Digitale Fernsehtechnik in Theorie und Praxis (eBook)

Walter Fischer, Dipl.Ing.(FH), geb. 2.6.1961Studium 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).

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