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12. Vergleich der Signalaufbereitung und Signalverteilung beim analogen und digitalen Fernsehen 

12.1 Analoges Fernsehen

Wie in den Abschnitten 2 und 3 ausführlich beschrieben wird beim analogen Fernsehen aus den Farbwertsignalen R, G, B sowie dem Austast- und Synchronsignal ein PAL-FBAS-Signal aufbereitet, das aus dem Frequenzbereich von 0...5 MHz dem hochfrequenten Kanalträger aufmoduliert wird. Dies geschieht bei der terrestrischen Funkübertragung und bei der Breitband-Kabelverteilung durch Restseitenband-Amplitudenmodulation. Parallel zum amplitudenmodulierten Bildträger wird im Fernsehkanal mit 7 MHz (VHF) bzw. 8 MHz (UHF) Bandbreite einem Tonträger 5,5 MHz oberhalb des Bildträgers das analoge Tonsignal durch Frequenzmodulation aufgebracht. Im Falle der Zweitonübertragung wird zusätzlich ein zweiter Tonträger etwa 250 kHz oberhalb des ersten Tonträgers mit dem zweiten Tonsignal frequenzmoduliert. 

Bei der Übertragung im Satellitenkanal mit 26 MHz Bandbreite wird im Basisband neben dem PAL-FBAS-Signal ein Tonträger bei 6,5 MHz vom analogen Mono-Tonsignal frequenzmoduliert. Daneben kommen bei Stereo-Tonübertragung noch eigene FM-Unterträger bei 7,02 und 7,20 MHz hinzu sowie gegebenenfalls zusätzlich weitere digital modulierte Unterträger. Das gesamte Basisband, das nun von 0...8,4 MHz reicht, wird dem hochfrequenten Kanalträger für die Aufwärtsstrecke zum Satelliten durch Frequenzmodulation aufgebracht. Bild 12.1 gibt dies in einem vereinfachten Blockschaltbild wieder.

 

12.1.png

12.2 Digitales Fernsehen

Die Aufbereitung des beim digitalen Fernsehen übertragenen Video- und Audiosignals muss in mehreren Stufen betrachtet werden. Ausgangspunkt sind zunächst wieder die analogen Farbwertsignale R, G, B, verbunden mit dem Austastsignal, sowie das analoge Mono-, Stereo- oder Mehrkanal-Tonsignal. Die Farbwertsignale werden in die Komponentensignale Y sowie (B-Y) und (R-Y) matriziert, wobei die reduzierten Farbdifferenzsignale als Digitalsignale nun mit CB und CR bezeichnet werden. Nach Analog-Digital-Wandlung der Komponentenvideosignale sowie der analogen Tonsignale wird nach dem Zeitmultiplex-Verfahren in einem Multiplexer ein serielles DSC-270 Mbit/s-Studiosignal gebildet, das nun über die Zeitreferenzsignale die digitale Synchronisierinformation enthält, sowie einen oder mehrere Tonkanäle.

Die Bitrate von 270 Mbit/s ist zu hoch, um dieses Signal über die herkömmlichen Verteilwege dem Fernsehteilnehmer zuzuführen. Es wird deshalb in dem MPEG-2-Video- und Audio-Encoder über Redundanz- und Irrelevanzreduktion eine wesentliche Datenreduktion vorgenommen. Ein gemeinsamer 27-MHz-Takt (System Time Clock STC) bedient den Video- und Audio-Encoder. Es wird jeweils ein Video- und ein Audio-Elementarstrom gebildet.

Die Elementarströme werden in Datenpakete mit maximal etwa 65 kbyte zerlegt, die den einzelnen Videoteilbildern oder kurzen Audioabschnitten zugeordnet sind. Aus den paketierten Elementarstromdaten (PES) wird ein Programmstrom (PS) gebildet, der nun Zeitmarken in der System Clock Reference (SCR) enthält, die den absoluten Zeitbezug für die komprimierten Video- und Audiodaten gewährleisten. Siehe dazu Bild 12.2.

 

12.2.png

Die relativ langen Datenpakete sind nicht geeignet für die Übertragung in einem mit Störungen behafteten Kanal. Es wird deshalb im Transportstrom-Multiplexer der Programmstrom auf kurze Pakete mit einer festen Länge von 188 byte, davon 4 byte für den Header und 184 byte für die Nutzinformation, im Transportstrom (TS) aufgeteilt, der nun den Zeitbezug in der Program Clock Reference (PCR) enthält.

Die üblichen Fernsehverteilkanäle erlauben die Übertragung von gleichzeitig mehreren Programm-Transportströmen. Es werden deshalb in einem System-Multiplexer mehrere Programm-Transportströme zu einem Sende-Transportstrom zusammengefasst. Dies kann über statisches oder statistisches Multiplexen erfolgen. Für den terrestrischen Funkkanal werden bis zu vier Programme, beim Kabelkanal und beim Satellitenkanal bis zu zehn Programme in einem Multiplex zusammengefasst. Eine neue Aufbereitung der Program Clock Reference ist erforderlich, um selbst geringe zeitliche Verschiebungen beim Multiplex zu eliminieren.

Der Sende- Transportstrom mit einer Datenrate von etwa 13 Mbit/s beim terrestrischen Funkkanal bzw. etwa 38 Mbit/s beim Kabelkanal oder Satellitenkanal wird nun einem pseudo-zufälligen Umsortieren der Bits unterworfen, um ein gleichverteiltes Spektrum ohne Gleichanteil zu erhalten. Im Weiteren folgt ein verketteter Fehlerschutz, der in jedem Fall den äußeren Fehlerschutz (RS 204,188) und ein Byte-Interleaving enthält. Im Satellitenkanal und beim terrestrischen Funkkanal folgt noch der innere Fehlerschutz mit einem punktierten Faltungscode. Die zu übertragende Brutto-Datenrate wird so auf 55 Mbit/s im Satellitenkanal (R = 3/4) bzw. auf etwa 21,5 Mbit/s (8-MHz-Kanal, R = 2/3) oder 18,8 Mbit/s (7-MHz-Kanal, R = 3/4) im terrestrischen Funkkanal erhöht. Bild 12.3 gibt in einem vereinfachten Blockschaltbild die Übertragung des Sende-Transportstroms wieder.

 

12.3.png

 


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