H-Modulator520
23.5.5 Bildung von Gleichwellennetzen521
23.6 Closed Captioning523
23.7 Analog Switch-off525
24 ATSC/8VSB-Messtechnik526
24.1 Messung der Bitfehlerverhältnisse527
24.2 8VSB-Messungen mit Hilfe eines Spektrumanalysators528
24.3 Konstellationsanalyse an 8VSB-Signalen529
24.4 Ermittelung des Amplitudenund Gruppenlaufzeitganges531
25 Digitales Terrestrisches Fernsehen gemäß ISDB-T (Japan)534
25.1 Layer-Bildung537
25.2 Basisbandcodierung539
25.3 Änderungen in der Transportstromstruktur539
25.4 Blockschaltbild541
25.5 Kanaltabellen542
25.6 Leistungsfähigkeit von ISDB-T542
25.7 Weitere ISDB-Standards544
25.8 ISDB-T-Messtechnik545
25.9 Zusammenfassung546
26 Digital Audio Broadcasting DAB547
26.1 Vergleich DAB und DVB548
26.2 DAB im Überblick552
26.3 Der physikalische Layer von DAB558
26.4 DAB – Forward Error Correction – FEC570
26.5 DAB-Modulator und Sender576
26.6 DAB-Datenstruktur579
26.7 DAB-Gleichwellennetze585
26.8 DAB Data Broadcasting586
26.9 DAB+588
26.10 DAB-Messtechnik588
26.10.1 Test von DAB-Empfängern589
26.10.2 Messungen am DAB-Signal589
27 DVB-Datendienste: MHP und SSU593
27.1 Data Broadcasting bei DVB594
27.2 Object Carousels595
27.3 MHP = Multimedia Home Platform597
27.4 System Software Update – SSU599
28 T-DMB600
29 IPTV – Fernsehen über Internet602
29.1 DVB-IP604
29.2 IP-Schnittstelle ersetzt TS-ASI605
29.3 Zusammenfassung606
30 DRM – Digital Radio Mondiale607
30.1 Audio-Quellencodierung611
30.2 Fehlerschutz611
30.3 Modulationsverfahren612
30.4 Rahmenstruktur613
30.5 Störeinflüsse auf der Übertragungsstrecke614
30.6 DRM-Datenraten615
30.7 DRM-Sendestationen und DRM-Receiver616
30.8 DRM+617
31 Praxis digital-terrestrischer TV-Netze618
31.1 Die DVB-T-Gleichwellennetze Südund Ostbayern618
31.2 Playout Center und Zuführungsnetzwerke622
31.3 Technischer Aufbau der Senderstandorte622
31.3.1 Sender Wendelstein623
31.3.2 Sender Olympiaturm München638
31.3.3 Sender Brotjacklriegel641
31.4 Messungen in DVB-T-Gleichwellennetzen643
31.4.1 Messparameter643
31.4.2 Praktische Beispiele652
31.4.3 Verhalten von DVB-T-Receivern658
31.4.4 Empfängertest und Simulation von Empfangsbedingungen in Gleichwellennetzen659
31.5 Netzplanung663
31.6 Auffüllen von Versorgungslücken664
31.7 Fall-off-the-Cliff667
31.8 Zusammenfassung668
32 DMB-T oder jetzt DTMB669
33 Rückkanaltechniken673
34 Display-Technologien675
34.1 Alte Wandlersysteme – die Nipkow-Scheibe677
34.2 Bildröhre679
34.3 Der Plasma-Bildschirm682
34.4 Der Flüssigkristall-Bildschirm684
34.5 Bewegtspiegel-Systeme686
34.6 Organische Leuchtdioden686
34.7 Auswirkungen auf die Bild-Wiedergabe686
34.8 Kompensationsmaßnahmen688
34.9 Messtechnik689
34.10 Stand der Technik690
35 Neue Generation von DVB-Standards692
35.1 Übersicht über die DVB-Standards693
35.2 Eigenschaften der alten und neuen DVB-Standards694
35.3 Möglichkeiten und Ziele der neuen DVB-Standards695
36 Basisbandsignale für DVB-x2697
36.1 Eingangssignalformate697
36.1.1 MPEG-2-Transportströme – TS698
36.1.2 Generic Fixed Packetized Streams – GFPS698
36.1.3 Generic Continuous Streams – GCS699
36.1.4 Generic Encapsulated Streams – GSE700
36.2 Signalverarbeitungund Aufbereitung im ModulatorEingangsteil700
36.2.1 Single Input Stream701
36.2.2 Multiple Input Streams704
36.3 Standardspezifische Besonderheiten707
36.3.1 DVB-S2707
36.3.2 DVB-T2708
36.3.3 DVB-C2715
37 DVB-T2716
37.1 Einführung716
37.2 Theoretische maximale Kanalkapazität717
37.3 DVB-T2 Übersicht719
37.4 Basisband-Interface720
37.5 Fehlerschutz720
37.6 COFDM-Parameter724
37.6.1 Normal Carrier Mode726
37.6.2 Extended Carrier Mode728
37.7 Modulationsverfahren730
37.7.1 Normale Konstellationsdiagramme730
37.7.2 Begriffsdefinition „Cell“ – Zelle731
37.7.3 Gekippte Q-delayed Konstellationsdiagramme732
37.8 Rahmenstruktur734
37.8.1 P1-Symbol736
37.8.2 P2-Symbole737
37.8.3 Symbol, Frame, Superframe739
37.9 Blockdiagramm739
37.10 Interleaver739
37.10.1 Interleaver-Arten740
37.10.2 DVB-T2-Time Interleaver-Konfiguartion741
37.13 Pilote744
37.12 Sub-Slicing747
37.13 Time-Frequency-Slicing (TFS)747
37.14 PAPR Reduction748
37.15 Mehrantennensysteme SISO/MISO750
37.15.1 MISO nach Alamouti751
37.15.2 Modified Alamouti bei DVB-T2753
37.16 Future Extension Frames755
37.17 Auxilliary Data Streams755
37.18 DVB-T2-MI756
37.19 SFN’s in DVB-T2756
37.20 Senderkennung in DVB-T2757
37.21 Leistungsfähigkeit758
37.22 Ausblick758
38 DVB-C2 – der neue DVB-Breitbandkabelstandard759
38.1 Einführung759
38.2 Theoretische maximale Kanalkapazität761
38.3 DVB-C2 – Übersicht762
38.4 Basisband-Interface763
38.5 Fehlerschutz763
38.6 COFDM-Parameter764
38.7 Modulationsverfahren765
38.8 Definition einer Zelle (Cell)766
38.9 Interleaver767
38.10 Variable Coding and Modulation (VCM)768
38.11 Rahmenstruktur768
38.12 Kanalbündelung und Slice-Bildung769
38.13 Preamble-Symbole770
38.14 Pilote bei DVB-C2773
38.15 PAPR-Reduktion773
38.16 Blockdiagram775
38.17 Pegelverhältnisse im Breitbandkabel775
38.18 Leistungsfähigkeit775
38.19 Ausblick776
39 DVB-x2-Messtechnik777
39.1 DVB-S2777
39.2 DVB-T2778
39.3 DVB-C2780
39.4 Zusammenfassung781
40 CMMB – Chinese Multimedia Mobile Broadcasting782
41 Weitere Übertragungsstandards783
41.1 MediaFLO783
41.2 UKW-FM-Hörfunk784
41.2.1 Kanalraster und Modulationsverfahren785
41.2.2 Spektrum eines FM-modulierten Signales787
41.2.3 Stereo-Multiplex-Signal789
41.2.4 Radio-Daten-System793
41.2.5 Minimale Feldstärke und Nachbarkanal-Schutzabstände794
41.2.6 Störeinflüsse auf der UKW-FM-Übertragungsstrecke795
41.2.7 Messungen an UKW-FM-Stereo-Signalen796
41.3 IBOC – HD-Radio796
41.4 FMextra798
41.5 Auswirkungen der Digitalen Dividende auf BKund DTV-Netze798
41.5.1 Anatomie der Mobilfunksignale799
41.5.2 Terrestrische TV-Netze und Mobilfunk800
41.5.3 Breitbandkabel-TV-Netze und Mobilfunk800
41.5.5 Zusammenfassung803
42 Digitales Fernsehen und digitaler Hörfunk weltweit ein Ausblick804
Literaturverzeichnis807
Abkürzungsverzeichnis815
TV-Kanaltabellen830
Europa, Terrestrik und Kabel830
Australien, Terrestrik833
Nord-Amerika, Terrestrik834
Nord-Amerika, Kabel836
Sachverzeichnis841

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