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E-Book

Digitale Fernsehtechnik in Theorie und Praxis

MPEG-Basiscodierung, DVB-, DAB-, ATSC-Übertragungstechnik, Messtechnik

AutorWalter Fischer
VerlagSpringer-Verlag
Erscheinungsjahr2006
Seitenanzahl547 Seiten
ISBN9783540292043
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis66,99 EUR

Digitale Fernsehtechnik in Theorie und Praxis behandelt alle aktuellen digitalen TV-, Rundfunk- bzw. Multimedia-Standards wie MPEG, DVB, DAB, ATSC, T-DMB und ISDB-T. Das Buch setzt sich so praxisnah wie möglich mit diesen Themen auseinander. Mathematik wird dort wo notwendig als ergänzende Erklärung und Vertiefung eingesetzt. Das Buch enthält grundlegende Kapitel wie analoge Fernsehtechnik, digitale Modulation, COFDM oder Transformation in den Frequenzbereich. Einen Schwerpunkt stellt immer die Messtechnik im jeweiligen Aufgabengebiet dar; sie wird mit zahlreichen praktischen Beispielen vertieft. Dieses Buch wendet sich vor allem an den Spezialisten in der Praxis, sei er Sendertechniker, Übertragungstechniker, Netzplaner, Studiotechniker, Spezialist für Playout- und Multiplex-Center oder Entwicklungsingenieur. Nachdem dieses Buch einen Bogen um die gesamte elektrische Nachrichtentechnik spannt, sind gerade auch die Studenten der Nachrichtentechnik angesprochen.



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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Inhaltsverzeichnis
Vorwort5
Geleitwort7
Inhaltsverzeichnisitled8
1 Einleitung15
2 Analoges Fernsehen21
2.1 Abtastung einer Schwarz-Weiß-Bildvorlage24
2.2 Horizontal- und Vertikal-Synchronimpuls26
2.3 Hinzunehmen der Farbinformation28
2.4 Übertragungsverfahren31
2.5 Verzerrungen und Störungen33
2.6 Signale in der Vertikalaustastlücke34
2.7 Messungen an analogen Videosignalen39
3 Der MPEG-2-Datenstrom45
3.1 Der Packetized Elementary Stream (PES)48
3.2 Das MPEG-2-Transportstrompaket52
3.3 Informationen für den Empfänger56
3.3.1 Synchronisierung auf den Transportstrom57
3.3.2 Auslesen der aktuellen Prograrnmstruktur58
3.3.3 Der Zugriff auf ein Programm60
3.3.4 Zugriff auf verschlüsselte Programme61
3.3.5 Programmsynchronisation (PCR, DTS, PTS63
3.3.6 Zusatz-Informationen im Transportstrom (PSI / SI / PSIP66
3.3.7 Nicht-private und private Sections und Tabellen66
3.3.8 Die Service Information gemäß DVB (SI76
3.4 PSIP gemäß ATSC89
3.5. ARIB-Tabellen gemäss ISDB-T91
3.6. DMB-T (China) Tabellen93
3.7 Weitere wichtige Details des MPEG-2 Transportstromes94
3.7.1 Die Transport Priority95
3.7.2 Die Transport Scrambling Control Bits95
3.7.3 Die Adaptation Field Control Bits95
3.7.4 Der Continuity Counter95
4 Digitales Videosignal gemäß ITU-BT.R601 (CCIR60197
5 High Definition Television - HDTV103
6 Transformationen vom Zeitbereich in den Frequenzbereich und zurück107
6.1 Die Fouriertransformation108
6.2. Die Diskrete Fouriertransformation (DFT)111
6.3 Die Fast Fouriertransformation (FFT113
6.4. Praktische Realisierung und Anwendung der DFT und FFT114
6.5. Die Diskrete Cosinustransformation (DCT)115
6.6 Signale im Zeitbereich und deren Transformierte im Frequenzbereich118
6.7 Systemfehler der DFT bzw. FFT und deren Vermeidung121
6.8 Fensterfunktionen124
7 Videocodierung gemäß MPEG-2127
7.1 Videokomprimierung127
7.1.1 Zurücknahme der der Quantisierung von 10 auf 8 Bit129
7.1.2 Weglassen der H- und V-Lücke129
7.1.3 Reduktion der Farbauflösung auch in vertikaler Richtung (4:2:0131
7.1.4 Weitere Schritte zur Datenreduktion131
7.1.5 Differenz-Plus-Code-Modulation von Bewegtbildern132
7.1.6 Diskrete Cosinustransformation mit nachfolgender Quantisierung138
7.1.7 Zig-Zag-Scan und Lauflängencodierung von Null-Sequenzen144
7.1.8 Huffmann-Codierung145
7.2 Zusammenfassung146
7.3 Aufbau des Videoelementarstroms149
7.4 Modernere Videokomprimierungsverfahren151
8 Komprimierung von Audiosignalen gemäß MPEG und Dolby Digital153
8.1 Das digitale Audioquellensignal153
8.2 Geschichte der Audiokomprimierung155
8.3 Das psychoakustische Modell des menschlichen Ohres156
8.4 Grundprinzip der Audiocodierung161
8.5 Teilbandcodierung bei MPEG Layer I, II164
8.6 Transformationscodierung bei MPEG Layer III166
8.7 Mehrkanalton168
9 Videotext, Untertitel und VPS gemäß DVB169
9.1 Videotext und Untertitel170
9.2 Video Program System (VPS173
10 Digitale Videostandards im Vergleich177
10.1 MPEG-1 und MPEG-2, Video-CD und DVD, M-JPEG und177
10.2. MPEG-3, MPEG-4, MPEG-7 und MPEG-21180
10.3 Physikalische Schnittstellen für digitale Videosignale184
10.3.1 "CCIR601" Parallel und Seriell185
10.3.2 Synchrone, parallele Transportstromschnittstelle (TS PARALLEL186
10.3.3 Asynchrone serielle Transportstromschnittstelle (TS- ASI188
11 Messungen am MPEG-2-Transportstrom191
11.1 Verlust der Synchronisation (TS-Sync-Loss192
11.2 Fehlerhafte Sync-Bytes (Sync_Byte_Error194
11.3 Fehlende oder fehlerhafte Program Association Table (PAT) (PAT_Error194
11.4 Fehlende oder fehlerhafte Program Map Table (PMT) (PMT_Error195
11.5 Der PID_Error196
11.6 Der Continuity_Count_Error197
11.7 Der Transport_Error199
11.8 Der Cyclic Redundancy Check-Fehler199
11.9 Fehler der Program Clock Reference (PCR_Error, PCR_accuracy200
11.10 Der Presentation Time Stamp Fehler (PTS_Error202
11.11 Fehlende oder fehlerhafte Conditional Access Table (CAT_Error203
11.12 Fehlerhafte Wiederholrate der Service Informationen (SI_Repetition_Error204
11.13 Überwachung der Tabellen NIT, SDT, EIT, RST205
11.14NichtreferenziertePID(unreferenced_PID206
11.15 Fehler bei der Übertragung zusätzlicher Service Informationen SI_other_Error206
11.16 Fehlerhafte Tabellen NIT_other, SDT_other_Error, EIT_other_Error207
11.17 Überwachung eines ATSC-konformen Transportstroms207
12 Bildqualitätsanalyse an digitalen TV-Signalen209
12.1 Methoden zur Bildqualitätsmessung211
12.1.1 Subjektive Bildqualitätsanalyse212
12.1.2 Double Stimulus Continual Quality Scale Method DSCQS213
12.1.3 Single Stimulus Continual Quality Scale Method SSCQE213
12.2 Objektive Bildqualitätsanalyse213
13 Grundlagen der Digitalen Modulation221
13.1 Einführung221
13.2 Mischer223
13.3 Amplitudenmodulation225
13.4 IQ-Modulator227
13.5 Der IQ-Demodulator235
13.6 Anwendung der Hilbert-Transformation bei der IQ-Modulation225 13.7. Praktische Anwendungen der Hilbert-Transformation239
13.7. Praktische Anwendungen der Hilbert-Transformation242
14 Übertragung von digitalen Fernsehsignalen über Satellit245
14.1 Die DVB-S-Systemparameter248
14.2 Der DVB-S-Modulator251
14.3 Faltungscodierung255
14.4 Signalverarbeitung im Satelliten261
14.5 Der DVB-S-Empfänger262
14.6 Einflüsse auf der Satellitenübertragungsstrecke265
14.7DVB-S2269
15 DVB-S Messtechnik275
15.1 Einführung275
15.2 Messung der Bitfehlerraten276
15.3 Messungen an DVB-S-Signalen mit einem Spektrumanalyzer278
15.3.1 Näherungsweise Ermittelung der Rauschleistung N280
15.3.2 C/N, S/N und Eb/NO281
15.3.3 Ermittelung des EB/N0282
15.4 Messung des Schulterabstandes283
15.5 DVB-S-Empfänger-Test283
16 Die Breitbandkabelübertragung gemäß DVB-C285
16.1 Der DVB-C-Standard286
16.2 Der DVB-C-Modulator288
16.3 Der DVB-C-Empfänger289
16.4 Störeinflüsse auf der DVB-C-Übertragungsstrecke291
17 Die Breitbandkabelübertragung nach ITU-T J83B295
18 Messungen an digitalen TV-Signalen im Breitbandkabel297
18.1 DVB-C/J83A,B,C-Messempfänger mit Konstellationsanalyse298
18.2 Erfassung von Störeinflüssen mit Hilfe der Konstellationsanalyse302
18.2.1 Additives weißes gauß'sches Rauschen (AWGN302
18.2.2 Phasenjitter305
18.2.3 Sinusförmiger Interferenzstörer306
18.2.4 Einflüsse des IQ-Modulators306
18.2.5 Modulation Error Ratio (MER) - Modulationsfehler309
18.2.6 Error Vector Magnitude (EVM311
18.3 Messung der Bitfehlerrate (Bit Error Rate BER311
18.4 Messungen mit einem Spektrumanalyzer312
18.5 Messung des Schulterabstandes314
18.6 Messung der Welligkeit im Kanal bzw. Kanalschräglage315
18.7 DVB-C/J83ABC-Empfänger-Test315
19 Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex (COFDM317
19.1 Warum Mehrträgerverfahren?319
19.2 Was ist COFDM?322
19.3 Erzeugung der COFDM-Symbole327
19.4 Zusatzsignale im COFDM-Spektrum335
19.5 Hierarchische Modulation337
19.6 Zusammenfassung338
20 Die terrestrische Übertragung von digitalen TV-Signalen über DVB-T.339
20.1 Der DVB-T-Standard342
20.2 Die DVB-T-Träger343
20.3 Hierarchische Modulation349
20.4 DVB-T-Systemparameter des 8/7/6-MHz-Kanals351
20.5 DVB-T-Modulator und Sender361
20.6 Der DVB-T-Empfänger364
20.7 Störeinflüsse auf der DVB-T-Übertragungsstrecke369
20.8 DVB-T-Gleichwellennetze (SFN378
20.9 Mindestens notwendiger Empfängereingangspegel bei DVB-T386
21 Messungen an DVB-T-Signalen393
21.1 Messung der Bitfehlerraten395
21.2 Messungen an DVB-T-Signalen mit einem Spektrumanalyzer397
21.3 Konstellationsanalyse an DVB-T-Signalen401
21.3.1 Weißes Rauschen (AWGN =Additive White Gaussian Noise401
21.3.2 Phasenjitter402
21.3.3 Interferenzstörer403
21.3.4 Echos, Mehrwegeempfang403
21.3.5 Dopplereffekt403
21.3.6 IQ-Fehler des Modulators403
21.3.7 Ursache und Auswirkung von IQ-Fehlern bei DVB-T406
21.4 Messung des Crestfaktors416
21.5 Messung des Amplituden-, Phasen- und Gruppenlaufzeitganges416
21.6 Messung der Impulsantwort417
21.7 Messung des Schulterabstandes418
22 DVB-H - Digital Video Broadcasting for Handhelds423
22.1 Einführung423
22.2 Konvergenz zwischen Mobilfunk und Broadcast425
22.3 DVB-H - die wesentlichen Parameter427
22.4 DSM-CC Sections428
22.5 Multiprotocol Encapsulation (MPE429
22.6 DVB-H - Standard430
22.7 Zusammenfassung434
23 Digitales Terrestrisches Fernsehen gemäß ATSC (Nordamerika439
23.1 Der 8VSB-Modulator444
23.2 8VSB-Brutto- und Nettodatenrate453
23.3 Der ATSC-Empfänger454
23.4 Störeinflüsse auf der ATSC-Übertragungsstrecke454
24 ATSC/8VSB-Messtechnik457
24.1 Messung der Bitfehlerraten458
24.2 8VSB-Messungen mit Hilfe eines Spektrumanalysators459
24.3 Konstellationsanalyse an 8VSB-Signalen460
24.4 Ermittelung des Amplituden- und Gruppenlaufzeitganges462
25 Digitales Terrestrisches Fernsehen gemäß ISDB-T (Japan465
26 Digital Audio Broadcasting - DAB469
26.1 Vergleich DAB und DVB470
26.2 DAB im Überblick474
26.3 Der physikalische Layer von DAB480
26.4 DAB - Forward Error Correction - FEC490
26.5 DAB-Modulator und Sender495
26.6 DAB-Datenstruktur499
26.7 DAB-Gleichwellennetze504
26.8 DAB Data Broadcasting506
27 DVB-Datendienste: MHP und SSU509
27.1 Data Broadcasting bei DVB510
27.2 Object Carousels511
27.3 MHP = Multimedia Home Platform513
27.4 System Software Update - SSU515
28 DMB-T und T-DMB517
28.1DMB-T517
28.2 T-DMB517
29 Digitales Fernsehen weltweit - ein Ausblick521
Abkürzungsverzeichnis531
TV-Kanaltabellen547
Sachverzeichnis553

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