Multimedia technik ss 03
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!. multimedia-technik ss’03. 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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Presentation Transcript
Multimedia technik ss 03 l.jpg

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multimedia-technik ss’03

prof. dr. peter kneisel


Inhalt l.jpg
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 l.jpg
überblick kapitel 1 was ist multimedia

  • kurze erläuterung

  • involvierte branchen

  • der medienbegriff

  • klassifikation

  • eigenschaften

  • daten


Berblick kapitel 2 datenkompression l.jpg
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 l.jpg
überblick kapitel 3 speichermedien

  • Optische Speichermedien

  • Elektronische Speichermedien



Kapitel 1 was ist multimedia l.jpg
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 l.jpg
1.1 was, warum und wer

  • was • kurze erläuterung

  • warum • pädagogisches

  • wer • involvierte branchen

  • zusammenfassung w3


1 1 1 was kurze erl uterung l.jpg
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 l.jpg
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%


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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


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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.


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1.2 der medienbegriff

  • perzeptionsmedium

  • repräsentationsmedium

  • präsentationsmedium

  • speichermedium

  • übertragungsmedium

  • informationsaustauschmedium

  • zusammenfassung

  • schlussfolgerung

  • kleine übung


1 2 1 perzeptionsmedium l.jpg

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


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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, ..


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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


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1.2.4 speichermedium

  • Abgeleitet vom verwendeten DatenträgerWorauf/Womit werden Informationen gespeichert ?

  • Nichtelektronische Speichermedien

    • Papier

    • Mikrofilm

    • ...

  • Elektronische Speichermedien

    • Magnetband

    • Diskette

    • Festplatte

    • CD-ROM

    • ...


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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


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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, ...


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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 ?


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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 l.jpg

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


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1.3 definition multimediasystem

  • definition: kombination von medien

  • definition: unabhängigkeit

  • definition: kommunikationsfähigkeit

  • definition: rechnergestütze integration

  • zusammenfassung definition


1 3 3 definition kombination von medien l.jpg
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 l.jpg

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T

T

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T

T

T

T

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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 l.jpg

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 l.jpg
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


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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.


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1.4 anforderungen multimediasystem

  • synchronisation

  • datendurchsatz

  • echtzeit

  • zusammenfassung anforderungen


1 4 1 synchronisation l.jpg

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


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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


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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


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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


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1.5 charakteristik kontinuierliche medien

  • zeitintervall

  • variation

  • zusammenhang

  • zusammenfassung charakteristik

  • kleine übung


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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


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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


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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


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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


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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


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1.6 zusammenfassung kapitel 1

  • was, warum und wer

  • medienbegriff

  • schlussfolgerung medienbegriff

  • definition

  • anforderungen

  • charakteristik


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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.


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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 ?


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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 l.jpg

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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.


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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


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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 l.jpg

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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 l.jpg
kapitel 2 datenkompression

  • einleitung

  • kodierverfahren

  • grundlegende verfahren

  • angewandte verfahren

  • zusammenfassung


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2.1einleitung

  • motivation

  • speicherbedarf

  • einteilung

  • zusammenfassung einleitung


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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


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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


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2.1.3 einteilung

  • 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


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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)


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2.2 kodierungverfahren

  • überblick

  • grundsätzliche kodierungsarten

  • schritte bei der bildkompression

  • dekodierung

  • zusammenfassung


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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

...


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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 l.jpg
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


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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 l.jpg

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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 l.jpg
2.3 grundlegende verfahren

  • lauflängenkodierung

  • huffmann-kodierung

  • prädiktion / relative kodierung

  • transformations-kodierung

  • unterabtastung

  • vektorquantisierung

  • spezialformen


2 3 1 laufl ngenkodierung l.jpg

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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 l.jpg

    !

    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 l.jpg

    !

    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 l.jpg

    !

    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 l.jpg

    !

    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 l.jpg

    !

    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 l.jpg

    !

    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 l.jpg
    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 l.jpg
    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 l.jpg

    !

    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 l.jpg
    2.4 angewandte verfahren

    • JPEG

    • H.261 / H.263

    • MPEG

    • fraktale kompression


    2 4 1 jpeg bersicht l.jpg

    !

    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 l.jpg

    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 l.jpg

    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 l.jpg
    2.4.2 H.261 / H.263 Auflösung)

    • 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 l.jpg
    2.4.2 H.261 / H.263 • formate Auflösung)

    • 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 l.jpg

    ! Auflösung)

    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 3 mpeg l.jpg
    2.4.3 MPEG Auflösung)

    • siehe Kapitel: Videotechnik


    2 4 4 fraktale kompression l.jpg

    ! Auflösung)

    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 l.jpg
    2.4.5 zusammenfassung angewandte verfahren Auflösung)

    • 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 l.jpg
    2.5 zusammenfassung Auflösung)

    • einleitung

    • kodierungsverfahren

    • grundlegende verfahren

    • angewandte verfahren


    2 5 1 einleitung l.jpg

    ! Auflösung)

    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 l.jpg
    2.5.2 kodierungsverfahren Auflösung)

    • 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 l.jpg
    2.5.3 grundlegende verfahren Auflösung)

    • Entropiekodierung

      • Lauflängenkodierung

      • huffmann-kodierung

    • Quellenkodierung

      • prädiktion / relative kodierung

      • transformations-kodierungen

      • unterabtastung

      • vektorquantisierung

    • Es gibt zu vielen "reinen" Kodierungsverfahren Spezialformen


    2 5 4 angewandte verfahren l.jpg
    2.5.4 angewandte verfahren Auflösung)

    • 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 l.jpg
    kapitel 3 speichermedien Auflösung)

    • 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 l.jpg
    3.1 überblick Auflösung)

    • anforderungen

    • historie • bis zur CD-ROM

    • historie • erweiterungen

    • historie • beschreibbare CD

    • zusammenfassung überblick


    3 1 1 anforderungen l.jpg

    Anforderungen Multimedia Auflösung)

    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

          

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    3 1 2 historie bis zur cd rom l.jpg
    3.1.2 historie • bis zur CD-ROM Auflösung)

    • 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 l.jpg
    3.1.3 historie • erweiterungen Auflösung)

    • 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 l.jpg
    3.1.4 historie • beschreibbare CD Auflösung)

    • 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 l.jpg

    ! Auflösung)

    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 l.jpg
    3.2 basistechnologie (read only) Auflösung)

    • aufbau

    • ausprägungen

    • digitale informationsdarstellung

    • problem: zugriffsgeschwindigkeit

    • zusammenfassung basistechnologie


    3 2 1 aufbau l.jpg

    ! Auflösung)

    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 l.jpg

    analoge aufzeichnung Auflösung)

    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 l.jpg

    ! Auflösung)

    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 l.jpg
    3.2.4 Auflösung) 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 l.jpg

    ! Auflösung)

    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 l.jpg
    3.3 CD-DA Auflösung)

    • technische daten

    • physikalische grenzen

    • fehlerkorrektur

    • frames

    • aufbau einer CD

    • zusammenfassung CD-DA


    3 3 1 technische daten l.jpg
    3.3.1 technische daten Auflösung)

    • 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 l.jpg

    ! Auflösung)

    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 l.jpg

    ! Auflösung)

    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 l.jpg

    Füllbits Auflösung)

    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


    3 3 5 aufbau einer cd l.jpg
    3.3.5 aufbau einer CD Auflösung)

    • 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 l.jpg

    ! Auflösung)

    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 l.jpg
    3.4 CD-ROM Auflösung)

    • anforderungen

    • ansatz

    • modi

    • überblick datenhierarchie

    • zusammenfassung


    3 4 1 anforderungen l.jpg
    3.4.1 anforderungen Auflösung)

    • 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 l.jpg
    3.4.2 ansatz Auflösung)

    • 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 l.jpg

    ! Auflösung)

    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 l.jpg

    CD Auflösung)

    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 l.jpg

    ! Auflösung)

    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 l.jpg
    3.5 CD-ROM/XA Auflösung)

    • ansatz

    • forms

    • daten innerhalb der forms

    • zusammenfassung CD-ROM/XA


    3 5 1 ansatz l.jpg
    3.5.1 ansatz Auflösung)

    • 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 l.jpg

    Form 1 Auflösung)

    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 l.jpg
    3.5.3 daten innerhalb der forms Auflösung)

    • 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 l.jpg

    ! Auflösung)

    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 l.jpg
    3.6 CD-I Auflösung)

    • ansatz

    • medien

    • zusammenfassung CD-I


    3 6 1 ansatz l.jpg
    3.6.1 ansatz Auflösung)

    • 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 l.jpg
    3.6.2 Auflösung) 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 l.jpg

    ! Auflösung)

    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 l.jpg
    3.7 weitere formate (read only) Auflösung)

    • CD-I ready format

    • CD bridge disc

    • photo CD

    • digital video interactive (DVI)

    • zusammenfassung weitere formate


    3 7 1 cd i ready format l.jpg
    3.7.1 Auflösung) 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 l.jpg

    CD-DA Auflösung)

    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 l.jpg

    Entwickelt von Eastman Kodak und Philips Auflösung)

    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 l.jpg
    3.7.4 digital video interactive (DVI) Auflösung)

    • 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 l.jpg

    ! Auflösung)

    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 l.jpg
    3.8 Auflösung)CD recordable (CD-R / CD-WO)

    • physikalischer aufbau CD-R

    • logischer aufbau CD-R

    • zusammenfassung CD-R


    3 8 1 physikalischer aufbau cd r l.jpg

    ! Auflösung)

    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 l.jpg

    Regular CD-R Auflösung)

    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 l.jpg

    ! Auflösung)

    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 cd magneto optical cd mo cd rw l.jpg
    3.9 CD magneto-optical (CD-MO/CD-RW) Auflösung)

    • ansatz

    • struktur

    • CD read-write (CD-RW)

    • zusammenfassung


    3 9 1 ansatz l.jpg
    3.9.1 ansatz Auflösung)

    • Spezifiziert im Orange book (erster Teil) 1991

    • Ermöglicht mehrmaliges Schreiben der CD

    • Physikalischer Ansatz

      • Bei hohen Temperaturen lassen sich in bestimmten Materialien Dipole durch ein Magnetfeld ausrichten

      • Bei der CD-MO erhitzt ein Laser die Oberfläche auf 1500C. In einem Magnetfeld von 10facher Erdmagnetfeldstärke werden Dipole nach unten oder oben ausgerichtet. Diese Ausrichtung ändert die Lichtreflexion.

      • Beim Löschen wird ein konstanten Magnetfeld angelegt

      • Das Verfahren ist also ein magnetisches Aufzeichnungsverfahren kombiniert mit einem optischen Abtastverfahren


    3 9 2 struktur l.jpg

    Die CD-MO ist (optional) zweigeteilt Auflösung)

    Premastered Area (optional)Nur lesbarer Bereich, der initial auf die CD-MO aufgebracht wurde.

    Rocordable Area

    Die Technik ist inkompatibel: CD-MO (oder CD-RW) ist nicht mit CD-DA, CD-ROM, CD-ROM/XA oder CD-WO Gerät lesbar.

    CD-MO

    Recordable

    Area

    Premastered

    Area

    CD-DA

    3.9.2 struktur


    3 9 3 cd read write cd rw l.jpg
    3.9.3 CD read-write (CD-RW) Auflösung)

    • Die CD-RW ist eine Weiterentwicklung der CD-MO

    • Physikalisches Prinzip wie bei der CD-MO

    • Erhitzung durch impulsartige Energiezufuhr durch den Laser

    • CD-RW können auf alten CD-ROM Lesegeräten oft nicht gelesen werden.

      • Der Reflexionsgrad liegt bei 15-20%Zum Vergleich

        • Reflexionsgrad CD-DA: 70%

        • Reflexionsgrad CD-R/WO: 65 %

      • Neuere Geräte besitzen eine Signalverstärkungsanpassung und können CD-RW lesen


    3 9 4 zusammenfassung cd mo rw l.jpg

    ! Auflösung)

    3.9.4 zusammenfassung CD-MO/RW

    • Die CD-MO/RW ermöglicht das mehrmalige Beschreiben von CDs

    • Die CD-MO/RW ist strukturell optional zweigeteilt

    • Die CD-RW ist eine technische Fortentwicklung der CD-MO

    • Die CD-MO kann auf keinem CD-ROM Lesegerät gelesen werden.Die CD-RW kann nur auf neueren Geräten gelesen werden


    3 10 digital versatile disc dvd l.jpg
    3.10 Digital Versatile Disc (DVD) Auflösung)

    • standards

    • versionen

    • technik

    • aufbau

    • dekoder

    • vergleich CD DVD

    • zusammenfassung DVD


    3 10 1 standards l.jpg
    3.10.1 standards Auflösung)

    • 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 10 2 versionen l.jpg
    3.10.2 versionen Auflösung)

    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 10 3 technik l.jpg

    ! Auflösung)

    3.10.3 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 10 4 aufbau l.jpg

    Blöcke Auflösung)

    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

    3.10.4 aufbau

    33024 Bytes

    von 37856 Bytes

    Nutzinformation

    ( 87%)


    3 10 5 dekoder l.jpg
    3.10.5 dekoder Auflösung)

    • 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 10 6 vergleich cd dvd l.jpg
    3.10.6 vergleich CD Auflösung) 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 10 7 zusammenfassung dvd l.jpg

    ! Auflösung)

    3.10.7 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 11 logische formate l.jpg
    3.11 logische formate Auflösung)

    • der ISO 9660 standard

    • die ISO 9660 struktur

    • erweiterungen der ISO 9660

    • verwendung

    • zusammenfassung logische formate


    3 11 1 der iso 9660 standard l.jpg

    ! Auflösung)

    3.11.1 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 11 2 die iso 9660 struktur l.jpg

    16 Blöcke (à 2352 Byte, 2048 Byte Nutzinformation) Auflösung)

    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

    3.11.2 die ISO 9660 struktur

    • Das File-System wird im ersten Track abgelegt:


    3 11 3 erweiterungen der iso 9660 l.jpg

    ! Auflösung)

    3.11.3 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


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    3.11.4 verwendung Auflösung)

    • 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


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    ! Auflösung)

    3.11.5 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.


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    kapitel 4 transfersysteme Auflösung)

    • Entwicklung der Telekommunikation

    • Dienste

    • Netze

    • Vermittlungsknoten

    • Kommunikationsmodelle

    • Signalisierung

    • Breitbandkommunikation

    • zusammenfassung


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    4.1 entwicklung der telekommunikation Auflösung)

    • Zeitliches

    • Technisches

    • Zusammenfassung


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    4.1.1 zeitliches Auflösung)

    • Die ersten 100 Jahre

    • Der Übergang zur Digitaltechnik

    • Die neuesten Generationen


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    4.1.1 Auflösung).1die ersten 100 jahre

    • 1833 Telegraf (Digital: Gauß, Weber)

    • 1861 Telefon (Phillip Reis)

    • 1876 Brauchbares Telefon (Gray, Bell)

    • 1877 Handvermittlungssystem (USA)

    • 1881 Handvermittlungssystem (Berlin)

    • 1889 Hebdrehwähler (Undertaker)

    • 1892 Automatische Vermittlung (USA)

    • 1901 Drahtlose Telegraphie (Eng)

    • 1908 Automatische Vermittlung (D)

    • 1927 Transatalatische KW-Übertragung

    • 1933 Fernschreibnetz, Telex (D)


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    4.1.1 Auflösung).2der übergang zur digitaltechnik

    • 1938 PCM (A. Reeves)

    • 1948 Transistor

    • 1955 Edelmetalmotordrehwähler (EMD)

    • 1956 Transatlantisches Kabel

    • 1960 Vollelektonische VSt (USA)

    • 1962 Fernsehsatellit "Telstar 1"

    • 1965 Rechnergesteuerte Ovst (ESS)

    • 1965 Geostationärer Satellit "Intelsat 1"

    • 1965 Elektronische VSt im Zeitmultiplex

    • 1968 ARPANET-Vertrag

    • 1969 Bildübertragung Mondlandung


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    4.1.1 Auflösung).3die neuesten generationen

    • 1970 Vollautomatisierung

    • 1970 Elektronisches Wähl System

    • 1975 Start des IDN

    • 1976 EWS1 im Wirkbetrieb

    • 1979 LWL-Betrieb Frankfurt - Oberursel

    • 1980 Bildübertragung Jupiter und Saturn

    • 1984 ATM-Strecke Prototypen

    • 1989 Start ISDN

    • 1992 WWW

    • 1997 Volldigitales Netz

    • 1998 Fall des Telekom-Monopols


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    4.1.2 technisches Auflösung)

    • Analog zu digital

    • Analoge Technik

    • Digitale Technik


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    ! Auflösung)

    Direkte analoge Leitung zwischen Teilnehmern

    Analoge Vermittlung, analoge Übertragung

    Analoge zur VST, Digitale Vermittlung, digit zwischen VSt

    ISDN: Digital zur VST, Digitale Vermittlung, digit zwischen VSt

    4.1.2.1 überblick • analog zu digital


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    4.1.2.2 analoge technik Auflösung)

    • Analoge Verbindung

      • Verbindung zwischen Teilnehmern

    • Analoge Vermittlung

      • Kontakt zwischen Ein- und Ausgängen der Vermittlungsstellen

    • Prinzip der Vermittlung


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    4.1.2.2.1 analoge verbindung Auflösung)

    • Niederfrequenzleitungen (NF) auf dem Basisband (begrenzung aug ca. 4KHz) zu den Teilnehmern

    • Niederfrequenzleitungen auf dem Basisband zwischen Orts/End-Vermittlungsstellen (O/EVSt) und Knotenvermittlungsstellen (KVSt)

    • Trägerfrequenzübertragung zwischen VStn höherer Ordnung (Frequenzmultiplex - Rasterabstand 4 KHz)


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    Prinzip eines Koppelpunktes Auflösung)

    Koppeleinrichtung

    Eingang

    Steuerung

    Ausgang

    Drehen

    Heben

    Heb-/Dreh-

    wähler

    EMD

    4.1.2.2.2 analoge vermittlung


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    4.1.2.2.3 prinzip der vermittlung Auflösung)

    • Anrufsuch-Wähler (AS)

      • Konzentriert Anzahl von Endstellen auf geringere Anzahl von gleichzeitigen Verbindungsmöglichkeiten (100:8-50)

    • Gruppenwähler (GW)

      • Zur Bestimmung der Ausgangsrichtung

    • Leitungswähler (LW)

      • Selektion des Endteilnehmers


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    4.1.2.3 digitale technik Auflösung)

    • Erste Stufe Digitale Übertragung zwischen VStn

    • Zweite Stufe Digitalisierung der VStn

    • Dritte Stufe Digitalisierung des Teilnehmerzugangs

    • Vierte Stufe Gesamtdigitalisierung


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    4.1.2.3.1 digitale übertragung zwischen VStn Auflösung)

    • Zeitmultiplextechnik

      • PCM30 (2,048 Mbps) zwischen O/EVSt und KVSt

      • PCM480 bzw. PCM 7680 (565 Mbps) zwischen KVSTn

    • A/D-D/A-Wandlung zwischen den VStn notwendig

    • Analog/Diagital-Wandler sehr schnell und teuer


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    4.1.2.3.2 digitalisierung der VStn Auflösung)

    • 1984: Digitale Fermvermittlungsstellen (DIVF)

    • 1985: Digitale Ortsvermittlungsstellen (DIVO)

    • Ersatz der EMD durch rechnergesteuerte Raum- und Zeitmultiplexkoppelfelöder

    • Lieferanten in Deutschland: SEL (System 12), Siemens (EWSD)

    • Erste LWL Multi-/Monomodefasern (statt Koax):Übertragungsraten bis 2,488 Gbps (PCM 30720 )


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    4.1.2.3.3 digitalisierung des teilnehmerzugangs Auflösung)

    • Seit 1989ISDN (Integrated Services Digital Network)

    • 2 x 64 Kbps Sprachkanal, 1 x 16 Kbps Steuerkanal

    • Anschlussmöglichkeit auch für analoge Teilnehmer über AD/DA-Wandler

    • Anschlussmöglichkeit für digitale nicht-ISDN-Gerate ("Schmallband"-ISDN, S-ISDN)

    • Seit 1995S-ISDN auch in den neuen Bundesländern


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    4.1.2.3.4 gesamtdigitalisierung Auflösung)

    • B-ISDN (Breitband-ISDN) auf ATM-Technik (Asynchronous Transfer Mode)

    • Dynamsische Zuweisung von Bandbreiten

    • Integration aller digitalen Endgeräte


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    ! Auflösung)

    4.1.3 zusammenfassung

    • Die Telefonie entwickelte sich seit 1833 in drei Stufen

      1. Entwicklung und Automatisierung des Fernsprechnetzes

      2. Digitalisierung des Fernsprechnetzes

      3. Integration der Sprach- und Datendiensten

    • Die analoge Telefonie gipfelte ca. 1975 in vollautomatischen Vermittlungssystemen mit

      • 4KHz-Teilnehmerbandbreiten

      • EMD-Wählern.

    • Die digitale Telefonie ist seit 1997 vollständig im Netz eingeführt.

    • Die vierte digitale Generation steht an

      • ATM-Technik


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