Einleitung Digitale Videobertragung Vorstellung Digitale Videobertragung ber volloptische

Einleitung Digitale Videoübertragung Vorstellung Digitale Videoübertragung über volloptische WDM-Netze Verfasser: Moritz Ritter Betreuung: Jan Ørum, Christian Mauz (ETH) Dr. Hubert Jaeger (Siemens München) Professor: Prof. Dr. P. Leuthold 27. 06. 00 © by Moritz Ritter Folie 1

Einleitung Digitale Videoübertragung Thema Motivation: Datenrate eines Digitalsignals: 270 MBits/s Serielle Übertragung über grössere Distanzen schwierig Optische Übertragung erwünscht. 27. 06. 00 © by Moritz Ritter Folie 2

Einleitung Digitale Videoübertragung Thema Problem: Fehler bei bestimmten Signalen „pathologische“ Signale 27. 06. 00 © by Moritz Ritter Folie 3

Einleitung Digitale Videoübertragung Thema Fragestellung: • Was sind „pathologische“ Signale und wann treten sie auf? • Wieso verursachen sie Probleme? • Was soll am besten dagegen getan werden? 27. 06. 00 © by Moritz Ritter Folie 4

Hauptteil Digitale Videoübertragung Digitale Videosignale sind „gesamplete“ analoge Signale: Europäisches BAS-Signal 27. 06. 00 © by Moritz Ritter Folie 5

Hauptteil Digitale Videoübertragung Digitale Videosignale sind Komponentensignale: Y=0. 299 R+0. 587 G+0. 114 B (Helligkeit) Cr=0. 713(R-Y) (Farbe 1) Cb=0. 564(B-Y) (Farbe 2) 4: 2: 2 Digitalsignal nach ITU: • Y-Samplingrate: • Cr/Cb-Samplingrate: • 10 Bits/Sample 27. 06. 00 13. 5 MHz 6. 75 MHz 270 MBits/s © by Moritz Ritter Folie 6

Hauptteil Digitale Videoübertragung Digitale Videosignale 4: 2: 2 Digitalsignal nach ITU: 27. 06. 00 © by Moritz Ritter Folie 7

Hauptteil Digitale Videoübertragung Digitale Videosignale Wortfolge des 4: 2: 2 Digitalsignals: Cr[0], Y[0], Cb[0], Y[1], Cr[1], Y[2], Cb[1], Y[3], . . . Codierung nach ITU (Originalauszug): 27. 06. 00 © by Moritz Ritter Folie 8

Hauptteil Digitale Videoübertragung Digitale Videosignale 27. 06. 00 X 9 + X 4 + 1 Scrambler X + 1 Inverter X 9 + X 4 + 1 De-Scrambler X + 1 De-Inverter © by Moritz Ritter Folie 9

Hauptteil Digitale Videoübertragung Pathologische Signale Equalizer-Testsignal (nach ITU): [0 xc 0, 0 x 66, . . . ] erzeugt [19 x High, 1 x Low, 19 x High, . . . ] viel DC-Anteil! 27. 06. 00 © by Moritz Ritter Folie 10

Hauptteil Digitale Videoübertragung Pathologische Signale 27. 06. 00 © by Moritz Ritter Folie 11

Hauptteil Digitale Videoübertragung Pathologische Signale 27. 06. 00 © by Moritz Ritter Folie 12

Hauptteil Digitale Videoübertragung Pathologische Signale 27. 06. 00 © by Moritz Ritter Folie 13

Hauptteil Digitale Videoübertragung Pathologische Signale Fazit zu den pathologischen Signalen: • Equalizer-Testsignal kommt real sehr selten vor. • Es funktioniert nur, wenn das Scrambler-Register am Anfang der Zeile = 0 ist. Nur ca. alle 29=512 Zeilen enthalten auch wirklich „pathologische“ Sequenzen. • Bereits ein geändertes Bit bringt die DC-Anteile zum Verschwinden. 27. 06. 00 © by Moritz Ritter Folie 14

Hauptteil Digitale Videoübertragung Optische Übertragung Woher Probleme bei der Übertragung von DC? • Licht fliesst immer nur in eine Richtung alles DC • Aber: Komponenten (z. B. Empfänger) nicht dafür ausgelegt 27. 06. 00 © by Moritz Ritter Folie 15

Digitale Videoübertragung Hauptteil Lösung Leitungscodes: 27. 06. 00 © by Moritz Ritter Folie 16

Digitale Videoübertragung Hauptteil Lösung Miller-Code: • 1 Output ändert in der Mitte des Bits • . . . , 0, 0, . . . Output ändert zwischen den Nullen • Gerade Anzahl 1 zwischen zwei 0 Letzte 1 verursacht keine Änderung Obere Grenzfrequenz bleibt gleich. 27. 06. 00 © by Moritz Ritter Folie 17

Digitale Videoübertragung Hauptteil Lösung Fehler-korrigierende Codes: • Übliche Bitfehlerrate in optischen Übertragungssystemen: 10 -12 eigentlich keine Fehlerkorrektur für Videosignale notwendig 27. 06. 00 © by Moritz Ritter Folie 18

Digitale Videoübertragung Hauptteil Lösung Punktierter Faltungscode mit Rate 3/4: G 1=1 + X 2 G 2=1 + X 2 keine Synchronisations-Probleme korrigiert einen Fehler geeigneter Decoder (Viterbi) aufwendig 27. 06. 00 © by Moritz Ritter Folie 19

Schluss Digitale Videoübertragung Zusammenfassung • 4: 2: 2 Digital Videosignal inkl. Scrambler usw. genau definiert. • „Pathologische“ Signale sind kein echtes Problem. • Bei entsprechender Dimensionierung ist DC kein Problem für optische Netze. • Eine geeignete Kanalcodierung kann DC aus jedem Signal entfernen. • Fehler-korrigierende Codes sind für diese Anwendung Luxus. 27. 06. 00 © by Moritz Ritter Folie 20

Digitale Videoübertragung Schluss Ausblick Video: • MPEG-Fernseher • Neue, genormte Übermittlungsstandards wie SDTI (200 MBits/s) • Video Computer Optik: • Volloptische Netze • Optische Signalverarbeitung 27. 06. 00 © by Moritz Ritter Folie 21