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 [email protected]
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ElektronischeMedien/ DigitalerRundfunk...Organisatorisches Schlagworte und Beispiele Systemkomponenten Nachrichtenübertragungsmodell OSI-Schichtenmodell Frequenzbänder Themenüberblick
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- 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
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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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DVB: Übersicht Technische Grundlagen
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• 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
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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.
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Kanal und Datenkommunikation
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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
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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
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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
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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
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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 :
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Einteilung der Frequenzbänder
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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
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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!
Organisatorisches Schlagworte und Beispiele Systemkomponenten Nachrichtenübertragungsmodell OSI-Schichtenmodell Frequenzbänder Zusammenfassung
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Literatur
• Dambacher, P: Digitale Technik für Hörfunk und Fernsehtechnik. R. v. Deckers Verlag, G. Schenk. Heidelberg 1995.