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Digitale Fernsehtechnik in Theorie und Praxis - MPEG-Basiscodierung, DVB-, DAB-, ATSC-Übertragungstechnik, Messtechnik
Vorwort
5
Geleitwort
7
Inhaltsverzeichnisitled
8
1 Einleitung
15
2 Analoges Fernsehen
21
2.1 Abtastung einer Schwarz-Weiß-Bildvorlage
24
2.2 Horizontal- und Vertikal-Synchronimpuls
26
2.3 Hinzunehmen der Farbinformation
28
2.4 Übertragungsverfahren
31
2.5 Verzerrungen und Störungen
33
2.6 Signale in der Vertikalaustastlücke
34
2.7 Messungen an analogen Videosignalen
39
3 Der MPEG-2-Datenstrom
45
3.1 Der Packetized Elementary Stream (PES)
48
3.2 Das MPEG-2-Transportstrompaket
52
3.3 Informationen für den Empfänger
56
3.3.1 Synchronisierung auf den Transportstrom
57
3.3.2 Auslesen der aktuellen Prograrnmstruktur
58
3.3.3 Der Zugriff auf ein Programm
60
3.3.4 Zugriff auf verschlüsselte Programme
61
3.3.5 Programmsynchronisation (PCR, DTS, PTS
63
3.3.6 Zusatz-Informationen im Transportstrom (PSI / SI / PSIP
66
3.3.7 Nicht-private und private Sections und Tabellen
66
3.3.8 Die Service Information gemäß DVB (SI
76
3.4 PSIP gemäß ATSC
89
3.5. ARIB-Tabellen gemäss ISDB-T
91
3.6. DMB-T (China) Tabellen
93
3.7 Weitere wichtige Details des MPEG-2 Transportstromes
94
3.7.1 Die Transport Priority
95
3.7.2 Die Transport Scrambling Control Bits
95
3.7.3 Die Adaptation Field Control Bits
95
3.7.4 Der Continuity Counter
95
4 Digitales Videosignal gemäß ITU-BT.R601 (CCIR601
97
5 High Definition Television - HDTV
103
6 Transformationen vom Zeitbereich in den Frequenzbereich und zurück
107
6.1 Die Fouriertransformation
108
6.2. Die Diskrete Fouriertransformation (DFT)
111
6.3 Die Fast Fouriertransformation (FFT
113
6.4. Praktische Realisierung und Anwendung der DFT und FFT
114
6.5. Die Diskrete Cosinustransformation (DCT)
115
6.6 Signale im Zeitbereich und deren Transformierte im Frequenzbereich
118
6.7 Systemfehler der DFT bzw. FFT und deren Vermeidung
121
6.8 Fensterfunktionen
124
7 Videocodierung gemäß MPEG-2
127
7.1 Videokomprimierung
127
7.1.1 Zurücknahme der der Quantisierung von 10 auf 8 Bit
129
7.1.2 Weglassen der H- und V-Lücke
129
7.1.3 Reduktion der Farbauflösung auch in vertikaler Richtung (4:2:0
131
7.1.4 Weitere Schritte zur Datenreduktion
131
7.1.5 Differenz-Plus-Code-Modulation von Bewegtbildern
132
7.1.6 Diskrete Cosinustransformation mit nachfolgender Quantisierung
138
7.1.7 Zig-Zag-Scan und Lauflängencodierung von Null-Sequenzen
144
7.1.8 Huffmann-Codierung
145
7.2 Zusammenfassung
146
7.3 Aufbau des Videoelementarstroms
149
7.4 Modernere Videokomprimierungsverfahren
151
8 Komprimierung von Audiosignalen gemäß MPEG und Dolby Digital
153
8.1 Das digitale Audioquellensignal
153
8.2 Geschichte der Audiokomprimierung
155
8.3 Das psychoakustische Modell des menschlichen Ohres
156
8.4 Grundprinzip der Audiocodierung
161
8.5 Teilbandcodierung bei MPEG Layer I, II
164
8.6 Transformationscodierung bei MPEG Layer III
166
8.7 Mehrkanalton
168
9 Videotext, Untertitel und VPS gemäß DVB
169
9.1 Videotext und Untertitel
170
9.2 Video Program System (VPS
173
10 Digitale Videostandards im Vergleich
177
10.1 MPEG-1 und MPEG-2, Video-CD und DVD, M-JPEG und
177
10.2. MPEG-3, MPEG-4, MPEG-7 und MPEG-21
180
10.3 Physikalische Schnittstellen für digitale Videosignale
184
10.3.1 "CCIR601" Parallel und Seriell
185
10.3.2 Synchrone, parallele Transportstromschnittstelle (TS PARALLEL
186
10.3.3 Asynchrone serielle Transportstromschnittstelle (TS- ASI
188
11 Messungen am MPEG-2-Transportstrom
191
11.1 Verlust der Synchronisation (TS-Sync-Loss
192
11.2 Fehlerhafte Sync-Bytes (Sync_Byte_Error
194
11.3 Fehlende oder fehlerhafte Program Association Table (PAT) (PAT_Error
194
11.4 Fehlende oder fehlerhafte Program Map Table (PMT) (PMT_Error
195
11.5 Der PID_Error
196
11.6 Der Continuity_Count_Error
197
11.7 Der Transport_Error
199
11.8 Der Cyclic Redundancy Check-Fehler
199
11.9 Fehler der Program Clock Reference (PCR_Error, PCR_accuracy
200
11.10 Der Presentation Time Stamp Fehler (PTS_Error
202
11.11 Fehlende oder fehlerhafte Conditional Access Table (CAT_Error
203
11.12 Fehlerhafte Wiederholrate der Service Informationen (SI_Repetition_Error
204
11.13 Überwachung der Tabellen NIT, SDT, EIT, RST
205
11.14NichtreferenziertePID(unreferenced_PID
206
11.15 Fehler bei der Übertragung zusätzlicher Service Informationen SI_other_Error
206
11.16 Fehlerhafte Tabellen NIT_other, SDT_other_Error, EIT_other_Error
207
11.17 Überwachung eines ATSC-konformen Transportstroms
207
12 Bildqualitätsanalyse an digitalen TV-Signalen
209
12.1 Methoden zur Bildqualitätsmessung
211
12.1.1 Subjektive Bildqualitätsanalyse
212
12.1.2 Double Stimulus Continual Quality Scale Method DSCQS
213
12.1.3 Single Stimulus Continual Quality Scale Method SSCQE
213
12.2 Objektive Bildqualitätsanalyse
213
13 Grundlagen der Digitalen Modulation
221
13.1 Einführung
221
13.2 Mischer
223
13.3 Amplitudenmodulation
225
13.4 IQ-Modulator
227
13.5 Der IQ-Demodulator
235
13.6 Anwendung der Hilbert-Transformation bei der IQ-Modulation225 13.7. Praktische Anwendungen der Hilbert-Transformation
239
13.7. Praktische Anwendungen der Hilbert-Transformation
242
14 Übertragung von digitalen Fernsehsignalen über Satellit
245
14.1 Die DVB-S-Systemparameter
248
14.2 Der DVB-S-Modulator
251
14.3 Faltungscodierung
255
14.4 Signalverarbeitung im Satelliten
261
14.5 Der DVB-S-Empfänger
262
14.6 Einflüsse auf der Satellitenübertragungsstrecke
265
14.7DVB-S2
269
15 DVB-S Messtechnik
275
15.1 Einführung
275
15.2 Messung der Bitfehlerraten
276
15.3 Messungen an DVB-S-Signalen mit einem Spektrumanalyzer
278
15.3.1 Näherungsweise Ermittelung der Rauschleistung N
280
15.3.2 C/N, S/N und Eb/NO
281
15.3.3 Ermittelung des EB/N0
282
15.4 Messung des Schulterabstandes
283
15.5 DVB-S-Empfänger-Test
283
16 Die Breitbandkabelübertragung gemäß DVB-C
285
16.1 Der DVB-C-Standard
286
16.2 Der DVB-C-Modulator
288
16.3 Der DVB-C-Empfänger
289
16.4 Störeinflüsse auf der DVB-C-Übertragungsstrecke
291
17 Die Breitbandkabelübertragung nach ITU-T J83B
295
18 Messungen an digitalen TV-Signalen im Breitbandkabel
297
18.1 DVB-C/J83A,B,C-Messempfänger mit Konstellationsanalyse
298
18.2 Erfassung von Störeinflüssen mit Hilfe der Konstellationsanalyse
302
18.2.1 Additives weißes gauß'sches Rauschen (AWGN
302
18.2.2 Phasenjitter
305
18.2.3 Sinusförmiger Interferenzstörer
306
18.2.4 Einflüsse des IQ-Modulators
306
18.2.5 Modulation Error Ratio (MER) - Modulationsfehler
309
18.2.6 Error Vector Magnitude (EVM
311
18.3 Messung der Bitfehlerrate (Bit Error Rate BER
311
18.4 Messungen mit einem Spektrumanalyzer
312
18.5 Messung des Schulterabstandes
314
18.6 Messung der Welligkeit im Kanal bzw. Kanalschräglage
315
18.7 DVB-C/J83ABC-Empfänger-Test
315
19 Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex (COFDM
317
19.1 Warum Mehrträgerverfahren?
319
19.2 Was ist COFDM?
322
19.3 Erzeugung der COFDM-Symbole
327
19.4 Zusatzsignale im COFDM-Spektrum
335
19.5 Hierarchische Modulation
337
19.6 Zusammenfassung
338
20 Die terrestrische Übertragung von digitalen TV-Signalen über DVB-T.
339
20.1 Der DVB-T-Standard
342
20.2 Die DVB-T-Träger
343
20.3 Hierarchische Modulation
349
20.4 DVB-T-Systemparameter des 8/7/6-MHz-Kanals
351
20.5 DVB-T-Modulator und Sender
361
20.6 Der DVB-T-Empfänger
364
20.7 Störeinflüsse auf der DVB-T-Übertragungsstrecke
369
20.8 DVB-T-Gleichwellennetze (SFN
378
20.9 Mindestens notwendiger Empfängereingangspegel bei DVB-T
386
21 Messungen an DVB-T-Signalen
393
21.1 Messung der Bitfehlerraten
395
21.2 Messungen an DVB-T-Signalen mit einem Spektrumanalyzer
397
21.3 Konstellationsanalyse an DVB-T-Signalen
401
21.3.1 Weißes Rauschen (AWGN =Additive White Gaussian Noise
401
21.3.2 Phasenjitter
402
21.3.3 Interferenzstörer
403
21.3.4 Echos, Mehrwegeempfang
403
21.3.5 Dopplereffekt
403
21.3.6 IQ-Fehler des Modulators
403
21.3.7 Ursache und Auswirkung von IQ-Fehlern bei DVB-T
406
21.4 Messung des Crestfaktors
416
21.5 Messung des Amplituden-, Phasen- und Gruppenlaufzeitganges
416
21.6 Messung der Impulsantwort
417
21.7 Messung des Schulterabstandes
418
22 DVB-H - Digital Video Broadcasting for Handhelds
423
22.1 Einführung
423
22.2 Konvergenz zwischen Mobilfunk und Broadcast
425
22.3 DVB-H - die wesentlichen Parameter
427
22.4 DSM-CC Sections
428
22.5 Multiprotocol Encapsulation (MPE
429
22.6 DVB-H - Standard
430
22.7 Zusammenfassung
434
23 Digitales Terrestrisches Fernsehen gemäß ATSC (Nordamerika
439
23.1 Der 8VSB-Modulator
444
23.2 8VSB-Brutto- und Nettodatenrate
453
23.3 Der ATSC-Empfänger
454
23.4 Störeinflüsse auf der ATSC-Übertragungsstrecke
454
24 ATSC/8VSB-Messtechnik
457
24.1 Messung der Bitfehlerraten
458
24.2 8VSB-Messungen mit Hilfe eines Spektrumanalysators
459
24.3 Konstellationsanalyse an 8VSB-Signalen
460
24.4 Ermittelung des Amplituden- und Gruppenlaufzeitganges
462
25 Digitales Terrestrisches Fernsehen gemäß ISDB-T (Japan
465
26 Digital Audio Broadcasting - DAB
469
26.1 Vergleich DAB und DVB
470
26.2 DAB im Überblick
474
26.3 Der physikalische Layer von DAB
480
26.4 DAB - Forward Error Correction - FEC
490
26.5 DAB-Modulator und Sender
495
26.6 DAB-Datenstruktur
499
26.7 DAB-Gleichwellennetze
504
26.8 DAB Data Broadcasting
506
27 DVB-Datendienste: MHP und SSU
509
27.1 Data Broadcasting bei DVB
510
27.2 Object Carousels
511
27.3 MHP = Multimedia Home Platform
513
27.4 System Software Update - SSU
515
28 DMB-T und T-DMB
517
28.1DMB-T
517
28.2 T-DMB
517
29 Digitales Fernsehen weltweit - ein Ausblick
521
Abkürzungsverzeichnis
531
TV-Kanaltabellen
547
Sachverzeichnis
553
Alle Preise verstehen sich inklusive der gesetzlichen MwSt.