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!. multimedia-technik ss’05. prof. dr. peter kneisel. inhalt. Grundlagen Was ist Multimedia Datenkompression Speichermedien Transfersysteme Anwendungen -> Dr. Haas Praktische Anwendungen Audio/Video Graphik/Bild Text/Internet. überblick kapitel 1 was ist multimedia.

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multimedia technik ss 05

!

multimedia-technik ss’05

prof. dr. peter kneisel

inhalt
inhalt
  • Grundlagen
    • Was ist Multimedia
    • Datenkompression
    • Speichermedien
    • Transfersysteme
  • Anwendungen
    • -> Dr. Haas
  • Praktische Anwendungen
    • Audio/Video
    • Graphik/Bild
    • Text/Internet
berblick kapitel 1 was ist multimedia
überblick kapitel 1 was ist multimedia
  • kurze erläuterung
  • involvierte branchen
  • der medienbegriff
  • klassifikation
  • eigenschaften
  • daten
berblick kapitel 2 datenkompression
überblick kapitel 2 datenkompression
  • bedarfsanalyse
  • quellen-, entropie- kodierung
  • grundlegende verfahren
    • LauflängenkodierungNullunterdrückungVektorquantisierungPattern SubstitutionHuffmann ....
  • angewandte verfahren
    • Überblick Audiokompression näheres in Kapitel Audiotechnik
    • Überblick Videokompression näheres in Kapitel Videotechnik
  • übersicht
berblick kapitel 3 speichermedien
überblick kapitel 3 speichermedien
  • Optische Speichermedien
  • Elektronische Speichermedien
kapitel 1 was ist multimedia
kapitel 1 was ist multimedia
  • was, warum, wer
  • der medienbegriff
  • definition multimedia
  • anforderungen multimedia
  • charakteristik kontinuierliche Medien
  • zusammenfassung kapitel 1
  • übung
1 1 was warum und wer
1.1 was, warum und wer
  • was • kurze erläuterung
  • warum • pädagogisches
  • wer • involvierte branchen
  • zusammenfassung w3
1 1 1 was kurze erl uterung
1.1.1 was • kurze erläuterung
  • MultiMedia bedeutet aus Benutzersicht:Zur Darstellung von Information wird nicht nur Text oder Graphik oder Tonsondern Text und Graphik und Toneingesetzt
  • Genauere Definition ...
  • ... später
1 1 2 warum p dagogisches
1.1.2 warum • pädagogisches
  • Durch multimediale Darstellung lassen sich Informationen natürlicher und einprägsamer darstellen

Der Mensch behält von dem,was er liest 10%

was er hört 20%

was er sieht 30%

was er liest, hört und sieht 70%

was er sagt 80%

was er sagt und tut 90%

1 1 3 wer involvierte branchen
1.1.3 wer • involvierte branchen
  • Telekommunikation
    • Breitbandkommunikation
    • IP-Telephonie
  • Unterhaltungsbranche
    • "braune Ware": Videorekorder, CD-Player, DVD
    • Computer/Consolen-Spiele
  • Studiotechnik
    • Fernseh- und Rundfunkanstalten
    • professionelle Audio- und Videotechnik
  • Verlage
    • Elektronischen Publizieren
    • enge Beziehungen zu Filmgesellschaften
1 1 4 zusammenfassung w 3

!

1.1.4 zusammenfassung w3
  • Zur Darstellung von Information wird Text, Bild und Ton verwendet
  • Dies erhöht en Aufmerksamkeits- und Merkbarkeitsgrad entscheident
  • Involviert in die Entwicklungen sind vor allem Telekommunikations- und Unterhaltungsbranche, die Studiotechnik und Verlage.
1 2 der medienbegriff
1.2 der medienbegriff
  • perzeptionsmedium
  • repräsentationsmedium
  • präsentationsmedium
  • speichermedium
  • übertragungsmedium
  • informationsaustauschmedium
  • zusammenfassung
  • schlussfolgerung
  • kleine übung
1 2 1 perzeptionsmedium
Abgeleitet von den menschlichen Sinnen:Wie nimmt der Mensch Informationen auf ?

Hören - auditive Medien:

Musik

Geräusch (Sound)

Sprache

Sehen - visuelle Medien

Einzelbild

Bild (Photo)

Graphik

Bewegtbild

Video

Animation

Text

!

1.2.1 perzeptionsmedium
  • Fühlen (Braille Schrift), Schmecken, Riechen
1 2 2 repr sentationsmedium
1.2.2 repräsentationsmedium
  • Abgeleitet von der rechnerinternen Darstellung:Wie wird die Information im Rechner kodiert ?
  • Beispiele:
    • Text ASCII, EBCDIC, UNICODE
    • Audio PCM-linear 16bit, .wav, .voc, .raw, ...
    • Graphik: Videotext (CEPT), GKS, PICT, Postscript, ...
    • Einzelbild Fax Gruppe 3, JPEG, GIF, TIFF, ...
    • Video PAL, SECAM, NTSC, CCIR-601, MPEG, ..
1 2 3 pr sentationsmedium
1.2.3 präsentationsmedium
  • Abgeleitet vom Hilfsmittel/Gerät zur Ein- und Ausgabe der Information:Worauf/Womit wird die Information ein- bzw. ausgegeben ?
  • Eingabe:
    • Tastatur
    • Kamera
    • Miktofon
    • DataGlove
  • Ausgabe
    • Papier
    • Bildschirm
    • Lautsprecher
    • Dual Shock Paddle
1 2 4 speichermedium
1.2.4 speichermedium
  • Abgeleitet vom verwendeten DatenträgerWorauf/Womit werden Informationen gespeichert ?
  • Nichtelektronische Speichermedien
    • Papier
    • Mikrofilm
    • ...
  • Elektronische Speichermedien
    • Magnetband
    • Diskette
    • Festplatte
    • CD-ROM
    • ...
1 2 5 bertragungsmedium
1.2.5 übertragungsmedium
  • Abgeleitet vom Träger der Information kontinuierlich übertragen kann.Worüber wird Information übertragen ?
  • Kabelgebundene Übertragung
    • Koaxialkabel
    • Hohlwellenleiter
    • Twisted Pair
    • Glasfaser
    • ...
  • Funkübertragung
    • Luft
    • Gas
    • Luftleerer Raum
1 2 6 informationsaustauschmedium
1.2.6 informationsaustauschmedium
  • Abgeleitet von den Datenträgern, die zur Übertragung von information verwendet werden.Welcher Informationsträger wird zum Austausch von Information zwischen Orten verwendet ?
  • Indirekte Übertragung mit Hilfe von (Zwischen)-Speichermedien :Papier, Mikrofilm, Diskette, ...
  • Direkte Übertragung über eine Übertragungsmedium
    • Koaxialkabel, Glasfaser, Luft, ...
1 2 7 zusammenfassung medienbegriff

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1.2.7 zusammenfassung medienbegriff
  • PerzeptionsmediumWie nimmt der Mensch Informationen auf ?
  • RepräsentationsmediumWie wird die Information im Rechner kodiert ?
  • PräsentationsmediumWorauf/Womit wird die Information ein-/ ausgegeben ?
  • SpeichermediumWorauf/Womit werden Informationen gespeichert ?
  • ÜbertragungsmediumWorüber wird Information übertragen ?
  • InformationsaustauschmediumWelcher Informationsträger wird zum Austausch von Information zwischen Orten verwendet ?
1 2 8 schlussfolgerung

!

1.2.8 schlussfolgerung

DasPerzeptionsmedium

(wie nimmt der Mensch die Information auf)

kommt dem Begriff Medium im Kontextder Informationsverarbeitung am nächsten.

1 2 9 kleine bung
Wo und wie ist das Fernsehen einzuordnen ?

Perzeptionmediumauditiv, visuell: Musik, Sprache, Geräusch, Bild, Graphik, Animation, Video

RepräsentationsmediumVideo/Audio (PAL)

PräsentationsmediumEingabe (Kamera, Mikrofon), Ausgabe (Bildschirm, Lautsprecher)

SpeichermediumMagnetband

ÜbertragungsmediumKoaxialkabel, Glasfaser, Luft, luftleerer Raum

InformationsaustauschmediumSpeichermedium, Übertragungsmedien

1.2.9 kleine übung
1 3 definition multimediasystem
1.3 definition multimediasystem
  • definition: kombination von medien
  • definition: unabhängigkeit
  • definition: kommunikationsfähigkeit
  • definition: rechnergestütze integration
  • zusammenfassung definition
1 3 3 definition kombination von medien
1.3.3 definition: kombination von medien
  • Qualitative Definition
    • Ein System, das mehrere bzgl. der Zeitkontinuität unterschiedliche Medien unterstützt
    • Beispiel
      • Lern-CDs  Kombination aus Text, Video und Audio
      • Web-Auftritt Kombination aus Text, Video
  • Quantitativ Definition
    • Ein System, welches mehr als ein Medium unterstützt
    • Beispiel
      • DTP  Kombination von Text und Graphik
      • Fernsehen  Kombination aus Video und Audio

Der Begriff Multimedia ist eher qualitativals quantitativ zu definieren

1 3 5 definition unabh ngigkeit

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

1.3.5 definition: unabhängigkeit
  • Die Medien müssen unabhängig voneinander zu verarbeiten sein
    • Gegenbeispiel: Film (Video) mit Untertitel (Text)
1 3 6 definition kommunikationsf higkeit
Austausch von Informationen über Rechnergrenzen hinweg

Gegenbeispiel: Offline Lern-CDs

In einem (kommunizierenden) Multimedia-System werden Informationen

als Daten mit einem kontinuierlichen und diskreten Medium,

digitisiert und in einzelnen Einheiten (Pakete)

übertragen

1.3.6 definition: kommunikationsfähigkeit

Kommunizierende

Multimediasysteme

1 3 4 definition rechnergest tze integration
1.3.4 definition: rechnergestütze integration

Das Multimediasystem muss in der Lage sein,

  • Medien rechnergesteuert zu verarbeiten
    • Gegenbeispiel: Videorekorder - Bloße Aufnahme/Wiedergabe von unterschiedlichen Medien ohne Möglichkeit der Verarbeitung
  • Medien integriert zu verarbeiten
    • Gegenbeispiel: Tabellenkalkulation setzt unterschiedliche Medien Text, Graphik, Tabellen oft nicht in Bezug
  • Medien gleichartig zu verarbeiten
    • Gegenbeispiel: e-Mail Programm: Video, Audio läßt sich oft nicht wie Text bearbeiten und/oder übertragen
1 3 5 zusammenfassung definition

!

1.3.5 zusammenfassung definition

Ein Multimediasystem ist durch die rechnergestützte, integrierte Erzeugung, Manipulation, Darstellung, Speicherung und Kommunikation von unabhängigen Informationen gekennzeichnet, die in mindestens einem kontinuierlichen und einem diskreten Medium kodiert sind.

1 4 anforderungen multimediasystem
1.4 anforderungen multimediasystem
  • synchronisation
  • datendurchsatz
  • echtzeit
  • zusammenfassung anforderungen
1 4 1 synchronisation

Zwischenspeicherbedarf

1.4.1 synchronisation
  • Asynchrone Übertragung
    • Keine zeitliche Restriktion
    • Anwendung: diskrete Medien (z.B. e-mail)
  • Synchrone Übertragung
    • Maximale Ende-zu-Ende Verzögerung
    • Anwendung: Audioübertragung
  • Isochrone Übertragung
    • Maximale und Minimale Ende-zu-Ende Verzögerung
    • Anwendung: Videoübertragung
  • Plesichrone Übertragung
    • Exakte Ende-zu-Ende Verzögerung
    • Anwendung: Breitbandkommunikation
1 4 2 datendurchsatz
1.4.2 datendurchsatz
  • kleine Datendurchsätze (Transferraten)
    • typisch: 2400bit/sec- 56kbit/sec
    • Technik: Modem, Telephonnetz
    • Anwendung: Text
  • mittlere Datendurchsätze
    • typisch: 64kbit/sec - 128kbit/sec
    • Technik: ISDN, europäisches Telephonnetz, GPRS
    • Anwendung: Text, komprimiertes Audio/Video
  • Hohe Datendurchsätze
    • typisch: 10Mbit/sec - 100Mbit/sec
    • Technik: LAN, B-ISDN (ATM)
    • Anwendung: Audio, Video
  • Sehr hohe Datendurchsätze
    • typisch: > 100Mbit/sec
    • Technik: LAN, B-ISDN (ATM)
    • Anwendung: HDTV, HD-Videokonferenzen, VOD
1 4 3 echtzeit
1.4.3 echtzeit
  • weiche Echtzeit
    • zur Übertragung/Verarbeitung von Informationen, auf die nicht "so schnell" reagiert werden muss
  • harte Echtzeit
    • zur Übertragung/Verarbeitung von Informationen, auf die innerhalb einer "sehr beschränkten Zeit" reagiert werden muss
1 4 4 zusammenfassung anforderungen

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1.4.4 zusammenfassung anforderungen

Ein Multimediasystem stellt hohe Anforderungen an

  • Synchronisation
    • zur korrekten Wiedergabe von Informationen ohne übermäßigen Speicheraufwand der End- und Zwischensysteme
  • Datendurchsatz
    • zur korrekten Wiedergabe von Informationen über die Zeit ohne Datenverluste
  • Echtzeit
    • zur zeitnahen Wiedergabe von informationen
1 5 charakteristik kontinuierliche medien
1.5 charakteristik kontinuierliche medien
  • zeitintervall
  • variation
  • zusammenhang
  • zusammenfassung charakteristik
  • kleine übung
1 5 1 zeitintervall

!

t

1.5.1 zeitintervall

Charakterisierung nach Zeitintervalle zwischen der vollständig abgeschlossenen Übertragung aufeinander-folgender Informationseinheiten (Paketen)

  • Konstant / streng periodisch
    • PCM-kodierte Sprache
  • Gruppenweise konstant / schwach periodisch
    • strukturierte Informationseinheiten
  • Aperiodisch
    • kooperative/dialogorientierteAnwendungen
1 5 2 variation

!

t

1.5.2 variation

Charakterisierung nach Variation der Datenmenge aufeinanderfolgender Informationseinheiten

  • Gleichbleibend / streng gleichmäßig
    • unkomprimiertes Audio/Video
  • Periodisch variierend / schwach gleichmäßig
    • komprimiertes Video (z.B) MPEG
      • Erstes Bild vollständig
      • Nächsten Bilder Differenzen
      • Danach wieder vollständig
  • Variierend / Ungleichmäßig
    • komprimiertes Video
      • Erstes Bild vollständig
      • danach nur Differenzen
1 5 3 zusammenhang

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t

1.5.3 zusammenhang

Charakterisierung nach Zusammenhang aufeinanderfolgender Pakete

  • Zusammenhängende Informationen
    • bezieht sich auf Nutz- und Zusatzinformationen
    • optimale Auslastung des Betriebsmittels
    • z.B. 64kbit/s Audio bei ISDN-Gespräch
  • Unzusammenhängende Informationen
    • oft Bandbreite Übertragungsmedium höher als Bandbreitenbedarf der information
    • z.B. Audio über Ethernet
1 5 4 zusammenfassung charakteristik

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1.5.4 zusammenfassung charakteristik
  • Charakterisierung nach Zeitintervalle zwischen der vollständig abge-schlossenen Übertragung aufeinander-folgender Informationseinheiten (Paketen)
  • Charakterisierung nach Variation der Datenmenge aufeinanderfolgender Informationseinheiten
  • Charakterisierung nach Zusammenhang aufeinanderfolgender Pakete
1 5 5 kleine bung

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1.5.5 kleine übung
  • Digitales FernsehenVideosignal, PAL-Verfahren aufgenommen, im Rechner ohne Kompression digitisiert und über die Luft digital übertragen.
    • Streng periodisch
    • streng gleichmäßig
    • zusammenhängend
  • Web-FernsehenMPEG kodiertes Videosignal, über 16Mbit/sec Token-Ring übertragen:
    • schwach periodisch
    • schwach gleichmäßig
    • unzusammenhängend
1 6 zusammenfassung kapitel 1
1.6 zusammenfassung kapitel 1
  • was, warum und wer
  • medienbegriff
  • schlussfolgerung medienbegriff
  • definition
  • anforderungen
  • charakteristik
1 6 1 was warum und wer

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1.6.1 was, warum und wer
  • Zur Darstellung von Information wird Text, Bild und Ton verwendet
  • Dies erhöht en Aufmerksamkeits- und Merkbarkeitsgrad entscheident
  • Involviert in die Entwicklungen sind vor allem Telekommunikations- und Unterhaltungsbranche, die Studiotechnik und Verlage.
1 6 2 medienbegriff

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1.6.2 medienbegriff
  • PerzeptionsmediumWie nimmt der Mensch Informationen auf ?
  • RepräsentationsmediumWie wird die Information im Rechner kodiert ?
  • PräsentationsmediumWorauf/Womit wird die Information ein-/ ausgegeben ?
  • SpeichermediumWorauf/Womit werden Informationen gespeichert ?
  • ÜbertragungsmediumWorüber wird Information übertragen ?
  • InformationsaustauschmediumWelcher Informationsträger wird zum Austausch von Information zwischen Orten verwendet ?
1 6 3 schlussfolgerung medienbegriff

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1.6.3 schlussfolgerung medienbegriff

DasPerzeptionsmedium

(wie nimmt der Mensch die Information auf)

kommt dem Begriff Medium im Kontextder Informationsverarbeitung am nächsten.

1 6 4 definition

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1.6.4 definition

Ein Multimediasystem ist durch die rechnergestützte, integrierte Erzeugung, Manipulation, Darstellung, Speicherung und Kommunikation von unabhängigen Informationen gekennzeichnet, die in mindestens einem kontinuierlichen und einem diskreten Medium kodiert sind.

1 6 5 anforderungen

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1.6.5 anforderungen

Ein Multimediasystem stellt hohe Anforderungen an

  • Synchronisation
    • zur korrekten Wiedergabe von Informationen ohne übermäßigen Speicheraufwand der End- und Zwischensysteme
  • Datendurchsatz
    • zur korrekten Wiedergabe von Informationen über die Zeit ohne Datenverluste
  • Echtzeit
    • zur zeitnahen Wiedergabe von informationen
1 6 6 charakteristik

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1.6.6 charakteristik
  • Charakterisierung nach Zeitintervalle zwischen der vollständig abge-schlossenen Übertragung aufeinander-folgender Informationseinheiten (Paketen)
  • Charakterisierung nach Variation der Datenmenge aufeinanderfolgender Informationseinheiten
  • Charakterisierung nach Zusammenhang aufeinanderfolgender Pakete
1 7 bung

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1.7 übung

Überlegen Sie sich eine "typische" multimediale Anwendung

  • Versuchen Sie, die Komponenten entsprechend der möglichen Medienklassifikationen einzuordnen.
  • Begründen Sie, weshalb Ihre Anwendung der Definition eines Multimediasystems entspricht.
  • Greifen Sie ein kontinuierliches Perzeptionsmedium heraus und charakterisieren Sie es.
kapitel 2 datenkompression
kapitel 2 datenkompression
  • einleitung
  • kodierverfahren
  • grundlegende verfahren
  • angewandte verfahren
  • zusammenfassung
2 1 einleitung
2.1einleitung
  • motivation
  • speicherbedarf
  • einteilung
  • zusammenfassung einleitung
2 1 1 motivation

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2.1.1motivation
  • Unkomprimierte Graphiken, Audio- und Videodaten fordern eine beträchtliche Speicherplatzkapazität
    • unkomprimierte Videodaten passen nicht auf CD oder DVD
  • Der Datentransfer dieser Medien fordert beträchtliche Bandbreiten
    • unkomprimierter Transfer von Videodaten ist über Primärmultiplex ISDN nicht möglich
  • Bestimmte Medien müssen für Speicherung und Transfer komprimiert werden
2 1 2 speicherbedarf

!

2.1.2 speicherbedarf
  • Text (640 x 480) / (8 x 8)= 4,8 Kbyte/Bildschirmseite
  • Bild
    • Vektorbild 500 Geraden x 10 Byte/Gerade = 5,0 Kbyte/Bild
    • Pixelbild 1024 x 768 x 24Bit = 2,3 Mbyte/Bildschirmseite
  • Audio
    • Sprache Telefon: 8 KHz Abtastung x 8 bit/Abtastung = 8 Kbyte/sec
    • CD-Musik: 44,1 KHz Abt. x 16 bit/Abt. x 2 (Stereo) = 172 Kbyte /sec
  • Video
    • PAL25 Bilder/sec x 625 x 833 Punkte x 3 Byte/Punkt = 37 Mbyte/sec
    • Digitales Video (CCIR 601)13,5MHz Lumin. + 2 x 6,75MHz Chromin. x 1 B/Pkt = 25 Mbyte/sec
    • HDTVCCIR 601 x 5,33 = 133 Mbyte/sec
2 1 3 anforderungen
2.1.3 anforderungen
  • Anwendungen im Dialog-Modus
    • Typisch für Bildübertragung und Videokonferenzen
    • Anforderungen
      • Ende-zu-Ende Verzögerung < 500 ms
      • Kompression, Dekompression < 150 ms (opt. 50 ms)
  • Anwendungen im Abfragemodus
    • Typisch für audiovisuelle Auskunftsysteme
    • Anforderungen
      • Schneller Vor- und Rücklauf mit Anzeige
      • Wahlfreier Zugriff auf Einzelbild < 500 ms (ohne Kontextinformation)
  • Anwendungen in Dialog und Abfragemodus
    • Anforderungen
      • Format unabhängig vom Darstellungsgerät
      • Adaptierbare Datenraten
      • Hoher Grad an Synchronisation
2 1 4 zusammenfassung einleitung

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2.1.4 zusammenfassung einleitung
  • Übertragung und Speicherung unkomprimierter Medien, insbesondere von Video, ist zu aufwendig
  • Die Datenmenge unkomprimierter Medien beläuft sich auf bis zu 133 Mbyte/sec (HDTV)
  • Anforderungen im Abfrage und Dialogmodus erfordern maximale Gesamtlaufzeiten (< 500 ms) und maximale KoDek-Zeiten ( < 150 ms)
2 2 kodierungverfahren
2.2 kodierungverfahren
  • überblick
  • grundsätzliche kodierungsarten
  • schritte bei der bildkompression
  • dekodierung
  • zusammenfassung
2 2 1 berblick

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2.2.1 überblick

Kodierungsart Ausprägung Verfahren

Entropiekodierung Lauflängenkod.

Statistische Kodierung Huffmann-Kod.

Arithmetische Kod.

Quellenkodierung Prädiktion DPCM

DM

Transformation FFT

DCT

Layered koding Bitposition

Unterabtastung

Subband-Kodierung

Vektorquantisierung

Hybride Kodierung JPEG

MPEG

H.263

...

2 2 2 grunds tzliche kodierungsarten

!

2.2.2 grundsätzliche kodierungsarten
  • Die Entropiekodierung
    • kodiert ungeachtet der zugrundliegenden Information.
    • betrachtet die zu komprimierten Daten als Bitsequenz.
    • es werden nur Redundanzen eliminiert, es geht keine Information verloren.
    • unterschiedliche Kompressionsquoten bei unterschied-lichen zu komprimierenden Daten.
  • Die Quellenkodierung
    • verwendet die Semantik der zu kodierenden Information.
    • ist oft verlustbehaftet.
    • ist abhängig vom zu kodierenden Medium.
    • Spezifika der Medien können gut genutzt werden.
    • wesentlich bessere Kompressionsraten bei "akzeptabler" Qualität.
2 2 3 schritte bei der bildkompression
2.2.3 schritte bei der bildkompression

Datenkompression durchläuft typischerweise vier Schritte:

1. Datenaufbereitung

  • erzeugt eine geeignete digitale Darstellung der Information
  • Bsp.: Zerlegung eines Bildes in Pixelblöcke

2. Datenverarbeitung

  • erster Schritt der Kompression, z.B. Transformation aus dem Zeitbereich in den Frequenzbereich

3. Quantisierung

  • Gewichtung der Amplituden und Zuordnung zu Quantisierungsstufen (nicht notwendigerweise linear)

4. Entropiekodierung

  • verlustfreie Kompression
2 2 4 dekodierung
2.2.4 dekodierung
  • Die Dekodierung erfolgt invers zur Kodierung
  • zwei Vorgehensweisen
    • Symetrische Kodierung
      • Der Aufwand zur Komprimierung und Dekomprimierung ist vergleichbar
      • Eingesetzt bei häufig wechselnden Datenquellen
      • Beispiel.: Life-CAMs
    • Asymmetrische Kodierung
      • Der Aufwand zur Komprimierung und Dekomprimierung ist ungleich
      • Meist ist der Aufwand bei der Dekomprimierung wesentlich einfacher
      • Oft Dekompression in Echtzeit
      • Eingesetzt bei konstanten Datenquellen
      • Bsp.: Audio-Visuelle Lern-CDs
2 2 5 zusammenfassung kodierungsverfahren

!

2.2.5 zusammenfassung kodierungsverfahren
  • Im wesentlichen unterscheidet manzwischen
    • Entropiekodierung
    • Quellenkodierung
    • hybride Kodierung
  • Die Kodierung besteht typischerweise aus vier Phasen:
    • Datenaufbereitung
    • Datenverarbeitung
    • Qualtisierung
    • Entropiekodierung
  • Die Dekodierung erfolgt invers zur Kodierung und kann symetrischn oder asymetrische Aufwände haben
2 3 grundlegende verfahren
2.3 grundlegende verfahren
  • lauflängenkodierung
  • huffmann-kodierung
  • prädiktion / relative kodierung
  • transformations-kodierung
  • unterabtastung
  • vektorquantisierung
  • spezialformen
2 3 1 laufl ngenkodierung

!

2.3.1 lauflängenkodierung

Beispiel:

ABCCCCCCCCDEFGGG

ABC!8DEFGGG

  • Voraussetzung
      • Datenfolge besteht aus vielen Unterfolgenden identischen Inhalts
  • Kodierung
    • Die Folgen gleichen Inhalts werden mit einem Markierungszeichen (oft M-Byte) markiert und mit dem Inhalt und der Länge der Folge kodiert
    • M-Byte als Markierung läßt sich durch Byte- /Bit-Stuffing eindeutig kennzeichnen, z.B.:
      • jedes Vorkommen des M-Bytes als Datum wird verdoppelt
      • oft Kompression ab 4 identischen Zeichen
  • Dekodierung
    • beim Dekompromieren wird jedes doppelt vorkommende M-Byte halbiert
    • Einfache M-Bytes, werden als M-Byte interpretiert und veranlassen eine Interpretation der folgenden Bytes
2 3 2 huffmann kodierung

!

2.3.2 huffmann-kodierung
  • Voraussetzung:
    • Es gibt unterschiedliche Häufigkeiten von Bit-Mustern (Bytes)
  • Kodierung
    • Die Häufigkeit des Auftretens der Bitmuster (Bytes) wird bestimmt
    • Die am häufigsten auftretenden Bytes werden mit kurzen Bitfolgen (Huffmann-kode) kodiert
    • Der Huffmann-code wird zur kodierung der Bitfolge verwendet
  • Dekodierung
    • Dekodierer besitzt identischen Huffmann-kode
    • Dekodierer setzt den Huffmann-code in Bytefolge um
2 3 2 huffmann kodierung beispiel

!

P(C)=0,09

P(E)=0,11

P(D)=0,13

P(A)=0,16

1

0

1

0

P(CE)=0,2

P(AD)=0,29

1

0

P(B)=0,51

P(CEAD)=0,49

1

0

P(BCEAD)=1,0

2.3.2 huffmann-kodierung • beispiel

sei

P(A) = 0,16

P(B) = 0,51

P(C) = 0,09

P(D) = 0,13

P(E) = 0,11

Kodierung

A = 000

B = 1

C = 011

D = 001

E = 010

Der Baum wird von oben nach unten mit den zwei Buchstaben (oder Buchstabengruppen) mit den jeweils kleinsten Wahrscheinlichkeiten schrittweise aufgebaut

2 3 3 pr diktion relative kodierung

!

2.3.3 prädiktion / relative kodierung
  • Voraussetzung
    • Aufeinanderfolgende Zeichen unterscheiden sich nicht stark
  • Kompression
    • Speicherung nur der Differenzen
  • Dekompression
    • Rekonstruktion der Zeichen durch Ableitung ab dem ersten Zeichen
  • Anwendungen:
    • Bild-kodierung: Kanten bei Bildern liefern große Unterschiede, Flächen kleine (0).
    • Aufeinanderfolgende Videobilder unterscheiden sich oft nur in Details
    • Differencial Pulse kodeModulation (DPCM) nur die Amplitudendifferenzen werden, mit weniger Zeichen, kodiert
2 3 4 transformations kodierung

!

2.3.4 transformations-kodierung
  • Kodierung
    • Transformation in einen anderen mathematischen Raum
  • Dekodierung
    • Rücktransformation
  • Beispiele:
    • Schnelle Fouriertransformation (FTT)
    • Diskrete Kosinus-Transformation (DCT)
    • Subband-Kodierung
      • Transformation nur einzelner Anteile des Spektrums
      • sehr gut geeignet für Sprachkodierung
2 3 5 unterabtastung

!

2.3.5 unterabtastung
  • Die Datenquelle wird nicht mit der zur vollständigen Rekonstruktion notwendigen Frequenz abgetastet
  • Notwendige Frequenz
    • 2 x Grenzfrequenz (Shannonsches Abtasttheorem)
  • Dabei werden Eigenschaften der menschlichen Physiologie ausgenutzt
    • Reduktion des Qualitätsverlustes
    • Beispiel Videokompression:Hohe Abtastfrequenz der Luminanz,niedrige Abtastung der Chrominanz (YUV statt RGB),da der Mensch Helligkeitsunterschiede wesentlich deutlicher wahrnimmt als Farbunterschiede
2 3 6 vektorquantisierung

!

2.3.6 vektorquantisierung
  • Voraussetzung:
    • Datenfolge besteht aus vielen Unterfolgen ähnlicher (Bit-) Muster
  • Kodierung
    • Datenstrom wird in Blöcke zu n Bytes unterteilt
    • Eine Tabelle enthält ein Menge von (Byte-)Mustern
    • Ein Muster in einem Datenstrom-Block wird den Index eines ähnlichen Musters in der Tabelle indiziert.
    • Die Tabelle kann mehrdimensional sein, damit ist der Index ein Index-Vektor.
  • Dekodierung
    • Dekodierer besitzt identische Muster-Tabelle
    • Dekodierer übersetzt Index (-Vektor) in Byte-Muster und fügt dies zu einer Datenfolge zusammen
2 3 7 spezialformen i
2.3.7 spezialformen I
  • Nullunterdrückung
    • Spezialform der Lauflängenkodierung.
    • Zusammenfassung nur der 0-Bytes
  • Pattern Substitution
    • Spezialform der Vektorquantisierung
    • Ermittlung des exakten Musters aus Tabelle
    • Markierung eines Treffers über Markierungs-Byte (M-Byte)
    • Verwendung auch bei Bild/Video mit Farbtabellen
  • Diatonic Enkoding
    • Spezialform des Pattern Substitution
    • Muster sind Buchstaben-Paare und ergeben sich aus semantischen Eigenschaften der zu kodierenden Sprache
2 3 7 spezialformen ii
2.3.7 spezialformen II
  • Delta-Modulation
    • Spezial form der Differential Pulse code Modulation (DPCM)
    • Kodierung der Differenzwerte 1 bit (steigend/fallend)
  • Adaptiver DPCM
    • Spezial form der Differential Pulse code Modulation (DPCM)
    • Kennzeichnung leiser und hochfrequenter Stellen und entsprechende Quantisierung mit den Differenzwerten
  • Adaptive Huffmann Kodierung
    • Spezialfall der Huffmann kodierung
    • kode-Tabelle wird dynamisch erstellt und geändert
2 3 7 zusammenfassung grundlegende verfahren

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2.3.7 zusammenfassung grundlegende verfahren
  • Entropiekodierung
    • Lauflängenkodierung
    • huffmann-kodierung
  • Quellenkodierung
    • prädiktion / relative kodierung
    • transformations-kodierungen
    • unterabtastung
    • vektorquantisierung
  • Es gibt zu vielen "reinen" Kodierungsverfahren Spezialformen
2 4 angewandte verfahren
2.4 angewandte verfahren
  • JPEG
  • H.261 / H.263
  • MPEG
  • fraktale kompression
2 4 1 jpeg bersicht

!

2.4.1 JPEG • übersicht
  • Von der Joint Photographics Expert Group (Joint CCITT and ISO) ab 1982 entwickelt
  • Anforderungen
    • Unabhängigkeit von der Bild- und Pixelgröße, von der Farbvielfalt und der statistischen Farbverteilung.
    • Durchführbarkeit der Kodierung/Dekodierung von in akzeptabler Geschwindigkeit per Software mit Standardprozessor.
    • Sequenzielle (Zeile um Zeile) und progressive (immer weiter verfeinernd) Dekodierung.
    • Verlustfreie und hierarchische (unterschiedliche Auflösungen) Kodierung.
  • 1992 als ISO-Norm verabschiedet
2 4 1 jpeg modi und durchf hrung

Bildauf-bereitung

Bildver-arbeitung

FDCT

Quanti-sierung

Entropie-kodierung

2.4.1 JPEG • modi und durchführung
  • Verlustbehaftetet DCT-basierter Modus
    • einziger Modus, der von jedem JPEG-Dekoder unterstützt werden muß
  • Erweiterter verlustbehafteter DCT-basierter Modus erweitert den Basis Modus
  • Verlustfreier Modus
    • wesentlich geringerer Kompressionsfaktor
  • Hierarchischer Modus
    • beinhaltet Bilder verschiedener Auflösung, die jeweils entsprechend einem der vorgenannten Modi kodiert wurde.
2 4 1 jpeg vier schritte modus 1
1. Bildung von Ebenen (eventuell unterschiedlicher Auflösung)

Beispiel: RGB - 3 Ebenen, YUV - 3 Ebenen, BMP - 1 Ebene

2. Transformation / Inverse Transformation der Bildpunkte mittels Diskreter Kosinus-Transformation (DCT)

3. Quantifizierung der einzelnen Pixel pro Ebene per Tabelle

8/12 bit (verlustbehaftet) 2-12 bit pro Ebene (verlustfrei)

4. Entropiekodierung

Lauflängen

Huffman

Arithmetisch

2.4.1 JPEG • vier schritte (modus 1)
2 4 2 h 261 h 263
2.4.2 H.261 / H.263
  • 1990: CCITT Empfehlung H.261: Video kodec for Audiovisual Services at px64 Kbit/s
    • Speziell konzipiert für ISDN (auch Primärmultiplex)
    • Auch als px64 bezeichnet
    • max Verzögerung für (De)Kodierung < 150 ms
  • 1996: CCITT Empfehlung H.263:
    • Verfeinerung der Kompressionsalgorithmen von H.261
    • Konzipiert auch für kleinere Übertragungsraten (z.B. V.34)
  • Unterschiede von H.263 bzgl H.261
    • Kleinere Genauigkeit bei Bewegungen
    • Aushandelbare optionale Teile bei H.263 erlauben CoDec-Optimierung  oft Faktor 2 schneller bei gleicher Qualität
    • neben QCIF und CIF 3 zusätzliche Auflösungen: SQCIF, 4CIF, 16CIF (Common Interface Format)
2 4 2 h 261 h 263 formate
2.4.2 H.261 / H.263 • formate
  • 29,97 Pic/sec komprimiert auf min 15 Pic/sec
  • Pixelkodierung nach CCIR 601(Luminanz) Y : Cb : Cr (Chrominanz) = 2:1:1
  • Seitenverhältnis 4:3
  • Common Interface Format
    • CIF 352 x 288 (Luminanz) 176 x 144 (Chrominanz)
      • 36,45 Mbit/sec
    • (Quarter)QCIF 176 x 144 bzw. 88 * 72
      • 9,115 Mbit/sec
      • Kompressionsrate für ISDN-B-Kanal bei 10 Bilder/sec  1:47,5 (was heute gut machbar ist)
2 4 2 h 261 h 263 kodierung

!

Bild n+1

unterscheidet

sich von Bild n

durch die um die

Vektoren verschobenen

Teile

Bild n mitDynamic PCM

erfasst und mit

DCT kodiert, dient

als Muster für

Bild n+1

?

Wer ist

gestorben

2.4.2 H.261 / H.263 • kodierung
  • Intraframe (jedes Bild wird für sich kodiert)
    • Kodierung nach DCT (wie JPEG)
  • Interframe (es werden Deltas verwendet)
    • Prädiktionsverfahren, als Mustertabelle wird vorangegangenes Bild verwendet
    • Muster sind als DPCM-kodierte und anschließend DCT komprimierte Makroblöcke abgelegt
    • Bewegungsvektor des Musters wirdentropiekodiert (z.B. Lauflängenkodierung)
2 4 4 fraktale kompression

!

2.4.4 fraktale kompression
  • Verfahren:Keine Übertragung von Pixelinformation
    • Übertragung von Transformationsfunktion, die auf ähnliches Bild iterativ angewandt werden muss
    • Ausnutzung der Selbstähnlichkeit von Bildern
  • Transformationsfunktion besteht aus
    • Skalierung, Verschiebung, Rotation,
    • Kontrast/Helligkeitsänderung
  • Eigenschaften
    • Unabhängig von Bildgröße
    • frei skalierbare Qualität (je nach Anzahl Iterationsschritte)
    • Kompressionsfaktor 1:1000 erreichbar
  • Nachteile
    • sehr Rechenzeitintensiv
    • schlechte Effizienz bei Graphiken
2 4 5 zusammenfassung angewandte verfahren
2.4.5 zusammenfassung angewandte verfahren
  • JPEG ist der Standard für die Einzelbildkodierung
    • bis zu 255 Bildebenen
    • bis zu 65535 x 65535 große Bilder
    • unterschiedliche Qualitätsstufen
      • 0,25 bit/Pixel - 0,5 bit/Pixel: mäßige Qualität
      • 0,5 bit/Pixel - 0,75 bit/Pixel: gute Qualität
      • 0,75 bit/Pixel - 1,5 bit/Pixel: sehr gute Qualität
      • 1,5 bit/Pixel - 2 bit/Pixel: Vom Original nicht zu unterscheiden
  • H.261 / H.263
    • Standard Verfahren für Videotelephonie
    • vorangetrieben durch Netzbetreiber
    • zugeschnitten auf ISDN
    • zufriedenstellend ab CIF
2 5 zusammenfassung
2.5 zusammenfassung
  • einleitung
  • kodierungsverfahren
  • grundlegende verfahren
  • angewandte verfahren
2 5 1 einleitung

!

2.5.1 einleitung
  • Übertragung und Speicherung unkomprimierter Medien, insbesonder von Video, ist zu aufwendig
  • Die Datenmenge unkomprimierter Medien beläuft sich auf bis zu 133 Mbyte/sec (HDTV)
  • Anforderungen im Abfrage und Dialogmodus erfordern maximale Gesamtlaufzeiten (< 500 ms) und maximale KoDek-Zeiten ( < 150 ms)
2 5 2 kodierungsverfahren
2.5.2 kodierungsverfahren
  • Im wesentlichen unterscheidet man zwischen
    • Entropiekodierung
    • Quellenkodierung
    • hybride Kodierung
  • Die Kodierung besteht typischerweise aus vier Phasen:
    • Datenaufbereitung
    • Datenverarbeitung
    • Qualtisierung
    • Entropiekodierung
  • Die Dekodierung erfolgt invers zur Kodierung und kann symetrischn oder asymetrische Aufwände haben
2 5 3 grundlegende verfahren
2.5.3 grundlegende verfahren
  • Entropiekodierung
    • Lauflängenkodierung
    • huffmann-kodierung
  • Quellenkodierung
    • prädiktion / relative kodierung
    • transformations-kodierungen
    • unterabtastung
    • vektorquantisierung
  • Es gibt zu vielen "reinen" Kodierungsverfahren Spezialformen
2 5 4 angewandte verfahren
2.5.4 angewandte verfahren
  • JPEG ist der Standard für die Einzelbildkodierung
    • bis zu 255 Bildebenen
    • bis zu 65535 x 65535 große Bilder
    • unterschiedliche Qualitätsstufen
      • 0,25 bit/Pixel - 0,5 bit/Pixel: mäßige Qualität
      • 0,5 bit/Pixel - 0,75 bit/Pixel: gute Qualität
      • 0,75 bit/Pixel - 1,5 bit/Pixel: sehr gute Qualität
      • 1,5 bit/Pixel - 2 bit/Pixel: Vom Original nicht zu unterscheiden
  • H.261 / H.263
    • Standard Verfahren für Videotelephonie
    • vorangetrieben durch Netzbetreiber
    • zugeschnitten auf ISDN
    • zufriedenstellend ab CIF
kapitel 3 speichermedien
kapitel 3 speichermedien
  • überblick
  • basistechnologien (read only)
  • CD-DA
  • CD-ROM
  • CD-ROM/XA
  • CD-I
  • weitere Formate (read only)
  • CD-R/WO
  • CD-MO/RW
  • DVD
  • logische Formate
3 1 berblick
3.1 überblick
  • anforderungen
  • historie • bis zur CD-ROM
  • historie • erweiterungen
  • historie • beschreibbare CD
  • zusammenfassung überblick
3 1 1 anforderungen
Anforderungen Multimedia

hohe Speicherkapazität

wahlfreier Zugriff

Transportabilität

geringe Kosten

schneller Lese-/Schreibzugriff

Verfügbarkeit Lesegeräte

Handhabung

Speichermedien

Magnetische

Diskette

Festplatte

Magnetbänder (TK50, DAT, ...)

Optische

Compact Disc (CD, DVD)

!

3.1.1 anforderungen

      

      

      

      

3 1 2 historie bis zur cd rom
3.1.2 historie • bis zur CD-ROM
  • 1973 Video Long Play (VLP) Bildplatte
    • analoge (wertdiskret, zeitkontinuierlich) Technik
    • wenig Erfolg
  • 1982 Compact Disc Digital Audio (CD-DA)
    • digitale Technik.
    • Spezifiziert von Philips/Sony (Red Book)
    • 30 Mio CD-DA-Player, 450 Mio CDs in ersten 5 Jahren
  • 1985 CD read only Memory (CD-ROM)
    • spezifiziert von Philips/Sony (Yellow Book)
    • 1988 Spezifikation der physikalischen Struktur (ECMA-119)
    • Konsortium High-Sierra Proposal: Spezifikation der logischen Struktur (ISO 9660,)
3 1 3 historie erweiterungen
3.1.3 historie • erweiterungen
  • 1986 CD interactive (CD-I)
    • spezifiziert von Philips/Sony (Green Book)
  • 1987 Digital Video Interactive (DVI)
    • spezifiziert von Philips/Sony
    • (De-)Kompression von Video-/Audiodaten auf CD-ROM
  • 1989 CD-ROM extended Architecture (CD- ROM/XA)
    • spezifiziert von Philips/Sony
    • Spezifikation für mehrere Medien auf optischen Datenträgern
3 1 4 historie beschreibbare cd
3.1.4 historie • beschreibbare CD
  • 1991 CD write once (CD-WO / CD-R)
    • Spezifiziert im Orange Book
    • einmal beschreibbar
  • 1991 CD magneto optical (CD-MO)
    • Spezifiziert im Orange Book
    • mehrmals beschreibbar
  • 1995 CD read write (CD-RW)
    • Spezifiziert (1991) im Orange Book
    • löschbare und mehrmals beschreibbare CD
  • 1997 Digital Video Disc (DVD)
    • Spezifikation vom DVD-Konsortium
3 1 5 zusammenfassung berblick

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3.1.5 zusammenfassung überblick
  • Die Anforderungen von Multimediasystemen an eine Speichermedium sind z.Z. nur mit optischen Speichermedien realisierbar
  • Die Entwicklung vollzog sich bislang in drei Etappen
    • Bis zur CD-ROM
    • Erweiterung, insbesondere der logischen Struktur auf CD-ROM
    • Erweiterung der physikalischen Fähigkeit um die Beschreibbarkeit
  • Die "Krone" der aktuellen Entwicklung stellt die DVD dar
  • Die Entwicklung wird weiter rasant verlaufen
3 2 basistechnologie read only
3.2 basistechnologie (read only)
  • aufbau
  • ausprägungen
  • digitale informationsdarstellung
  • problem: zugriffsgeschwindigkeit
  • zusammenfassung basistechnologie
3 2 1 aufbau

!

Schutzschicht

pit

Reflexionsschicht

1,2 m

land

Substratschicht

(Polykarbonat)

0,6 m

1,6 m

3.2.1 aufbau
  • Abtastung durch Laserstrahl ca. 780 nm, 1 m Fokus in 1 mm Abstand
  • Eine Spur (nicht wie bei HD), von innen nach außen
  • 1,66 bit / m, 1 Mio bit/mm2
  • Keine Verschleiß, keine magnetischen Effekte
3 2 2 auspr gungen
analoge aufzeichnung

wertdiskret (0, 1)

zeitkontinuierlich

Übergang zwischen 0 / 1 / 0 kann zu jedem Zeitpunkt erfolgen

Bsp.Video Long Play (VLP)

Digitale Aufzeichnung

wert- und zeitdiskret

3.2.2 ausprägungen
3 2 3 digitale informationsdarstellung

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3.2.3 digitale informationsdarstellung
  • Kodierung
    • pits und lands kodieren logische Nullen
    • Flanken zwischen pit/land bzw. land/pit kodiereb logische Einsen
  • Zwei aufeinander folgende Einsen sind nicht darstellbar
    • Einfügen von Füllbits zwischen die bits eines Bytes und zwischen Bytes (sog. Verbindungsbits)
  • Synchronisation
    • Synchronisation der CD in der Zeit über Synchronisations-Bitmuster
  • Fehlererkennung
    • Redundante Bits zur Fehlererkennung und -korrektur
3 2 4 problem zugriffsgeschwindigkeit
3.2.4 problem: zugriffsgeschwindigkeit
  • Zugriffszeiten von ca. 400 bis ca. 100 msec akzeptabel für Audio, für Daten im Vergleich zur HD (6 ms) schlecht.
  • Gründe:
    • SynchronisationszeitenEinstellung der internen Taktfrequenz auf CD-Signalmehrere ms
    • Rotationsverzögerungbei 1 x Geschwindigkeit ca. 300msbei 40 x Geschwindigkeit ca. 6,3 ms
    • Seek-ZeitEinstellung des exakten Radiusesca. 100ms
  • Mögliche Zeiten: unter 100ms
3 2 5 zusammenfassung basistechnologie

!

3.2.5 zusammenfassung basistechnologie
  • Eine Compact Disk besteht aus
    • einem Substrat
    • auf das eine reflektierende Schicht aufgebracht ist.
    • Die Reflexionsschicht wird durch eine transparente Schutzschicht vor Beschädigung geschützt
  • Nach den wenig erfolgreichen analogen Aufzeichnungsverfahren wird heute nur noch digital aufgezeichnet.
  • Die physikalische Informationsdarstellung ist extrem redundant
  • Die Zugriffsgeschwindigkeit mit nicht viel weniger als 100ms gilt als grundsätzliches Problem
3 3 cd da
3.3 CD-DA
  • technische daten
  • physikalische grenzen
  • fehlerkorrektur
  • frames
  • aufbau einer CD
  • zusammenfassung CD-DA
3 3 1 technische daten
3.3.1 technische daten
  • Durchmesser: 12 cm
  • konstante Bahngeschwindigkeit
    • Constant linear Velocity, CLV
    • Umdrehungszahl abhängig vom Radius der Bahn
    • Spiralförmige Spur mit ca. 20000 Windungen (LP: 850 Windungen)
  • Länge der Pits: n x 0,3 m
  • 44,1 KHz Abtastrate (PulseCodeModulation) à 16 bit Stereo (172,3 Kbyte/sec)
  • Dynamik 96dB (LP: 50-60dB)
  • Laufzeit: mindestens 74 min
    • Nutzdaten (ohne Fehlerkorrektur) 747 Mbyte
3 3 2 physikalische grenzen

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3.3.2 physikalische grenzen
  • Probleme
    • Jeder Wechsel Pit/Land bzw. Land/pit entspricht einer Eins. Eins-Folgen lassen sich aufgrund der Laserauflösung nicht korrekt lesen.
      • Der minimale Abstand ist 2 bit (also 1001)
    • Lange Null-Folgen (Pit-Plateaus oder Land-Täler) erschweren die Synchronisation
    • Nicht nur innerhalb eines Bytes, sondern auch zwischen benachbarten Bytes können Eins-Folgen entstehen
  • Eight-to-Fourteen Modulation (EFM) fügt Bits ein
    • Ein Byte wird mit 14 bit kodiert
      • z.B. 00000000  01001000100000
  • 3 Füllbits verhindern Eins-Folgen zwischen Bytes
3 3 3 fehlerkorrektur

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3.3.3 fehlerkorrektur
  • Fehler resultieren meist aus Kratzer und Verschmutzung und sind burst-artig
  • Fehlerbehandlung in zwei Ebenen(Cross Interleaved Reed Solomon)
    • 1. Ebene Verfahren nach Reed-Solomon
      • Aus 24 Audiobytes werden 2 Gruppen von je 4 Korrekturbytes gebildet
      • Erste Gruppe korrigiert Einzelbytefehler
      • Zweite korrigiert Doppelbytefehler und erkennt weitere Fehler
    • 2. Ebene: Framekonzept
      • hintereinanderliegende Datenbytes auf mehrere Frames (588 Kanalbitblöcke / 24 Audiobytes) verteilt
      • so betrifft ein burst-artiger Fehler nur wenige Bytes
  • Fehlerrate 10 -8 : Kratzer von 7.7 mm, Löcher von 2mm können erkannt werden
3 3 4 frames

Füllbits

EFM

2 x 12 x 14 + 3

588 bits

3.3.4 frames
  • Audiodaten
    • Je zwei Gruppen à 12 Audiobytes, Jede Gruppe enthält Low- bzw. High-Byte des linken und rechten Kanals.
  • Fehlerkorrektur: wie oben beschrieben
  • Control- und Display Byte
    • 8-bit (sog. P,Q,R,S,T,U,V,W-Subchannels)
    • Die Subchannels von 98 Frames werden zu Blöcken (Subchannel-frames) zusammengefasstdavon sind 72 bit Nutzinformation
      • P-Subchannel: Unterscheidung CD-DA / CD mit Daten
      • Q-Subchannel: Inhaltsverzeichnisses, Zeiten
  • Synchronisationsmuster
    • Kennzeichnung des Framestarts mit 12 Einsen, 12 Nullen und 3 Füllbits

2 x 4 x 14 + 3

14 + 3

24 + 3

2 x 12 x 8 = 192 bits

3 3 5 aufbau einer cd
3.3.5 aufbau einer CD
  • 3 Bereiche
    • Lead-in: Inhaltsverzeichnis mit Beginn aller Tracks
    • Tracks zur Speicherung der Daten
    • Lead-out: Zur Begrenzung der Tracks
  • Tracks
    • max. 99 Tracks pro CD-DA
    • Jeder Track kann mehrere positionierbare Index-Points besitzen
    • Meist nur zwei Index-Points:
      • IP0: Anfang des Tracks
      • IP1: Anfang der Audiodaten
      • IP1 - IP0 wird als Track-Pregap bezeichnet (2 - 3 Sec)
  • Blöcke
    • 98 Frames werden logisch zu Blöcken zusammengefasst
    • In Blöcken sind nur Subchannels von Bedeutung
3 3 6 zusammenfassung cd da

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3.3.6 zusammenfassung CD-DA
  • CD-DAs speichern Musik in einer, vergleichbar zur LP, herausragenden Qualität.
  • Aufgrund physikalischer Grenzen müssen Eins-Eins-Sequenzen durch die Eight-Fourteen-Modulation (EFM) und Füllbits vermieden werden.
  • Die CD-DA besitzt ausgereifte Mechanismen zur Korrektur von burst-artigen Fehlern.
  • Audiodaten werden in Frames mit Fehlerredundanz-, Informations- und Synchronisationsdaten logisch zusammengefasst.
  • Eine CD-DA besteht, neben einem ein- und ausführenden Teil, aus bis zu 99 Tracks.
3 4 cd rom
3.4 CD-ROM
  • anforderungen
  • ansatz
  • modi
  • überblick datenhierarchie
  • zusammenfassung
3 4 1 anforderungen
3.4.1 anforderungen
  • CD-ROM sollen neben Audiodaten auch Rechnerdaten und weitere Medien speichern können.
  • Die CD-ROM soll den wahlfreien Zugriff auf die Daten ermöglichen
    • die CD-DA besitzt als Positionspunkte nur die Tracks mit ihren (meist 2) Index-Points
    • die Auflösung der Positionierung bei CD-ROM soll höher sein
  • Die CD-ROM soll eine gegenüber der CD-DA verbesserte Fehlerkorrektur besitzen
3 4 2 ansatz
3.4.2 ansatz
  • die CD-ROM kennt zwei Typen von Tracks
    • Audio-Tracks
      • entsprechen der CD-DA
    • Daten-Tracks
  • Innerhalb der Tracks darf nur ein Medium gespeichert sein
  • Eine CD-ROM kann aber unterschiedliche Medien beinhalten
    • gemischte CD-ROMS werden als Mixed Mode Disc bezeichnet
    • im Mixed Mode werden zunächst die Datentracks und anschließend die Audio-tracks angeordnet
3 4 3 modi

!

3.4.3 modi
  • Mode 0
    • dient zur Abgrenzung von Speicherblöcken
    • alle Nutzdaten sind auf Null gesetzt
  • Mode 1
    • zur Fehleredundanten Speicherung von Daten
    • Aufteilung des Blocks:
      • Verwaltungsinformation (16 Bytes: Sync, Header)
      • Daten (2048 Bytes)
      • Fehlerredundanz (280 Bytes, damit Fehlerrate < 10-12)
    • 650 Mbyte pro CD-ROM
  • Mode 2
    • für weitere Medien
    • Aufteilung der Blöcke
      • Verwaltungsinformation (16 Bytes: Sync, Header)
      • Daten (2336 Bytes)
    • 741,85 Mbyte pro CD
3 4 4 berblick datenhierarchie

CD

330000 Blöcke

Block

2352 Nutzbytes / 7203 Kanalbytes,

12

4

2336 Nullen

73,5 (frame)

73,5 (frame)

... 98 x ...

73,5 (frame)

Audio

12

4

2048 Daten

4 CRC

8

276 CRC

12

4

2336 Daten

Mode 0

Mode 1

Mode 2

3.4.4 überblick datenhierarchie

Vier Arten von Blöcken

3 4 5 zusammenfassung cd rom

!

3.4.5 zusammenfassung CD-ROM
  • Die CD-ROM soll wahlfrei und fehlerunanfällig multimediale Daten zugänglich machen
  • Neben Audio-Blöcken gibt es Modi für Rechnerdaten und sonstige Medien
  • Die Datenhierarchie unterteilt eine CD-ROM in Blöcke (entweder Audio, Daten oder sonstiges Medium) die wiederum entsprechend ihres Verwendungszweckes unterstrukturiert sind
3 5 cd rom xa
3.5 CD-ROM/XA
  • ansatz
  • forms
  • daten innerhalb der forms
  • zusammenfassung CD-ROM/XA
3 5 1 ansatz
3.5.1 ansatz
  • Gleichzeitige Wiedergabe von Medien soll ermöglicht werden
    • die ist bei CD-ROM nicht vorgesehen
    • "historische" Vorgänger: CD-I, DVI
  • Ansatz
    • Erweiterung der CD-ROM Spezifikation
    • Verwendung von Mode-2 Blöcken
    • die Verzahnung unterschiedlicher Medien innerhalb eines Tracks ist möglich
    • Definition von zwei Untermodi, sog. Forms
3 5 2 forms
Form 1

verbesserte Fehlererkennung und -korrektur

Definition eines Sub-Headers

Form 2

auf Kosten der Fehlerbehandlung eine um 13% höhere Datenausnutzung

Sync12

Head4

SubHead8

Data2048

EDC4

ECC276

Sync12

Head4

SubHead8

Data2324

EDC4

3.5.2 forms
3 5 3 daten innerhalb der forms
3.5.3 daten innerhalb der forms
  • Audiodaten mit ADPCM (adaptive Difference Pulse Modulation) komprimiert
    • Differenz wird jeweil mit 4 bit kodiert
    • 19 Stunden Musik theoretisch möglich
    • dadurch Kombination mit anderen Medien möglich
  • 4 Audio-Qualitätssstufen
    • Level B Stereo
      • Abtastfrequenz 37,8 KHz (CD-DA 41,1 KHz)
      • Kompressionsrate zu CD-DA 4:1 (4 Stunden, 48 min Musik)
    • Level B Mono
      • Kompressionsrate 8:1 (8 Stunden, 36 min Musik)
    • Level C Stereo
      • Abtastfrequenz 18,9 KHz
      • Kompressionsrate 8:1
    • Level C Mono
      • 19 Stunden, 12 min Musik
3 5 4 zusammenfassung cd rom xa

!

3.5.4 zusammenfassung CD-ROM/XA
  • Gleichzeitige Wiedergabe verschiedener Medien möglich
  • Nutzt Mode-2 der CD-ROM Spezifikation für Erweiterungen
    • form 1: sehr fehlerredundante Daten
    • form 2: 13% mehr Daten
  • Für das Audio-Format sind 4 Qualitätsstufen bis zum Kompressionsfaktor 1:16 (bzgl. CD-DA) spezifiziert.
  • MPEG verwendet kein adPCM und ist zu CD-ROM/XA nicht komatibel
3 6 cd i
3.6 CD-I
  • ansatz
  • medien
  • zusammenfassung CD-I
3 6 1 ansatz
3.6.1 ansatz
  • CD-I soll(te) multimediale Anwendungen in der Unterhaltungselektronik verfügbar machen
  • CD-I ist nicht nur ein Speichermedium sondern ein System, bestehend aus
    • optisches Speichermedium
    • Abspielgerät
      • basierend auf MC-68K Prozessor-Familie
    • Betriebssystem
      • RTOS basierend auf OS/9
    • In-/Output Geräte
      • Joystick, Maus
      • RGB-Monitor, Fernseher
  • Kompatibel zu CD-DA
3 6 2 medien
3.6.2 medien
  • Audio
    • Level A: 37,8 KHz Abtastung, 8 bit ADPCM, 2,4 Stunden Stereo
    • Level B: 37,8 KHz Abtastung, 4 bit ADPCM, 4,8 Stunden Stereo
    • Level C: 18,9 KHz Abtastung, 4 bit ADPCM, 9,6 Stunden Stereo
  • Bild
    • YUV-Modus
      • 360 x 240 Pixel bei 18 bit = 194 Kbyte
    • Color Look Up Table (CLUT - ähnlich GIF)
      • 720 x 240 Pixel bei 4 bit/Pixel (3,7 oder 8) = 86 KByte
    • RGB-Modus
      • 360 x 240 Pixel bei 15+1 bit/Pixel = 172 Kbyte
  • Video
    • Lauflängenkodierung (20000 Byte/Bild)
3 6 3 zusammenfassung cd i

!

3.6.3 zusammenfassung CD-I
  • CD-I ist eine Systembeschreibung, konzipiert für multimediale Anwendungen in der Unterhaltungselektronik
    • Speziell: Verknüpfung Audio-Daten mit weiteren Medien
  • CD-i verknüpft Audio mit Standbildern und Bewegtbildern
    • z.B. Bilder der Interpreten
    • Cover
    • Video-Clips
  • CD-I ist seit 1997 vom Markt verschwunden
3 7 weitere formate read only
3.7 weitere formate (read only)
  • CD-I ready format
  • CD bridge disc
  • photo CD
  • digital video interactive (DVI)
  • zusammenfassung weitere formate
3 7 1 cd i ready format
3.7.1 CD-I ready format
  • CD-I Speichermedien, d.h. die Audioteile, sollen auch auf CD-DA Abspielgeräten abspielbar sein.
  • Ablage der zusätzlichen (nicht Video-) Information in Track-Pregap
    • zwischen IP0 und IP1
    • Erweiterung des Pregaps von 2-3 Sekunden auf 182 Sekunden
  • Abspielen einer CD-I Ready Format
    • Mit CD-DA: Ignorieren des Pregaps
    • Abspielen mit CD-I: Auslesen und Interpretieren des Pregaps
    • Mixed Mode Abspielen auf CD-I: Gleichzeitiges Interpretieren des Pregaps und Abspielen der zugehörigen Audiodaten.
3 7 2 cd bridge disc

CD-DA

CD-I

CD-XA

CD-IReadyDisc

CDBridgeDisc

3.7.2 CD bridge disc
  • Ansatz wie CD-I Ready Format:Schaffung der Abwärtskompatibilität
  • Allerdings hier: Schaffung der Kompatibilität zu CD-ROM/XA und CD-I statt CD-DA
  • Beziehungen:
3 7 3 photo cd
Entwickelt von Eastman Kodak und Philips

Basiert auf CD-WO-Technik

ein Teil ist schon beschrieben

ein zweiter Teil einmal beschreibbar

Anwendung einer CD Bridge Disc

alos kompatibel zu CD-I und CD-ROM/XA

Zur Speicherung von Bildern

Speicherung erfolgt durch entwickelndes Photolabor

Qualitäten

Luminanz und 2 x Chrominanz mit je 8 bit

6 Auflösungen128x192, 256x384, 512x768, 1024x1536, 2048x3072,4096x6144

Kompression mit JPEG

3.7.3 photo CD
3 7 4 digital video interactive dvi
3.7.4 digital video interactive (DVI)
  • Beschreibt, wie DV-I, ein System
    • Kompressions- und Dekompressionsalgorithmen für Bewegtbilder in Echtzeit
    • Benutzerschnittstelle (Audiovisual Kernel, AVK)
    • Datenformate
  • DVI ist weniger Speiche-r, als vielmehr Kompressionstechnologie
  • verwendet CD-ROM Mode 1 zur Speicherung
  • ähnliche Entwicklungen auch bei Commodore:Commodore Dynamic Total Vision - CDTV)
3 7 5 zusammenfassung weitere formate

!

3.7.5 zusammenfassung weitere formate
  • CD-I ready format versucht, wahrscheinlich aus Marketing-Gründen, die Abwärtskompatibilität zu CD-DA herzustellen
  • CD bridge disc versucht dassselbe mit CD-I und CD-XA
  • Kodaks Photo-CD ist eine Anwendung der CD Bridge Disc Technologie und hat im Nischensektor einigen Erfolg
  • DVI ist eine (De-)Kompressionstechnologie und wird wahrscheinlich von den MPEG-Entwicklungen überrollt.
3 8 cd recordable cd r cd wo
3.8CD recordable (CD-R / CD-WO)
  • physikalischer aufbau CD-R
  • logischer aufbau CD-R
  • zusammenfassung CD-R
3 8 1 physikalischer aufbau cd r

!

Schutzschicht

Reflexionsschicht

Substratschicht

(Polykarbonat)

Absorptionschicht

3.8.1 physikalischer aufbau CD-R
  • Zusätzliche Absorptionschicht zwischen Reflexionsschicht und Substratschicht
  • Vorab eingravierte Spur
  • Irreversible Änderung der Reflexionseigenschaften
    • Durch Erhitzung auf 2500C durch Laser
  • CD-Rs sind in "normalem" Gerät lesbar
  • CD-R werden manchmal auch als CD-WO (Write Once) bezeichnet
3 8 2 logischer aufbau cd r

Regular CD-R

Lead In

Data

Lead Out

Hybrid CD-R

LeadIn

Data

LeadOut

LeadIn

Data

LeadOut

...

LeadIn

Data

LeadOut

3.8.2 logischer aufbau CD-R
  • Abspeichern des Inhaltsverzeichnisses im Lead-IN
  • Vor 1992 konnten Geräte nur einen Lead-In (eine Session) erkennen  regular CD-R
  • Nach 1992 waren multi-session-fähige Geräte auf dem Markt hybrid CD-R
3 8 3 zusammenfassung cd r

!

3.8.3 zusammenfassung CD-R
  • Die CD-R ist ein WORM (Write Once, Read Multiple)
  • Die Information wird durch Erhitzen mit einem Laser in speziellen CD-Schreibgeräten gebrannt
    • der Brennvorgang ist kontinuierlich, bedarf also einer konstanten Zuführung von Daten durch den Rechner
  • Neuere CD-R Geräte sind multi-session-fähig
  • Die CD-R könnte die CD-DA ablösen ist in der Produktion allerdings teurer
3 9 digital versatile disc dvd
3.9 Digital Versatile Disc (DVD)
  • standards
  • versionen
  • technik
  • aufbau
  • dekoder
  • vergleich CD DVD
  • zusammenfassung DVD
3 9 1 standards
3.9.1 standards
  • Die DVD-Standards wurden 1996 vom DVD-Konsortium im "Buch A" bis "Buch E" spezifiziert
  • Folgende Standards sind in diesen Büchern beschrieben:
    • DVD-ROM (Buch A: DVD Read Only Specification)Speichermedium hoher Kapazität. Nachfolger der CD-ROM
    • DVD-Video (Buch B: DVD Video Specification)Speichermdeium für lineare Videodatenströme
    • DVD-Audio (Buch C: DVD Audio Specifivcation)Speichermedium für lineare Audiodatenströme, Nachfolger der CD-DA
    • DVD-R (Buch D: DVD Recordable Specification)Einmalig beschreibbare DVD, Nachfolger der CD-R
    • DVD-RW/RAM (Buch E: DVD Rewritable Specification)Wiederbeschreibbare DVD, Nachfolger der CD-RW
3 9 2 versionen
3.9.2 versionen

Bezeichnung Ø Seiten Schichten Kapazität Anmerkung

DVD-5 12 SS SL 4,38 GB > 2 Std. Video

DVD-9 12 SS DL 7,95 GB ca. 4 Std. Video

DVD-10 12 DS SL 8,75 GB ca. 4,5 Std Video

DVD-18 12 DS DL 15,9 GB > 8 Std Video

8 SS SL 1,36 GB ca. 0,5 Std Video

8 SS DL 2,48 GB ca. 1,3 Std Video

8 DS SL 2,72 GB ca. 1,4 Std Video

8 DS DL 4,95 GB ca. 2,5 Std Video

DVD-R 12 SS SL 3,68 GB

DVD-R 12 DS SL 7,38 GB

DVD-R 8 SS SL 1,15 GB

DVD-R 8 DS SL 2,3 GB

DVD-RAM 12 SS SL 2,4 GB

DVD-RAM 12 DS SL 4,8 GB

SS Single Side

DS Double Side

SL Single Layer

DL Double Layer

3 9 3 technik

!

3.9.3 technik
  • Die technischen Grundlagen der DVD entsprechen denen der CD
  • Die Vergrößerung der Speicherkapazität wurde bei der DVD durch folgende Maßnahmen erreicht:
    • Verkleinerung der Pits (von 0,6 m auf 0,24 m) und damit auch der Abstände zwischen aufeinanderfolgenden und nebeneinanderliegender Pits (von 1,6 m auf 0,74 m).
    • Vergrößerter Datenbereich
    • Effizientere Bikodierung: (EFM+ - Eight to fourteen+)8/16 Modulation, dadurch Einsparung der Füllbits.
    • Effizientere Fehlerkorrektur
    • Geringerer Sektor-Overhead
    • Benutzung beider Seiten
    • Verwendung von zwei Fokusierungsebenen
3 9 4 aufbau

Blöcke

37856 Bytes

37856 Bytes

37856 Bytes

...

37856 Bytes

Sektoren (16 pro Block + Fehlererkennung)

2064 Bytes

2064 Bytes

... 16 x ...

2064 Bytes

4832 Bytes

Zeilen (12 pro Sektor)

12 Byte Sektor Header160 Byte Nutzdaten

172 Byte Nutzdaten

... 10 x ...

172 Byte Nutzdaten

168 Byte Nutzdaten 4 Byte Fehlererkennung

3.9.4 aufbau

33024 Bytes

von 37856 Bytes

Nutzinformation

( 87%)

3 9 5 dekoder
3.9.5 dekoder
  • Die Dekodierung erfolgt beim Durchlauf von 6 Ebenen
    • Ebene 1: Synchronisation, 8/16 Demodulation, SektorerkennungEingehende Kanalbitrate 26,16 Mbit/s, danach 13 Mbit/s.
    • Ebene 2: Fehlererkennung (EDC) und -beseitigung (ECC)Nutzdatenrate sinkt auf 11,08 Mbit/s.
    • Ebene 3: Discrambling und DescryptionEntfernung von Permutationen und Verschlüsselungen (als Kopierschutz)
    • Ebene 4: EDC-PrüfungErneute Fehlererkennung
    • Ebene 5: Track ZwischenspeicherEventuell Umwandlung der festen Datenrate in variable Datenrate. Nutzdaten hier noch 10,08 Mbit/s
    • Ebene 6: Datentransfer zum MPEG-DekoderVerteilung der Daten (Demultiplexing) auf Anwendungen (z.B. MPEG-Dekoder)
3 9 6 vergleich cd dvd
3.9.6 vergleich CD  DVD

CD DVD

Durchmesser ca. 120 mm 80mm / 120mm

Stärke ca. 1,2 mm 1,2 mm

Laser-Wellenlänge 780 nm (Infrarot) 650/635 nm (rot)

Track-Abstand 1,6m 0,74m

Min. Pit-Länge 0,83m 0,4m

Daten-Layer 1 1 / 2

Seiten 1 1/2

Kapazität ca. 650 MB bis 15,9 GB

Video-Standard MPEG-1 MPEG-3

Videokapazität ca. 1 Std bis 8 Std

Sound-Tracks 2-Kanal MPEG 2-Kanal PCM (optional 8 Ströme)

Untertitel bis zu 32 Sprachen

3 9 7 zusammenfassung dvd

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3.9.7 zusammenfassung DVD
  • DVD deckt die Funktionalitäten aller CD-Standards ab
  • Unterschiedlicher Versionen unterscheiden sich im Durchmesser sowie der Anzahl der Seiten und Schichten
  • Die Speicherkapazität beträgt zwischen 1,3 GB und 15,9 GB haben
  • Die DVD-Technik optimiert der CD-Technik
  • Die DVD ist in Blöcke, Sektoren und Zeilen strukturiert
  • Der DVD Dekoder durchläuft 6 Ebenen
  • Die DVD stellt in (fast) allen Bereichen einen Fortschritt gegenüber der CD dar
3 10 logische formate
3.10 logische formate
  • der ISO 9660 standard
  • die ISO 9660 struktur
  • erweiterungen der ISO 9660
  • verwendung
  • zusammenfassung logische formate
3 10 1 der iso 9660 standard

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3.10.1 der ISO 9660 standard
  • 1990 wurde im Del Webb\'s High Siera Hotel & Casino der High Sierra Proposal erarbeitet. Dieser Proposal war Vorlage für den ISO 9660-Standard
  • Die ISO 9660 definiert ein File-System, bestehend aus:
    • Definition eines Directory Baumes
    • Zusätzlich Liste aller Direktories (Path Table)
    • Path Table kann bei erstem Zugriff auf CD lokal gespeichert werden
  • Probleme
    • Dateiattribute
    • Lange Filenamen
    • Bootfähigkeit
3 10 2 die iso 9660 struktur

16 Blöcke (à 2352 Byte, 2048 Byte Nutzinformation)

System AreaherstellerspezifischerBereich

Primary Volume Descriptor

Länge des DateisystemsLänge und Adresse der Path Table

...

Supplementory Volume Descriptors

eventuell weitere Dateisysteme

Volume Descriptor Terminator

kennzeichnet das Ende der Dateisysteme

3.10.2 die ISO 9660 struktur
  • Das File-System wird im ersten Track abgelegt:
3 10 3 erweiterungen der iso 9660

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3.10.3 erweiterungen der ISO 9660
  • Rockbridge Erweiterung
    • Anpassung an UNIX-Filesystem
    • lange Dateinamen
    • Links
    • Zugriffsrechte
  • Joliet Filesystem
    • Anpassungen an Windows 95 / NT
    • insb. lange Dateinamen
  • El Torito
    • Erweiterung um boot-Fähigkeit
  • ISO 13490
    • Bessere Unterstützung der Multisession-Fähigkeiten
3 10 4 verwendung
3.10.4 verwendung
  • keine Dateisystem
    • CD/DA
    • CD-ROM/XA
  • ISO 9660
    • DVI
    • CD-ROM
    • CD-R/WO
    • CD-RW/MO
  • Rockbridge, Joliet, El Torito
    • CD-ROM
    • CD-R/WO
    • CD-RW/MO
  • ISO13490
    • DVD
3 10 5 zusammenfassung

!

3.10.5 zusammenfassung
  • Dateisysteme können nach der ISO9660 Spezifikation auf einer CD angelegt werden
  • Nach ISO 9660 sind Informationen über das Dateisystem ab dem 16. Sektor im 1. Track untergebracht
  • Erweiterungen der ISO 9660 erlauben u.A. längere Dateinamen, Dateiattribute und Links
  • Die bedeutenden Erweiterungen sind die Rockbridge Erweiterung, das Joliet Filesystem, die El Torino Erweiterung und die ISO 13490
  • Die meisten CD-Formate unterstützen alle Dateisysteme bis auf die ISO13490. Letztere wird bei der DVD eingesetzt.
kapitel 4 transfersysteme
kapitel 4 transfersysteme
  • Dienste
  • Netze
  • Vermittlungsknoten
  • Kommunikationsmodelle
  • Signalisierung
  • Breitbandkommunikation
  • zusammenfassung
4 1 dienste
4.1 dienste
  • Eigenschaften von Diensten
  • Die Dienste
    • Teleservices
    • Bearer Services
    • Funkdienste
  • Zusammenfassung& Ausblick
4 1 1 eigenschaften von diensten
4.1.1 eigenschaften von diensten
  • Informationsart
  • Kommunikationsart
  • Bandbreitenbedarf
4 1 1 1 informationsart
4.1.1.1 informationsart
  • Aggregatzustände der Information
    • Sprache
    • Text
    • Bild (bewegt, stehend)
    • Daten
  • Informationsarten
    • Nutzinformation
    • Steuer- und Signalisierungsinformation
      • z.B. HOOKON, HOOKOFF, Wählzifferneingabe, Dienstmerkmalaktivierung, ...
    • Managementinformation
      • z.B. zum zur Überwacunf, Konfiguration, Auswertung von Netzen
4 1 1 2 kommunikationsart

!

4.1.1.2 kommunikationsart
  • Dialog
    • Zwei und mehr Kommunikationspartner tauschen Information aus
      • individuell
      • simultan (in Echtzeit)
      • bidirektional
    • typische Dienste: (Bild-)Fernsprechen
  • Verteilkommunikation (Broadcast)
    • Ein Sender versendet Information an viele Empfänfer
      • unidirektional
    • typische Dienste: Rundfunk, Fernsehen
  • Abrufkommunikation
    • Ein Kommunikationspartner ruft individuel auch anderen zugängliche Informationen ab
      • unsymetrisch bidirektional (unterschiedliche Bandbreiten für Hin- und Rückweg)
    • typische Dienste: BTX, Video on Demand (VoD)
4 1 1 3 bandbreitenbedarf
4.1.1.3 bandbreitenbedarf
  • Konstant
    • ... Wenn der Zeitbezug des Ablaufs von Bedeutung ist
    • typische Dienste: fast alle
  • Burstartig
    • geringer (wenige bps) bis hoher Bandbreitenbedarf
    • typische Dienste: Telemetrie, Datenübertragung
  • Schmalband
    • üblicherweise <64Kbps
    • typischer Dienst: Sprachübertragung, Bildübertragung
  • Weitband
    • n * 64Kbps, n klein (<30), also < 2Mbps
    • typ. Dienste: hochqualitative Sprach- /Audio-, Bildübertragung
  • Breitband
    • > 2Mbs
    • typische Dienste: HDTV (565Mbps), Multiplex
4 1 2 die dienste services
4.1.2 die dienste (services)
  • Standarddienste (Teleservices)
  • Übermittlungsdienste (Bearer Services)
  • Funkdienste
4 1 2 1 standarddienste teleservices

!

4.1.2.1 standarddienste (teleservices)
  • Telefax
  • Bildschirmtext
  • Telex
  • Teletex
  • Temex
  • Telebox400

Als Standarddienst bezeichnet man im wesentlichen die Dienstgruppen, deren Anwendung durch Normierungsgremien und damit eventuell in Varianten vom Netzbetreiber festgelegt werden

4 1 2 1 1 telefax grundeigenschaften
4.1.2.1.1 telefax • grundeigenschaften
  • Übertragung von Bildinformation durch Abtastung (Fernkopierer)
  • seit 1980
  • Übertragung DIN A4 ca. 1 Minute
  • Abtastung
    • vertikal: 7,7 Zeilen/mm
    • horizontal: 8 Zeilen/mm
  • Übertragungsraten: 2,4/4,8/7,2/9,6 bps
  • (De-)Kompression durch Lauflängenkodierung der Daten mittels
    • Gruppe 3: Modifiziertem Huffmann-Code (MHC)
    • Gruppe 4: Modifiziertem Read Code (MRC)
4 1 2 1 1 telefax gruppen
4.1.2.1.1 telefax • gruppen
  • Gruppe1
    • 4 Zeilen/mm, ohne Kompression, ca. 6min/DIN A4
    • in Deutschland nicht zugelassen
  • Gruppe 2
    • 4 Zeilen/mm, mit Kompression, ca. 3min/DIN A4
    • in Deutschland zugelassen
  • Gruppe 3
    • ca 8 Zeilen/mm, mit Kompression, ca. 1min/DIN A4
    • in Deutschland am verbreitetsten
  • Gruppe 4
    • ca 8Zeilen/mm, mit Kompression, ca. 10sec/DIN A4
    • Anschluss an ISDN möglich
4 1 2 1 7 intelligent net in

!

4.1.2.1.7 intelligent net (IN)
  • IN ist eine Technologie, die die Implementierung und Einführung neuer Dienste
    • vereinfacht
    • verbilligt
    • beschleunigt
    • herstellerunabhängig macht
  • einige erste Dienste:
    • Service 130 - Freephone (0130 ...)
    • Televotum - Meinungsforschung (0137 ...)
    • Teledialog - Kandidatensuche (0138 ...)
    • Service 180 - Ursprungsabhängige Anrufsteuerung (0180 x ...)
    • Virtuelles privates Netz (VPN)
    • CTM (Cordless Terminal Mobility): DECT Netze
    • Family Dienst
    • Universal Number, ..., ..., ..., ..., ...,
4 1 2 2 bermittlungsdienste bearer services

!

Als Datendienste (Datenteledienste, Dateldienste, Bearer Services) bezeichnet man im wesentlichen die Dienstgruppen, die es ermöglichen, Daten transparent, d.h. ohne weitere Bearbeitung im Netz zu übermitteln

4.1.2.2 übermittlungsdienste (bearer services)
  • Sprachdienst
  • Datendirektverbindung
  • Datex-P
  • Datex-L
  • Datex-M
  • Vermittelndes Breitbandnetz
4 1 2 2 1 sprachdienst
4.1.2.2.1 sprachdienst
  • \'Klassisches\' Fernsprechen
  • ca. 45 Millionen Teilnehmer (D)
  • ca. 144 Millionen Innlandsgespräche/Tag
  • ca. 4 Millionen Auslandsgespräche/Tag
  • Durchschnittsdauer eines Gespräches: ca. 120 sec
  • Gesprächsaufbauzeit: <10sec (IWF), <1sec (MFV)
  • Übertragungsbandbreite
    • 300Hz-3400Hz
    • 64Kbit/s (bei 8000 Abtastpunkten zu je 8bit)
4 1 2 2 2 datendirektverbindung
4.1.2.2.2 datendirektverbindung
  • Direktrufanschlüsse, Standleitungen, Festverbindungen. Keine Vermittlung notwendig.
  • Übertragungsraten: 50bps bis 1,92 Mbit/s
  • ca. 250000 Datendirektverbindungen (D)
    • ca. 20000 private Anwender (Banken, Versicherungen, Touristikunternehmen, ...)
    • der Rest: öffentliche Anwender (Behörden)
  • Übertragungsarten
    • Analoge Übertragung über Modem
      • Geschwindigkeiten in ITU-T X.1 Empfehlung festgelegt
      • Modulationsverfahren in den ITU-T V Empfehlungen festgelegt
      • Modem-Ansteuerung oft V.25 (AT-Befehle: Hayes-Standard)
    • Direkte digitale Übertragung über ISDN
      • ISDN: max 144Kbps
      • ISDN-Primärmultiplex = 30 x ISDN = 1,92Mbps
    • Direkte digitale Übertragung über DSL
      • ADSL: 768Kbps, 1024 Kbps, 2048 KBps, …
4 1 2 2 3 datex p

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4.1.2.2.3 datex-P
  • Dienst zur verbindungslosen Übertragung von Daten
  • Protokoll nach ITU-T X.25
  • Verfügbarkeit variabler Bandbreiten
    • 300 - 64000 bit/s (zukünftig auch 1,92 Mbit/s
    • 80% davon 9,6 kbit/s
    • Bitfehlerwahrscheinlichkeit: 10-9
  • In Deutschland z.Z.:
    • durchschnittliche Übertragungsstrecke: 60 km
    • durchschnittliche Dauer einer Verbindung: 300s
    • durchschnittliche Aufbauzeit: 500ms
  • Ausbau
    • Einstufiges, vollvermaschtes Netz, 132 Knoten
    • über 100Kanäle à 64kbit zwischen den Knoten
    • 190 Netze in 92 Ländern
4 1 2 2 6 vermittelndes breitbandnetz

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4.1.2.2.6 vermittelndes breitbandnetz
  • Dienst zur Übertragung von Daten (Audio, Video)
  • Seit 1989
  • Verfügbarkeit einer festen Bandbreite:
    • 140Mbit/s
    • Signalisierung 2,4 Kbit/s nach ITU-T X.21
  • Hauptsächliche Nutzung: Videokonferenzen
  • Ausbau:
    • 80 Städte
    • 13 Anschlussknoten, 3 Durchgangsknoten
4 1 2 3 funkdienste

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4.1.2.3 funkdienste
  • Sprachdienst
  • Funkrufempfänger (Pager)
  • DECT
  • Betriebsfunk
  • Satellitenfunk

Megacool und Affengeil

4 1 2 3 1 sprachdienst
4.1.2.3.1 sprachdienst
  • \'Klassischer\' Sprachdienst über Funk realisiert
  • Netze und Dienstanbieter in Deutschland
    • C-Netz
      • Seit 1985
      • nahezu flächendeckend in D
      • Analogtechnik
    • D-Netz (T.-Mobil D1, Vodafon D2)
      • Seit 1991
      • europaweit, weltweit (mit Lücken)
      • Digitaltechnik, 900 MHz
    • E-Netz (E1, E2, O2)
      • Digitaltechnik, 1800 MHz
    • UMTS
      • Seit 2004
  • Zusatzdienste
    • SMS
    • Mailbox
    • MMS
    • Videotelefonie
4 1 2 3 2 funkrufempf nger pager

!

Klasse 0

bis 4 Codes

Klasse 1

Numerik

Klasse 2

a-Numerik

Klasse 3

Transparent-daten

4.1.2.3.2 funkrufempfänger (pager)
  • Dienst zur Rufsignalübermittlung an kleine Funkempfänger mittels Telefon
  • Eurosignal
    • 3 Rufbereiche in D: Süd/Nord (87,365 MHz), Mitte (87,34MHz)
    • Zuordnung von max. 4 Codenummern pro Empfänger
  • Cityruf
    • 50 Rufbereiche (pro Bereich 3 UHF-Frequenzen um 460 MHz)
    • Übertragung von Zeichen
    • Systeme: Euromessage/Alphapage/Teledrin, Quix, Scall
  • Ermes (European Radio Message System)
    • Nach ETSI-Standard (1992)
    • 169,4-169,8 MHz, Übertragungsrate 6,25bps bzw. -zeit < 2,5 Min
    • diverse Dienstmerkmale: Rufumleitung, Nachrichtennumerierung, Prioritätsruf
    • Einsatz als Transparentdaten-Empfänger
4 1 2 3 4 dect
4.1.2.3.4 DECT
  • Anschlusstechnik (kein Dienst) zum Anschluss mobiler Endgeräte an analoge oder ISDN-Nebenstellenanlagen
  • Technik:
    • Digitale Übertragung
    • Frequenzbereich: 1880 - 1900 MHz
    • 10 HF-Träger à 1,729 MHz Bandbreiteund 24 Zeitschlitzen
    • Jeder Zeitschlitz:32 Kbit/s Sprache, 6,4 Kbit/s Signalisierung
    • Abhörsicherung durch Scrambler
  • Technik auch für den Einsatz auf der "letzten Meile" möglich
4 1 2 3 5 betriebsfunk
4.1.2.3.5 betriebsfunk
  • Sprachdienst im analogen Funkbereich
    • Taxis, Notdienste, Überwachungsdienste, ...
  • Chekker
    • analoger Bündelfunkdienst
    • Frequenzbereich: 410-418 / 420-428 MHz
    • Sprachbereich 0,3-2,55 KHz
    • digitale Signalisierung: 1,2 Kbit/s
    • Aktionsradius: ca 50 km
  • Modacom
    • Digitaler Funkdienst
    • Frequenzbereich: 410-430 MHz
    • Kanalzugriff: DSMA (Digital Sense Multiple Access)
    • Dienstmerkmale: Überwachung der Mobileinheit, Roaming, Handover, DX-P-Zugang
4 1 2 3 7 satellitenfunk inmarsat
4.1.2.3.7 satellitenfunk - inmarsat

www.inmarsat.francetelecom.fr/english/decouverte/decouvs.htm

  • Varianten
    • Inmarsat A,B,C
  • Dienste
    • Telefon, Fax, Datentransfer
  • Geschwindigkeiten
    • 9,6-64 Kbit/s
4 1 2 3 6 satellitenfunk iridium
4.1.2.3.6 satellitenfunk - iridium
  • Global satellite voice and paging services through the smallest satellite terminals available
  • One convenient phone number and a single unified bill when roaming between wireless and satellite networks
  • Roaming onto previously incompatiblecellular networks
  • Simple and cost-effective worldwide paging
  • Full array of features: Voice Mail, CallForwarding,Paging - to ensure you\'re always in touch
  • No charges to receive calls with CompleteCalling Party Pays
  • Future fax and data service enhancements
  • … first satellites have been destroyed :-(
4 1 3 ausblick
4.1.3 Ausblick
  • Rückblick
  • Mobilfunkdienste
  • Festnetzdienste
  • ... und überhaupt
4 1 3 3 mobilfunkdienste

!

4.1.3.3 mobilfunkdienste
  • Mobilfunksystem der 3. Generation
    • UMTS (Universal Mobile Telecommunication Systems)
    • FPLMTS (Future Public Land Mobile Telecommunic. Systems)
    • IMT-2000 (International Mobile Communication - 2K)
  • Technik
    • Größere Bandbreiten: 1885-2025 MHz, 2110-2200 MHz
    • Weiterentwicklete Kanalzugriffsverfahren:
      • CDMA (Code Division Multiple Access)
      • ATDMA (Advanced Time Division Multiple Access)
  • Integration aller im Festnetz verfügbarer Dienste, zudem IN, B-ISDN (in ATM-Technologie), Satellitenzugriff, CT-Technologie
    • Multimediadienste, ...
4 1 3 4 festnetzdienste

!

BREITBAND

4.1.3.4 festnetzdienste
  • Vollständige Digitalisierung
    • International im Übertragungs- und Vermittlungsbereich
    • Auch im Endgerätebereich
  • Höhere Bandbreiten
    • Datenintensivere Anwendungen
      • Audio
      • Video
      • Multimedia
  • Integration der Dienste
    • Sprache, Text, Bild, Daten
  • Netzmanagement
    • Betrieb
    • Wartung
    • Schnittstellen
4 1 3 5 allgemein

!

4.1.3.5 allgemein
  • Integration privater/öffentlicher Sprach/Datennetze
    • ATM
  • Integration der Dienste
    • ISDN, B-ISDN
  • Tolle neue Dienste
    • Telematik, Telemedizin, Auskunfteien, .....
  • Vereinheitlichung des Netzmanagements
    • IN, TMN, SNMP
  • ... Und das alles wahnsinnig
    • global
    • benutzerfreundlich
    • schnell
    • billig
4 2 netze
4.2 netze
  • Allgemeines über Netze
  • Netzstrukturen
  • Netzbetreiber
  • Zusammenfassung
4 2 1 allgemeines ber netze
4.2.1 allgemeines über netze
  • Netze im Überblick
  • Funktionen eines Netzes
  • Eigenschaften von Netzen
4 2 1 1 netze im berblick
4.2.1.1 netze im überblick

Übertragungswege

  • TLN-Anschlussleitungen, Netzknotenverbindungen, Querleitungen, Freiraum (Richtfunk, Satellitenstrecken)

Übertragungseinrichtungen

  • Regeneratoren (Relais), Modems, Leitungstreiber, optische/elektrische Wandler, Scrambler, ...

Vermittlungseinrichtungen

  • Wähler, Koppelnetze, (De-)Multiplexer, Speicher

Endgeräte

  • TE (Terminal Equipment: Telefone, Telefax, Anrufbeantworter, ...)
4 2 1 2 funktionen eines netzes
Vermitteln von Komunikationspartnern

Übertragen von Information

Übermittlungals Zusammenfassung der beiden HauptfunktionenÜbertragung und Vermittlung

4.2.1.2 funktionen eines netzes
4 2 1 3 eigenschaften von netzen

!

4.2.1.3 eigenschaften von netzen
  • Grad der Diensteintegration
  • Geographische Ausdehnung
  • Vermittlungsmethode
  • Zugriffstechnik
  • Mobilität der Netzkomponenten
  • Übertragungsbandbreite
  • Übertragungstechnik
  • Übertragungseinrichtungen
4 2 1 3 1 grad der diensteintegration
4.2.1.3.1 grad der diensteintegration
  • Dienstspezifische Netze (Dedicated Networks)
    • Netz ist speziell für einen Dienst ausgelegt
    • typische Netze: praktisch alle klassischen Netze:
      • Fernsprechnetz
      • leitungsvermitteltes Datennetz
      • paketvermitteltes Datennetz
      • Telexnetz
      • ...
  • Diensteintegrierende Netze
    • Netz fasst mehrere Dienste zusammen
    • typische Netze: jetzige Netze
      • (S-)ISDN
      • B-ISDN in ATM-Technik
4 2 1 3 2 geographische ausdehnung
4.2.1.3.2 geographische ausdehnung
  • Im öffentlichen Bereich:
    • Ortsnetze
      • Direkter Anschluss der Teilnehmer
    • Fernnetze
      • Verbindung mehrerer Ortsnetze, oft hierarchisch strukturiert
  • Im privaten Bereich:
    • TK-Anlagen (Private Automatic Branch Exchange - PABX)
      • optimiert für Fernsprechverkehr
      • lokal auf Firmen- oder Campusgelände beschränkt
    • Lokale Netze (LANs)
      • optimiert auf Datenverkehr
      • lokal auf Firmen- oder Campusgelände beschränkt
    • Flächendeckende Netze (WANs, MANs)
      • Daten- und Fernsprechnetze
      • als Zubringsnetze
4 2 1 3 3 vermittlungsmethode
4.2.1.3.3 vermittlungsmethode
  • Leitungsvermittelt (Durchschaltnetze)
    • kontinuierlicher Informationssurchfluss fester Bandbreite
    • Festgeschaltete Kanäle während der Verbindungsdauer
    • Nach Verbindungsabbau keine Kapazität zur weiteren Steuerung nötig
  • Festverbindungen
    • Ständiger fester Kontakt der Kommunikationspartner
  • Paketvermittelnde Netze
    • Anschlussmäßig feste Informationsrate, aber
      • unterschiedlich lange (frame-orientiert)
      • unterschiedlich oft (cell-orientiert)
    • Bandbreite nur statistische Größe
    • Zwischenspeicherung der Pakete in den Netzknoten
    • \'virtuelle\' Verbindung
    • verbindungsorientiert (mit Auf- und Abbauphase)verbindungslos (ohne Auf- und Abbauphase)
4 2 1 3 4 zugriffstechnik
4.2.1.3.4 zugriffstechnik
  • Zentralgesteuert
    • Zugangssteuerung in den Netzknoten
    • typisch für öffentliche Netze
      • Netzknoten ist Master
      • Endgeräte sind Slaves
  • Demokratisch oder Statistisch gestuert
    • ohne Zentralsteuerung
    • \'Faire\' Zugriffsalgorithmen für den Zugriff auf das Übertragungsmedium (Medium Sharing)
    • typisch für Lokale Netze
4 2 1 3 5 mobilit t der netzkomponenten

Asymmetric Digital Subscriber Line

(8 MBps up, 1MBps down)

4.2.1.3.5 mobilität der netzkomponenten
  • Leitungsgebundene NetzeMit den Übertragungsmedien:
    • Verdrillte Kupferleitung (Twisted Pair - TP)
      • niedrige Bandbreiten: ohne metallische Ummantelung (UTP)
      • hohe Bandbreiten ummantelt (STP)
    • Koaxialkabel
      • für hohe Bandbreiten
    • Lichtwellenleiter
      • niedrige Bandbreiten: Plastik
      • hohe Bandbreiten: Multimode
      • höchste Bandbreiten: Monomode
  • Funknetze
    • Festinstalliert
      • Rundfunk, Fernsehen
    • Mobilfunknetze
      • Endgeräte mobil (mit/ohne Basisstation)
4 2 1 3 6 bertragungsbandbreite
4.2.1.3.6 übertragungsbandbreite
  • entspricht Unterscheidung der Dienste(siehe 1.1.3)
    • Schmalband, Weitband, Breitband
4 2 1 3 7 bertragungstechnik
4.2.1.3.7 übertragungstechnik
  • Analog / Digital
    • Analoger Dienst auf analogem Signal
      • z.B. Rundfunk
    • Analoger Dinst auf digitalem Signal
      • z.B. Fernsprechen über ISDN
    • Digitaler Dienst auf digitalem Signal
      • z.B. Datex-Netz
    • Digitaler Dienst auf analogem Signal
      • Datenübermittlung per Modem
  • Asynchron/Synchron
    • Asynchron (alt, langsam)
      • Expliziete Synchronisation aller zu übertragenden Zeichen, die asynchron anfallen können
    • Synchron (neu, schnell)
      • Zeichenfolge gehorcht synchromen Zeitraster
      • Umwandlung asynchroner Zeichenfolgen in synchrone durch Überabtastung (Oversampling)
4 2 1 3 8 bertragungsrichtung
4.2.1.3.8 übertragungsrichtung
  • Einwegkommunikation
    • simplex (Sx)
    • typisch für Verteilnetze wie Rundfunk, Fernsehen
  • Alternative Zweiwegkommunikation
    • Halbduplex (Hdx)
    • Senden in beide Richtungen, aber nicht gleichzeitig
    • typisch für Abrufkommunikation (z.B. BTX)
  • Simultane Zweiwegkommunikation
    • Vollduplex (Dx)
    • Gleichzeitiges Senden in beiden Richtungen möglich
4 2 2 netzstrukturen

Anläßlich des 10. Jahrestages des Bestehens

unserer OVSt war es schon lustig.

4.2.2 netzstrukturen
  • Überblick
  • Die letzte Meile
  • Die ersten Meilen
4 2 2 1 berblick
4.2.2.1 überblick
  • Das analoge Festnetz
  • Das digitale Festnetz
  • Das digitale Funknetz (GSM)
4 2 2 1 1 das analoge festnetz

AVSt

AVSt

ZVSt

ZVSt

HVSt

HVSt

KVSt

KVSt

OVSt

OVSt

4.2.2.1.1 das analoge festnetz
  • Bis zur Einführung der Digitalisierung gab es national 4 Ebenen (+ eine Auslandsebene)
    • OVSt Ortsvermittlungsstelle
    • KVSt Knotenvermittlungsstelle
    • HVSt Hauptvermittlungsstelle
    • ZVSt Zentralvermittlungsstelle
    • + AVSt Auslandsvermittlungsstelle
  • Die Vermittlung durch dieseEbenen wurden mit den 4Ziffern der Ortsvorwahleindeutig festgelegt.
  • 95% aller Gespräche wurdenaber über Querverbindungenrealisiert
4 2 2 1 2 das digitale festnetz

!

AVSt

ZVSt

HVSt

KVSt

OVSt

4.2.2.1.2 das digitale festnetz
  • Fernnetz(DIVF-Technik)
    • Weitverkehrsnetz
      • 23 WVVSt
      • voll vermascht
      • ohne Teilnehmer, nur Durchgang
    • Regionalnetz (RN)
      • 20-25 RN-VSTn pro WVVSt
      • vermascht
      • teilweise in funktionaler Kombinationmit Zugangs/Lokalnetz
  • Zugangs- und Lokalnetz(DIVO-Technik)
      • ca. 3-4 Lokal-VSTn pro RNVSt
      • Anschluss der Teilnehmer
4 2 2 1 3 das digitale funknetz gsm

!

BTS

Base

Transceiver

Station

BSC

Base Station

Controller

MSC

Mobile Services

Switching Center

4.2.2.1.3 das digitale Funknetz (GSM)
4 2 2 2 die letzte meile
4.2.2.2 die letzte meile
  • Überblick über Anschlusstechniken
  • Kupferdoppeladern
  • V 5.1 bzw. V 5.2
  • FITL
  • xDSL
  • SDH
4 2 2 2 1 techniken

!

Asynchronous

4.2.2.2.1 techniken
  • Kupferkabel
  • Multiplexer
  • Konzentratoren
  • Fibre in the Loop
  • Wireless Local Loop(RITL Radio in the Loop)
    • DECT
    • CDMA
  • x Digital Subscriber Line
  • Synchrone Digitale Hierarchie
4 2 2 2 2 kupferdoppelader
Eltg Endleitung

EVz Endverzweiger

zum KVz 6-600 Doppeladern(Schnitt 36)

KVz Kabelverzweiger

Hk Hauptkabel

In Teilstücken à max. 320 Meter

150-2000 Doppeladern(Schnitt 400)

HVt Hauptverteiler

0,3 km

1,7 km

4.2.2.2.2 kupferdoppelader
4 2 2 2 3 v 5 1 v 5 2

V 5.1

4.2.2.2.3 V 5.1 • V 5.2
  • V 5.1 Multiplexer
    • Anschluss der Teilnehmer ohne Konzentration
    • Feste Zuordnung von Teilnehmer zu Zeitschlitz
  • V 5.2 Konzentrator
    • Zuordnung >30 Teilnehmer auf 30 Zeitschlitze
    • Genaue Lokalisierung in VSt durch Signalisierung des Konzentrators
    • Akzeptables Verhältnis: 10:1
4 2 2 2 4 fitl fiber in the loop
4.2.2.2.4 FITL (Fiber in the Loop)
  • Verbindung der VSt über ein
    • Optical Line Termination (OLT)
    • zu der abgesetzten Einheit Optical Network Unit (ONU)
    • Ggf. aufspaltung der LWL mit Optical Line Distributor (OLD)
  • Unterscheidung in
    • Fiber to the Home(FTTH)
      • Umwandlung Optisch digital - Elektrisch Digital - Elektrisch analogbeim Teilnehmer. Pro Teilnehmer -> teuer
      • Nur sinnvoll bei großem Bandbreitenbedarf
    • Fiber to the building(FTTB)
      • Ende der Glasfaser im Gebäude
      • Interessant bei großen Gebäuden
    • Fiber to the Curb (FTTC)
      • Ende der Glasfaser im Kabelverzweiger (grauer Kasten)
      • Nutzung der Eltg bis zum Endteilnehmer
4 2 2 2 5 xdsl x digital subscriber line
4.2.2.2.5 xDSL (x Digital Subscriber Line)
  • Ausnutzung der Bandbreiten von Kupferdoppeladern
  • HDSL (High bit rate Digital Subscriber Line)
    • Bidirektionale Übertragung mit 2,048 Mbit/s über zwei oder drei Doppeladern (1168 bzw. 784 kbit/s)
    • Variante SHDSL (Single Pair HDSL) auf einer Doppelader
    • Repeaterfrei bis 3 km
  • ADSL (Asnchronous Digital Subsrober line)
    • Schneller Kanal zum Teilnehmer (2-9 Mbit/s) langsamer Rückkanal. Darunter Fernsprechkanäle hin-/rück gleichschnell.
    • Nutzung: Telefon, VOD (Video on Demand), Internet, ...
    • Repeaterfrei 1,8 bis 3 km
  • VDSL (Very High Rate Digital Subscriber Line)
    • Übertragungsraten 12 bis 52Mbit/S
    • Repeaterfrei 300 bis 500 Meter
    • Glasfaser bis Kabelverzweiger (FiberToTheCurb)
4 2 2 2 6 sdh synchrone digitale hierarchie
4.2.2.2.6 SDH (Synchrone Digitale Hierarchie)
  • SDH ist Technik zwischen VSTen
  • Kleinste Einheit ist Primärsystem (2,048 Mbit/s)
  • Anschaltung mehrerer Einzelanschlüsse über
    • V 5.1
    • V 5.2
  • Weitertransport über
    • STM-1 155Mbit/s
    • STM-4 622Mbit/s
4 2 2 3 die ersten meilen
4.2.2.3 die ersten meilen
  • Vor dem Zugangsebene
  • Optimierung
  • Zugangs/Lokalebene
  • Weitverkehrsebene
  • Auslandsvermittlung
  • Übertragungsnetz
  • Zusammenfassung
4 2 2 3 1 vor der zugangsebene
4.2.2.3.1 vor der zugangsebene
  • Bei kleinen Teilnehmerzahlen lohnt sich keine VSt
    • Konzentratoren
    • Fernüberwachte VStn (über Q3)
    • erst dann: VSt
4 2 2 3 2 optimierung
Fall A

Geringere Anschlussleitungskosten

Höhere Kosten für VSt, Verbindungsleitungen

Fall B

Höhere Anschlussleitungskosten

Geringere Kosten für VSt, Verbindungsleitungen

Suche desOptimums:

Kosten

Anzahl VSt

4.2.2.3.2 optimierung
4 2 2 3 3 zugangs lokalebene
4.2.2.3.3 zugangs-/lokalebene
  • Je nach Größe eines Ortsbereiches können
    • eine Zugangs-VSt mehrere Ortsbereiche bedienen
    • Ortsbereiche von verschiedenen Zugangs-Vstn bedient werden
  • Die (aus der Analogzeit stammenden) Nummerie-rungspläne der Teilnehmer bleiben davon unberührt
  • ca. 100000 Teilnehmer pro Lokalnetz-VSt
    • TVSt (Teilnehmer-VSt)
4 2 2 3 4 weitverkehrsebene
4.2.2.3.4 weitverkehrsebene
  • 23 Standort von Weitverkehrs-vermittlungsstellen
  • Weitere Netzknoten zur Signalisierung(STP - Signalling Transfer Points)
  • Übergang auch zuanderen Netzen:
    • Mobilfunk
    • Nationale Festnetzbetreiber
    • Internationale Netze
    • Dienstübergänge (z.B. Dx-P, ...)
    • Anschlüsse Betriebszentren (TMN)
    • Schnittstellen zu IN
4 2 2 3 5 und tsch ss
4.2.2.3.5 .. und tschüss
  • Anschluss über AVSTn
    • 8 AVSTn (am Ort der ehemaligen ZVSTn)
    • 6% aller Gespräche
  • Interkontinental:
    • Frankfurt
    • Düsseldorf
    • München
  • In Frankfurt:
    • Zentrale mit Anschluss zu allen Ländern (30 Länder nurhandvermittelt erreichbar)
    • Transitverkehr
    • ankommender internationalerVerkehr
4 2 2 3 6 bertragungsnetz

!

4.2.2.3.6 übertragungsnetz
  • Ursprünglich plesiochroneÜbertragung
    • Breitbandige PCM-Strecken
      • bis 120 Mbit/s
      • Koax
    • Richtfunkstrecken:
      • bis 565 Mbit/S
  • Seit 1987 zunehmendsynchrone Übertragung
    • SDH
      • bis 2,5 Gbit/s
      • LWL
      • extrem flexibel bei derBandbreitenzuteilung
    • Data Highway - weltweit führend
4 2 2 3 7 zusammenfassung
4.2.2.3.7 zusammenfassung
  • Struktur
    • analogen/digitalen Festnetz
    • Mobilfunknetz
  • Die letzte Meile
    • Anschlusstechniken:
      • a/b-Ader,
      • V5.1/V5.2 (Multiplexer/Konzentrator),
      • FITL (FTTx),
      • xDSL
      • SDH
  • Die ersten Meilen
    • Zugangsebene
    • Weitverkehrsebene
    • Auslandsvermittlung
    • Übertragungsnetz
4 2 2 3 8 da war doch noch

00 49 7159 2234

Teilnehmerkennzahl

Bereichskennzahl (Ortsnetzkennzahl)

Länderkennzahl

Verkehrsausscheidungsziffer (Ausland)

4.2.2.3.8 ... da war doch noch
4 2 3 netzbetreiber
4.2.3 netzbetreiber
  • Rechtliches §
  • Die Betreiber
4 2 3 1 rechtliches

§

4.2.3.1 rechtliches
  • Gesetzliche Grundlagen
  • Lizenzen
4 2 3 1 1 gesetzliche grundlagen
4.2.3.1.1 gesetzliche grundlagen
  • Bis 30.08.1994
    • Bereitstellung von Post- und Fernmeldewesen in Artikel 87f des Grundgesetzes
  • Ab 01.08.1996
    • Telekommunikationsgesetz (TKG)
    • Auszug aus §2:
      • (1) Die Regulierung (...) ist eine Hoheitliche Aufgabe des Bundes (->Regulierungsbehörde, www.regtp.de)
      • (2) Ziele (...):1. Wahrung der Nutzerinteressen (...) und des Fernmeldegeheim- nisses2. (...) chancengleicherund funktionsfähiger Wettbewerb (...)3. (...) flächendeckende Grundversorgung (...) zu erschwinglichen Preisen4. (...) Förderung von Telekommunikationsdiensten (...)5. (...) störungsfreie Nutzung von Frequenzen (...)6. (...) Wahrung der öffentlichen Sicherheit.

10% der ca. 8Mio Auslandsgespräche

werden vom BND täglich abgehört

4 2 3 1 2 lizenzen
4.2.3.1.2 lizenzen
  • Zum Betrieb von Übertragungswegen außerhalb privater Grundstücksgrenzen werden Lizenzen benötigt:
    • Lizenzklasse 1
      • Betrieb von Übertragungswegen für das Angebot von Mobilfunknetzen für die Öffentlichkeit
    • Lizenzklasse 2
      • Betrieb von Übertragungswegen für das Angebot von Satellitenfunkdienstleistungen für die Öffentlichkeit
    • Lizenzklasse 3
      • Betrieb von Übertragungswegen für das Angebot von Telekommunikationsleistungen für die Öffentlichkeit
    • Lizenzklasse 4
      • Lizenz für das Angebot von Sprachtelefondienst auf der Basis von selbst betriebenen Telekommunikationsrechten (schließt das Recht zum Betrieb von Übertragungswegen ein)
  • Dienstanbieter ohne Netz sind Lizenzfrei
4 2 3 2 die betreiber
4.2.3.2 die betreiber
  • Angebote
  • Ansätze
4 2 3 2 1 angebote
Dark-Fibre

Der Betreiber bietet nur das Übertragungsmedium an(z.B. Glasfaserstrecke)

Der Kunde kann beliebige Signale übertragen.

Dieser Signaltransport muss allerdings vom Kunden selbst geregelt werden

Bandbreite

Der Betreiber stellt Schnittstellen mit festgelegten Bandbreiten zur Verfügung (als Festleitung)

Der Signaltransport wird durch den Betreiber sichergestellt

Die Vermittlung muss vom Kunden geregelt werden.

Vermittlungsdienste

Der Betreiber stellt Über-tragung und Vermittlung bereit

Die Verbindung kann vom Kunden mit variierenden Bandbreiten immer neu aufgebaut werden

IN-Dienste

Der Betreiber stellt Dienste oder Anwendungen zur Verfügung (z.B. e-mail)

Dafür muss der Betreiber die Übertragung, Vermittlung und die Bereitstellung des Dienstes gewährleisten.

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4.2.3.2.1 angebote
4 2 3 2 2 ans tze
4.2.3.2.2 ansätze
  • Globale Anbieter
    • Deutschlandweites Angebot an Leitungen, Bandbreiten, Vermittlungsdiensten, IN-Diensten und Anwendungen
      • Deutsche Telekom
      • Konkurrenz zur deutschen Telekom: ARCOR, VIAG, RWE, o.tel.o
  • Lokale Anbieter
    • Regional beschränktes Angebot der gesamten Palette (s.o.)
    • Beschränkung oft auf Städte/Stadtkreise mit zunächst vorwiegend Geschäftskunden (aber auch privat)
    • Anbieter: Große Firmen (oft Energieerzeuger), Stadtverwaltungen
  • Transport-Anbieter
    • regional beschränktes oder deutschlandweites Angebot von Leitungen und Bandbreiten
    • meist keine weiteren Leistungen
    • "Dark Fibre"
4 2 4 zusammenfassung
4.2.4 zusammenfassung
  • Allgemeines über Netze
    • Netze im Überblick
    • Funktionen eines Netzes
    • Eigenschaften von Netzen
  • Netzstrukturen
    • Das analoge Festnetz
    • Das digitale Festnetz
    • Das digitale Funknetz (GSM)
  • Netzbetreiber
    • Rechtliches
    • Die Betreiber

§

4 7 2 dienste
4.7.2 dienste
  • Eigenschaften von Diensten
    • Informationsart
    • Kommunikationsart
    • Bandbreitenbedarf
  • Die Dienste
    • Teleservices
    • Bearer Services
    • Funkdienste
4 7 3 netze
4.7.3 netze
  • Allgemeines über Netze
    • Netze im Überblick
    • Funktionen eines Netzes
    • Eigenschaften von Netzen
  • Netzstrukturen
    • Das analoge Festnetz
    • Das digitale Festnetz
    • Das digitale Funknetz (GSM)
  • Netzbetreiber
    • Rechtliches
    • Die Betreiber
ad