Digitales Fernsehen und PC

von Petra Schröder

1 Was ist Digitales Fernsehen?

2 Technische Grundlagen

2.1 Quellencodierung für Audiosignale nach MPEG

Abbildung Nr. 1 zeigt das Blockbild einer Nachrichtenübertragung mit Datenratenreduktion. Die Nachrichtenquelle liefert ein analoges Tonsignal, das zunächst durch Abtastung und Quantisierung in ein digitales Signal überführt wird. Verwendet man die im Studio übliche Abtastrate von 48 kHz und eine 16-bit-Quantisierung, erhält man eine Datenrate von 768 kbit/s für einen monophonen Kanal. Um nun dieses Signal mit einem möglichst geringen Aufwand zu übertragen zu können, wird diese Datenrate in einem Quellencoder auf einen geringeren Wert reduziert. Der Decoder auf der anderen Seite wandelt dann das datenreduzierte Signal wieder in ein PCM-Signal zurück, das in ein analoges Signal konvertiert und einem Lautsprecher zugeführt wird.

Abb. Nr. 1

Die Datenratenreduktion muß so durchgeführt werden, daß das menschliche Gehör diese nicht oder so gering wie möglich wahrnimmt. Man unterscheidet hierbei 2 Ansätze:
1. die Redundanzreduktion und
2. die Irrelevanzreduktion.

Die Redundanz eines Signals ist ein Maß für die Vorhersagbarkeit von Signalteilen. Die Reduktion der Redundanz erfordert Kenntnisse über die statistischen Eigenschaften der Nachrichtenquelle. Redundante Signalteile können am Encoder reduziert und auf der Decoderseite wieder so ergänzt werden, daß die ursprüngliche Signalform vollständig rekonstruiert wird.
Bei Audiosignalen gibt es allerdings kaum statistische Bindungen im Signal, man kann also keinen hohen Kompressionsraten erreichen.

Eine Irrelevanzreduktion nutzt die begrenzte Aufnahmefähigkeit des menschlichen Gehörs zur Kompression der Daten aus. Bei Audiosignalen werden die Signalanteile im Encoder eliminiert, die das menschliche Gehör aufgrund seines begrenzten Auflösungsvermögens in der Amplitude, der Zeit und im Spektrum nicht wahrnehmen kann. Die Irrelevanzreduktion ist im Gegensatz zur Redundanzreduktion nicht umkehrbar, da die Reduktion nicht wahrnehmbar ist, stellt sie subjektiv keine Verschlechterung der Qualität dar.

 

2.2 Quellencodierung für Videosignale nach JPEG und MPEG

2.2.1 Codierung nach JPEG
Abb. Nr. 2 zeigt das Blockschaltbild eines JPEG-Encoders. Zunächst wird das Eingangsbild in Blöcke zu 8x8 Bildpunkten zerlegt. Auf diese Blöcke wird die Diskrete Cosinus-Transformation (DCT) angewendet, die die Abtastwerte des Bildes in den sogenannten Ortsfrequenzbereich transformiert. Die einzelnen Frequenzanteile des Bildes treten in Form von Koeffizienten auf, so daß die nachfolgende Quantisierung nach Ortsfrequenzen gestaffelt verschieden fein ausgeführt werden kann. Dadurch wird eine Anpassung an den Gesichtssinn möglich. Die Quantisierung ist der eigentliche verlustbehaftete Schritt, alle anderen Teile sind verlustfrei und können durch entsprechende inverse Operationen rückgängig gemacht werden. Zur weiteren Datenreduktion schließt sich noch die Redundanzreduktion an, die im wesentlichen aus einer Kombination von Lauflängencodierung und Huffman-Codierung besteht.

Abb. Nr. 2

Die entsprechenden, inversen Arbeitsschritte werden im Decoder durchlaufen. Duch das Zusammensetzen der 8 x 8-Blöcke entsteht das Ausgangsbild, das sich bei entsprechend gewählter Quantisierungstabelle vom Eingangsbild kaum unterscheidet.

2.2.2 Codierung nach den MPEG-Standards
Die MPEG-Standards benutzen ebenfalls die Diskrete Cosinus-Transformation . Zusätzlich nutzen sie aber auch die Ähnlichkeite der aufeinanderfolgenden Bilder in zeitlicher Richtung aus und erreichen dadurch einen wesentlich höheren Kompressionsfaktor bei gleicher Qualität.
In Abb. Nr. 3 ist das Blockschaltbild eines MPEG-Video-Encoders zu sehen.

Abb. Nr. 3

Im Mittelpunkt erkennt man, gestrichelt eingerahmt, die Stufen: DCT, Quantisierung und Redundanzreduktion, die auch schon bei JPEG vorhanden sind. Hinzu kommt jetzt die Differenzcodierung mit einem Bildspeicher zur Zeitverzögerung um tau. Unterstützt wird diese Prädiktion durch eine Bewegungsschätzung, die zu den einzelnen Blöcken des zu codierenden Bildes eine möglichst gute Entsprechung im vorherigen Bild sucht. Da der Decoder die Bewegungsinformation braucht, um die Prädiktion wieder rückgängig zu machen, werden die ermittelten Bewegungsvektoren im Datenstrom mit übertragen. Um auch die Ähnlichkeit mit zeitlich später folgenden Bildern ausnutzen zu können, findet vor der Decodierung eine Umordnung der Reihenfolge der Bilder statt.
Die zweite Ergänzung gegenüber dem JPEG-Standard ist die Steuerung des Quantisierers, um eine zu übertragenden konstanten Datenrate zu erreichen. Am Ausgang des Encoders befindet sich ein Puffer, der die mit variabler Rate einkommenden Daten aufnimmt und mit konstanter Datenrate weitergibt. Wenn der Puffer überläuft, dann bewirkt er über den Quantisierungsfaktor eine gröbere Quantisierung, so daß dann weniger Daten an den Puffer übergeben werden. Auf diese Weise stellt sich eine konstante Datenrate ein.

Den entsprechenden Decoder zeigt Abb. 4.

Abb. Nr. 4

Die mit konstanter Datenrate eingehenden Daten werden vom Eingangspuffer aufgenommen und mit variabler Rate an den Demultiplexer weitergegeben,  der die codierten Bilddaten von den benötigten Zusatzinformationen (Quantisierungsfaktor und Bewegungsvektoren) trennt. Nach inverser Redundanzreduktion erfolgt die inverse Quantisierung, die den im Datenstrom mit übertragenden Quantisierungsfaktor auswertet. Die inverse DCT transformiert die Koeffizienten zurück in den Ortsbereich, woraufhin die Vorhersagewerte aufaddiert werden. Für diesen Schritt werden die vom Encoder ermitttelten und im Datenstrom übertragenen Bewegungsvektoren benötigt. Zum Abschluß werden die Bilder wieder in die richtige Reihenfolge gebracht.

2.3 Systemebene und Multiplexbildung nach MPEG-2

Neben der Codierung für Audio- und Videosignale definiert der MPEG-2-Standard auch den Multiplex von Audio, Video und Zusatzdaten in einem einzigen Datenstrom. Dieses Zusammenfügen ist aber nicht die einzige Aufgabe des Multiplexes. Auch das Bereitstellen von Übertragungskapazität für Informationen über das laufende Programm bzw. die laufende Sendung und über den Übertragungsweg sowie von anderen, für die technische Durchführung des Dienstes benötigten oder für den Zuschauer als Orientierungshilfe in der Programmvielfalt gedachten Informationen sind wichtige Aufgaben, die vom Multiplex geleistet werden müssen.
Weitere Funktionen, die zum Bereich des Multiplex gehören, sind Maßnahmen zur Taktgenerierung im Decoder und die Synchronisierung der Audio- und Videowiedergabe zur Einhaltung der Lippensynchronität.

2.3.1 Unterschiede zwischen Program Multiplex und Transport Multiplex
 Abb. Nr. 5 zeigt den Ablauf der Multiplexbildung in einem groben Blockschaltbild. Zunächst werden Video-, Audio- und Zusatzdaten einzeln in relativ große Einheiten ("Packets") unterteilt und mit Steuerinformationen versehen ("Packetizer"). Danach erst folgt das eigentliche Zusammenführen der einzelnen Datenströme zu einem einzigen, wobei die sogenannten "Packetized Elementary Streams (PES)" in kleinere Packets zerlegt und diese dann gemultiplext werden. Dieser Schritt kann zu einem "Program Stream (PS)" mit einer einzigen einheitlichen Zeitbasis oder zu einem "Transport Stream (TS)" führen mit der Möglichkeit, mehrere verschiedene Zeitbasen und damit mehrere Programme in einem Kanal zu übertragen. Die wesentlichen Unterschiede sind:

Abb. Nr. 5

1. Program Multiplex:
- alle Teildatenströme haben eine gemeinsame Zeitbasis
-geeignet für die Benutzung in (nahezu) ungestörten Kanälen (z. B. Aufzeichnung auf Festplatten)
-erlaubt Packets variabler Länge

2. Transport Multiplex
-mehrere verschiedene Zeitbasen möglich
-zur Benutzung in ungestörten Kanälen (z. B. Satellitenübertragung)
-feste Packetlänge von 188 Byte

Das DVB-Projekt hat sich auf die Benutzung des Transport Multiplex bei Fernsehausstrahlungen in Europa über Satellit, Kabel und über terrestrische Sender festgelegt, da nur dieser für die Übertragung über gestörte Kanäle geeignet ist.

2.3.2 Die Systemebene im ISO/OSI-Schichtenmodell
Um die Verwendbarkeit der MPEG-2-Systemdatenströme in möglichst allen existierenden und zukünftigen Datennetzen zu gewährleisten, hat sich die Moving Pictures Experts Group bei der Entwicklung des Multiplexes am ISO/OSI-Schichtenmodell orientiert.

ISO/OSI	MPEG-2
5 Session Layer	Compression Layer	- Video- bzw. Audio-Encodierung/Decodierung
4 Transport Layer	System Layer	PES Packet Layer - Synchronisierung der Datenströme (z. B. Video/Audio) Transport Packet Layer (Transport MUX) bzw. Pack Layer (Program MUX) -Multiplexen/Demultiplexen -Puffermanagement -Timing -Daten-Aussenden/Empfang

Die Quellencodierung der Video- und Audiosignale nach MPEG korrespondiert zu der 5. Schicht, dem "Session Layer", im MPEG-Sprachgebrauch wird er "Compression Layer" genannt. Die Festlegung der Bedeutung der einzelnen Bits im Sinne der MPEG-Video/Audio-Syntax kann als Analogie zum Sprachalphabet angesehen werden. Der Multiplex, also die Aufbereitung der Daten für den Transport, entspricht dem "Transport Layer". Dieser wird in 2 Sub Layer unterteilt. Der "PES Packet Layer" ist für die Synchronisierung der einzelnen Elementarströme zuständig, während im "Transport Packet Layer" das Multiplexen/Demultiplexen, das Puffer-Management, das Timing und das eigentliche Senden und Empfangen der Daten realisiert wird.

2.3.3 Service Information
MPEG-2 definiert im Systems-Teil insgesamt 4 Tabellen, die die sogenannte "Program Specific Information (PSI)" enthalten. Darüberhinaus ist die Möglichkeit gegeben, in bestimmten Applikationen eigene Tabellen zu definieren. Das DVB-Projekt hat davon Gebrauch gemacht, um eine komfortable Benutzerführung durch die Programmvielfalt zu ermöglichen.
Die bereits von MPEG bereitgestellten Tabellen sind:

"Programm Association Table (PAT)"
- enthält eine Liste aller Programme im Transport Multiplex und verweist auf die Packet IDs der zugehörigen "Program Map Table (PMT)"

"Program Map Table (PMT)"
- Verweist auf die einzelnen Packet IDs des betreffenden Programms und besonders auf die Packets mit der Program Clock Reference.
- Enthält den Programm Namen
- Enthält CopyRight- Informationen
- u. a. m.

"Conditional Access Table (CAT)"
- Enthält "Private Data" für bedingten Zugriff

"Network Information Table (NIT)"
- Enthält "Private Data", wie Orbitposition, Transpondernummer,...

Die vom DVB-Projekt zusätzlich definierten Tabellen liefern Informationen für den Zuschauer, wie zum Beispiel eine elektronische Programmzeitschrift.

"Bouquet Association Table (BAT)"
- Enthält Informationen über das Bouquet der Programme eines Anbieters, auch wenn diese über verschiedene Ausstrahlungswege verbreitet werden.

"Service Description Table (SDT)"
- Beschreibt die angebotenen Programme
- Enthält Hinweise auf die Sendeanstalten

"Event Information Table (EIT)"
- Enthält Programmtafeln wie in Fernsehzeitschriften
- Enthält Kennungen der jeweiligen Programmart
- Enthält Klassifizierung der Programme, wie zum Beispiel "nicht jugendfrei"

"Time and Date Table (TDT)"
- Enthält Uhrzeit

"Running Status Table (RST)"
- Gibt an, ob eine bestimmte Sendng gerade läuft, noch nicht läuft oder demnächst anfängt und ermöglicht so die Steuerung von VCRs

Diese Serviceinformationen sind ein wichtiges Element des DVB-Programmangebotes, sie ermöglichen es dem Zuschauer, sich durch das große Programmangebot hindurchzufinden. Die Benutzerführung ist umfangreicher und weitergehender als der normale Fernsehtext, man kann die Sehgewohnheiten des Zuschauers abspeichern und beim Sehen auf die gerade laufenden oder demnächst anlaufenden Sendungen hinweisen.

2.4 Vorwärts-Fehlerkorrektur (FEC)

In der Quellenkodierung wird dem Signal Redundanz und Irrelevanz abgezogen. Damit wird es aber auch anfälliger für Störungen auf dem Übertragungsweg. Bei einem normalen Fernsehbild macht sich ein Fehler in nur einem Pixel bemerkbar, bei einem mpeg-codierten Fernsehbild kann schon ein Block verfälscht werden. Um dies zu vermeiden, muß eine Kanalcodierung vorgenommen werden. Diese Kanalcodierung sieht nun eine Vorwärts-Fehlerkorrektur vor, damit der Empfänger die Fehler korrigieren kann.
Das Prinzip der Übertragung mit Fehlerschutz-Codierung zeigt das Bild Nr. 6

Abb. Nr. 6

Dem digitalen, quellencodierten Signal wird auf der Senderseite im Kanalencoder gezielt Redundanz hinzugefügt. Die zu übertragende Datenmenge wird dadurch vergrößert. Nun schleichen sich Fehler auf dem Übertragungsweg ein, die sich dadurch bemerkbar machen, daß aus einer 1 eine 0 wird und umgekehrt. Die Aufgabe der Kanaldecodierung im Empfänger ist nun, durch Auswertung der Redundanz die Position der falschen Bits zu ermitteln und diese zu invertieren. Danach wird die Redundanz wieder entfernt.
Es gibt nun verschiedene Fehlerarten. Vereinzelt auftretende Fehler werden Bitfehler genannt. Ein n bit Burstfehler ist definiert durch einen Block der Länge n bit, von dem mindestens das erste und letzte Bit falsch ist. Ein Symbolfehler ist ein verfälschtes Symbol.
Es können nun verschiedene Codes konstruiert werden, die die häufigeren Fehlerarten sehr gut und die weniger häufigeren weniger gut korrigieren können. Abb. Nr. 7 zeigt eine Übersicht der am häufigsten verwendeten Codeklassen.

Abb. Nr. 7

Man unterscheidet nun zwischen Block- und Faltungscodes. Bei Blockcodes wird der Eingangsdatenstrom in Blöcke der festen Länge m aufgeteilt. m bezeichnet die Anzahl der Symbole. Ein Symbol kann aus einem oder mehreren Bits bestehen.
Bei Blockcodes wird die berechnete Redundanz in k Korrekturstellen den eigentlichen m Informationsstellen angehängt, so daß schließlich ein Block der Länge n = k + m übertragen wird. Die Coderate bezeichnet das Verhältnis der Informationsstellen m zu den zu übertragenden Stellen n.

Bei Faltungscodes werden die Eingangsinformationen über mehrere Ausgangsdaten "verschmiert". Die Eingangsdaten werden in einem Schieberegister gespeichert und die Ausgangsdaten werden durch verschiedene Abgriffe des Schieberegisters erzeugt. Die Coderate definiert sich hier aus dem Quotienten der Anzahl der auf einmal eingelesenen Bits zu der Anzahl der auf einmal ausgegebenen Bits.

Die Bitfehlerrate (BER=Bit Error Rate) bezeichnet die Häufigkeit der fehlerhaft empfangenen Bits im Verhältnis zur Gesamtzahl der empfangenen Bits. Entsprechend bezeichnet die Symbolfehlerrate (SER=Symbol Error Rate) die Häufigkeit der fehlerhaft empfangenen Symbole im Verhältnis zur Gesamtzahl der empfangenen Symbole.

Bei terrestrischer und Satelliten-Ausstrahlung wird ein Reed-Solomon-Code mit einem Faltungscode verkettet und eingesetzt.

2.5 Digitale Modulation

Die Aufgabe der Modulation ist es nun, den digitalen Datenstrom in eine Form zu bringen, mit der sie möglichst fehlerfrei über einen Sendekanal zu übertragen ist. Das Basis-Signal ist ein NRZ-Signal (No Return to Zero). Da nun terrestrische, Kabel und Satelliten-Kanäle unterschiedliche Eigenschaften haben, gibt es verschiedene Modulationsarten.

Quadraturphasenumtastung (QPSK)
Das NRZ-Signal wird zunächst durch einen Demux auf zwei parallele Pfade aufgeteilt. Nach der Parallelisierung können immer zwei Bits gleichzeitig verarbeitet werden. Diesen Dibits wird die Funktion eines komplexen Symbols mit Real- und Imaginär-Teil zugeordnet. Jedes Teilsignal wird einem Multiplizierer zugeführt. Als Träger dienen zwei 90° zueinander phasenverschobene, cos-förmige Signale mit derselben Frequenz. Anschließend werden beide Komponenten addiert.

QPSK wird bei Übertragung über Satellit angewendet.

Amplitudenumtastung(ASK) und digitale Restseitenband-Amplitudenmodulation (RSB-AM)
Bei der Amplitudenumtastung wird das NRZ-Signal einem Modulator zugeführt und mit dem Trägersignal verknüpft. Der Modulator wird eingeschaltet, wenn eine 1 gesendet werden soll bzw. ausgeschaltet bei einer 0.
Beim digitalen RSB-AM wird der serielle Datenstrom am Eingang des Modulators zunächst zu Datenwörtern der Wortbreite m zusammengefaßt und anschließend über eine Tabelle den M möglichen diskreten Symbolzuständen zugeordnet. Dabei besteht folgender Zusammenhang:
M=2^m
Die gewünschte RSB-AM-Signalform kann durch ein ASK-Verfahren erzeugt werden. Da das modulierte Signal keine Phaseninformation enthält, reicht es aus, nur eines der beiden Seitenbänder zu übertragen. Das zweite Seitenband wird durch eine Nachfilterung fast vollständig unterdrückt.

Digitale Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM)
Es können zwei voneinander unabhängige Nutzsignale auf einmal moduliert werden. Dafür werden aber beide Seitenbänder im hochfrequenten Bereich benötigt. Wie bei der AM wird ein Nutzsignal mit einer Trägerschwingung multipliziert. Daneben wird dann ein zweites Nutzsignal mit der gleichen, aber um 90° phasenverschobenen Trägerschwingung multipliziert und mit dem ersten Modulationsprodukt addiert.
Dieses Verfahren wird für die Übertragung in Kabelnetzen verwendet.

COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex)
Häufige Störungsquelle bei analogen Rundfunksystemen ist der sogenannte Mehrwegempfang. Rundfunkwellen des selben Senders treffen nicht immer auf direktem Weg bei der Antenne des Empfängers ein. Einige Wellen werden an Gebäuden, Bergen, Autos etc. reflektiert und erreichen den Empfänger mit geringen, jedoch merklichen Verzögerungen. Die Wellen überlagern sich und verursachen Störungen - bis hin zur völligen Auslöschung des Signals. Aus diesem Grund müssen alle benachbarten UKW-Sender, die das selbe Programm ausstrahlen, auf unterschiedlichen Frequenzen senden - das Signal eines solchen Senders wäre sonst für den Empfänger gleichbedeutend mit einer reflektierten Welle. Mit intelligenter Digitaltechnik lässt sich dieses Problem jedoch lösen. Der Digitale Rundfunk (DAB) nutzt zur Übertragung das COFDM-Verfahren. Bei COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex) wird das zu übertragende Signal auf zahlreiche Übertragungskanäle verteilt
Abb. Nr. 8

Um die Störungen minimal zu halten, versieht COFDM das Signal mit einem umfangreichen Fehlerschutz. Außerdem wird nach einem COFDM-Symbol eine Pause eingefügt, so dass reflektierte Wellen, die innerhalb des Intervalls eintreffen, auch genutzt werden können. Bei DAB hat man sich für die Verwendung von 1,5 MHz breiten Frequenzblöcken entschieden, in denen, je nach Übertragungsmodus, zwischen 192 und 1536 Teilbänder moduliert werden. So lassen sich bis zu 7 MUSICAM-codierte Stereoprogramme und zusätzliche Datendienste übertragen.

2.6 Conditional Access

3 Settop-Boxen

Set-Top-Boxen beinhalten den Decoder für das digitale Fernsehen.

Abb. Nr. 10 Set-Top-Box

Set-Top-Boxen werden zwischen die Satellitenantenne, die terrestrische Antenne oder den Kabelanschluss und den normalen analogen Fernseher gesetzt. Eine neue Set-Top-Boxen-Familie beinhaltet eine Computerfestplatte zur Aufzeichnung von Sendungen und Daten. Unter dem Stichwort "TV-Anytime" erlauben solche Geräte die Aufzeichnung von bis zu 40 Stunden Dauer. Der empfangene Datenstrom wird dabei unverändert auf die Festplatte geschrieben. Somit unterliegt die Kopie keinerlei Qualitätsverlusten. Solche Geräte können herkömmliche Videorecorder überflüssig machen. Archivierungswürdige Beiträge lassen sich zukünftig auf eine DVD (Digital Versatile Disk, optisches Speichermedium) überspielen und so speichern.

Abb. Nr. 11 Festplatte

Archivierungswürdige Beiträge lassen sich zukünftig auf eine DVD (Digital Versatile Disk, optisches Speichermedium) überspielen und so speichern.

Es gibt nun verschiedene Standards von Set-Top-Boxen:

1. OpenTV

2. Multimedia Home Platform

OpenTV ist ein weltweit führender Entwickler von interaktiven Medien-Lösungen. Das Unternehmen bietet eine umfassende Software- und Infrastrukturplattform für interaktives Digitalfernsehen und die bedarfsorientierte Übermittlung von Inhalten auf andere digitale Kommunikationsgeräte.
Die Lösungen von OpenTV erfüllen alle Anforderungen digitaler Kommunikationsnetzwerke und beinhalten Middleware, Content-Anwendungen, Tools für die Erstellung von Inhalten, professionelle Serviceprodukte sowie strategisches Consulting.

Das amerikanische Unternehmen OpenTV Inc. ist ein Joint-venture zwischen der französischen Firma Thomson und dem Computerspezialisten Sun.
Die Middleware von OpenTV ist weltweit bereits in mehr als 13,9 Millionen digitalen Set-Top-Boxen installiert (bzw. in deren Lieferumfang enthalten) und ist von 40 digitalen Kabel-, Satelliten- und terrestrischen Kommunikationsnetzwerken in über 50 Ländern ausgewählt worden, wie z.B. BSkyB in Großbritannien; TPS und Noos in Frankreich; PrimaCom in Deutschland; Via Digital in Spanien; Stream in Italien DLA, DIRECTV Latin America LLC und DISH Network von Echostar in den USA. Als europäische Sendeanstalten oder Kabelnetzbetreiber strahlen ARD, RTL, BSkyB, France Telecom Cable, Lyonnaise Cable, MultiChoice Griechenland, Telia Informedia Television (Schweden), TeleDanmark Kabel TV, TPS, Via Digital (Spanien) oder das ZDF ihre elektronischen Zusatzinformationen im OpenTV-Standard aus.
Darüber hinaus haben mehr als 31 Hersteller von digitalen Set-Top-Boxen die Middleware von OpenTV und über 1000 unabhängige Entwickler bzw. Content-Serviceanbieter die Authoring-Tools von OpenTV lizenziert. Gerätehersteller wie Acer, Comstream, Daewoo, Humax, Galaxis, Hyundai, Italtel, Matsushita, Nokia, Pace, Philips, RC&C, Sagem, Samsung, Sanyo, Thomson Multimedia, UEC oder Visionetics setzen die Software zumindest auf einem Teil ihrer Set-Top-Boxen ein.
OpenTV vertreibt seine Software auf zwei Arten. Sendeanstalten, Kabelnetzbetreiber oder auch externe Grafikdesigner können von OpenTV Entwicklerlizenzen ähnlich wie von einer PC-Programmiersprache je Arbeitsplatz erwerben. Gerätehersteller erwerben von OpenTV das fertige "Runtime"-Programm, das sie dann mit den Set-Top-Boxen ausliefern.

3.2 Multimedia Home Platform (MHP)

Die Multimedia Home Platform ist ein offener Standard und unterliegt keiner Lizensierung.
Im nächsten Kapitel wird die MHP näher beschrieben.

Folgende Set-Top-Boxen sind zur Zeit auf dem Markt erhältlich:

Hersteller/Anbieter	Modell	Preis (in Mark)	lieferbar	Sat-/Kabel	digitales Pay-TV	Common Interface
Amstrad	DigX	499	+	s	-	-
Amstrad	SRD 4101	500	-	s	-	-
Amstrad	SRD 4201	500	-	s	-	-
Amstrad	SRD 4301	500	+	s	-	-
Amstrad	SRD 6101 CI	700	-	s	+	2
Amstrad	SRD 6201 CI	700	-	s	+	2
Amstrad	SRD 6301 CI	900	+	s	+	2
Amstrad	SRDA 5101	650	+	s	-	-
Astro	ASR 600 digital	620	+	s	-	-
BOCA	Alta 10	600	+	s	-	-
BOCA	Delta 20	450	+	s	-	-
Brainwave (Nichimen)	Digi1000	499	+	s	-	-
Conrad	EuroSky SR 2000 II Digital	350	+	s	-	-
Dacomm (Clark)	Clark F1-VACI	k. A.	-	s	+	2
digenius	tvbox	399	+	s	-	-
digenius	tvbox CI	549	+	s	+	2
Echostar	AD 2000 IP	1100	-	s	-	-
Echostar	AD 3000 IP	1200	+	s	+	2
Echostar	AD 3000 IP Viaccess	k. A.	+	s	+	2
Echostar	D-2500 IP	1100	-	s	+	2
Echostar	D-2510 IP	1100	+	s	+	2
Echostar	DSB 1000 2CI	k. A.	-	s
Echostar	DSB 1100 FTA	600	+	s	-	-
Echostar	DSB 2000	k. A.	nur in Holland	s	+	-
Echostar	DSB 2110 2CI	750	+	s	+	2
Echostar	DSB 8100	k. A.	+	s
Echostar	DSB 8150	k. A.	nicht in Deutschland	k
Echostar	DSB 8200	800	-	s	+	1
Echostar	DSB 9800	k. A.	nur in Holland	s
Eurosat (Manhattan)	DSR 2500 APCI	k. A.	+	s
Ferotron (Orbitech)	Orbitech CI 100	700	+	s	+	1
Ferotron (Orbitech)	Orbitech Digital 1	750	-	s	-	-
Ferotron (Orbitech)	Orbitech Digital 2	800	-	s	-	-
Ferotron (Orbitech)	Orbitech FTA 100	600	+	s	-	-
Force	D-Master 1111S	799	+	s	+	2
Force	D-Master 1122S	849	+	s	+	2
Force	D-Master 1133S	939	+	s	+	2
Force	D-Master 1144S	899	+	s	+	2
Force	DuoMaster 1030S	1299	+	s	+	2
FTE maximal	IRD 500	k. A.	+	s	-	-
FTE maximal	IRD 500 A	k. A.	+	s	-	-
FTE maximal	IRD 500 AP	k. A.	+	s	-	-
FTE maximal	IRD 500 P	k. A.	+	s	-	-
FTE maximal	IRD 600	k. A.	+	s	+	2
FTE maximal	IRD 600 A	k. A.	+	s	+	2
FTE maximal	IRD 600 AP	k. A.	+	s	+	2
FTE maximal	IRD 600 P	k. A.	+	s	+	2
Fujitsu Siemens Computers	Activy 300	ca. 2500	ab April 01	s	+	1
Fujitsu Siemens Computers	Activy 300	ca. 2500	ab April 01	k	+	1
Galaxis	602 CI	700	-	s	+	2
Galaxis	FTA 2	k. A.	-	s	-	-
Galaxis	IQg Broadband C	k. A.	-	k
Galaxis	IQg Communicator C	k. A.	-	k
Galaxis	IQg Matrix Action C	k. A.	-	k
Galaxis	IQg Matrix Action S	k. A.	-	s	+	2
Galaxis	IQg Matrix C	k. A.	-	k
Galaxis	IQg Matrix CAS1	k. A.	+	s	+	2
Galaxis	IQg Matrix Communicator S	k. A.	-	s	+	2
Galaxis	IQg Matrix S	750	+	s	+	2
Galaxis	IQg Matrix S AC3	799	+	s	+	2
Galaxis	IQg Matrix S CAS 1S	k. A.	+	s	+	2
Galaxis	IQg McZap C	k. A.	-	k
Galaxis	IQg McZap S	550	+	s	-	-
Galaxis	IQg McZap S CI	k. A.	+	s	+	2
Galaxis	IQG.1+	800	-	s	+	2
Galaxis	Panta Rhei	600	-	s	+	2
Grocos (Neusat)	DSR 2000 2CI	k. A.	+	s	+	2
Grundig	DTR 2000 S	1200	-	s	-	-
Grundig	DTR 6000 S	599	+	s	-	-
Grundig	DTR 6001 S CI	799	+	s	+	2
Grundig	Selexx (HDR 5000 S)	1999	12/00	s
Hirschmann	CSR 3100 FTA	500	+	s	-	-
Hirschmann	CSR 3100 HDD	a. A.	Jan 01	s	-	-
Hirschmann	CSR 3401 QAM	k. A.	-	k	+	1
Hirschmann	CSR 3402 QAM	k. A.	+	k	+	2
Hirschmann	CSR 3500 AD	660	+	s	-	-
Hirschmann	CSR 3602 CI	680	+	s	+	2
Humax	CI 5100	666	+	s	+	2
Humax	CI 5100 C	799	+	k	+	2
Humax	CRCI 5500	888	+	s	+	2
Humax	F1	650	-	s	-	-
Humax	F1 5000	555	+	s	-	-
Humax	F1 ACE	k. A.	-	s	-	-
Humax	F1 CI	k. A.	-	s	+	2
Humax	F1 Fox	444	+	s	-	-
Humax	F1 VA	k. A.	-	s	+	-
Humax	F1 VACI	850	-	s	+	2
Humax	FTV 5600	777	+	s	+	2
Humax	IRCI 5400	888	nicht in Deutschland	s	+	2
Humax	NACI-5700	k. A.	nicht in Deutschland	s	+	2
Humax	VA 5200	777	+	s	+	-
Humax	VACI 5300	888	+	s	+	2
Humax	Webbox	k. A.	-	s	+	2
Huth	2000 FTA	600	+	s	-	-
Huth	2000 FTAV	620	+	s	-	-
Huth	2020 DA	680	+	s	-	-
Huth	2020 DAV	700	+	s	-	-
Huth	2040 C	750	+	s	+	2
Huth	2060 DAP	930	+	s	-	-
Huth	2060 DAPV	950	+	s	-	-
Hyundai	HSS 710 A	650	+	s	-	-
Hyundai	HSS-710	550	+	s	-	-
Hyundai	HSS-710 C	700	-	s	-	-
Hyundai	HSS-800 CI	750	+	s	+	1
Kamm	RDS 8000	500	+	s	-	-
Kamm	RDS 8008	700	+	s	+	2
Kamm	RDS 8008 I	900	-	s	+	1
Kamm	RDS 8008 V	800	-	s	+	1
Kathrein	UFD 501	740	-	s	-	-
Kathrein	UFD 505	637	+	s	-	-
Kathrein	UFD 510	900	Auslauf	s	+	1
Kathrein	UFD 515	777	+	s	+	2
Kathrein	UFD 520	749	+	s	-	-
Kathrein	UFD 545	805	+	s	-	-
Kathrein	UFD 552	k. A.	-	s	+	2
Kathrein	UFD 554	k. A.	+	s	+	2
Kathrein (Citycom)	CCR 500	k. A.	+	s	-	-
LaSAT	LS 900	400	+	s	-	-
Lemon	Dream Machine	600	-	s	-	-
Lemon	Volksbox alpha II LED (2000 plus)	900	-	s	-	-
Lemon	Volksbox alpha II VFD (2000 plus)	1000	+	s	-	-
Lemon	Volksbox gamma CI (2000 plus)	1300	-	s	+	1
Lenco	DVB 4100	550	-	s	-	-
Loewe	Digital-TV Aufrüstsatz	999	+	s	-	geplant
Lorenzen	Media Box	380	-	s	+	-
Lorenzen	SL No 11D	550	-	s	-	-
Lorenzen	SL No 12D CI	900	-	s	+	2
Lorenzen	SL No 15D	450	+	s	-	-
Lorenzen	SL No 18D CI	k. A.	ab 01/01	s	+	2
Metz	DVB-S-Modul (696SR9135)	900	+	s	-	-
Met@box	1000 (Phoenix)	k. A.	ab 01/01	s	+
MicroniK	TV-Box 1000 S	860	-	s	+	2-4
MicroniK	TV-Box 1100 S	k. A.	-	s	+	2-4
MicroniK	TV-Box 1200 C	1000	+	k	nachrüstbar	2-4
MicroniK	TV-Box 1200 S	800	+	s	nachrüstbar	2-4
MicroniK	TV-Box 1310 C	2199	+	k	nachrüstbar	2-4
MicroniK	TV-Box 1310 S	1999	+	s	nachrüstbar	2-4
MicroniK	TV-Box 1320 C	2399	+	k	nachrüstbar	2-4
MicroniK	TV-Box 1320 S	2199	+	s	nachrüstbar	2-4
MicroniK	TV-Box 1330 C	2549	+	k	nachrüstbar	2-4
MicroniK	TV-Box 1330 S	2349	+	s	nachrüstbar	2-4
MicroniK	TV-Box 1340 C	2699	+	k	nachrüstbar	2-4
MicroniK	TV-Box 1340 S	2499	+	s	nachrüstbar	2-4
MicroniK	TV-Box 1360 C	2899	+	k	nachrüstbar	2-4
MicroniK	TV-Box 1360 S	2699	+	s	nachrüstbar	2-4
MicroniK	TV-Box 1380 C	3199	+	k	nachrüstbar	2-4
MicroniK	TV-Box 1380 S	2999	+	s	nachrüstbar	2-4
Morgans	FTA II	k. A.	+	s	-	-
Multimedia.Technologies	MediaPortal	2799	+	s	+	1
Multimedia.Technologies	MediaPortal	2799	+	k	+	1
Neveling (Europa)	Europa 2000 A/D	550	+	s	-	-
Neveling (Europa)	Europa 2000 CI	660	-	s	+	2
Nextwave	DX-2000	k. A.	+	s	-	-
Nextwave	DX-3000	k. A.	+	s	-	-
Nextwave	DX-3000 P	k. A.	+	s	-	-
Nextwave	DX-5000	k. A.	-	s
Nichimen (Brainwave)	Digi1000	k. A.	+	s	-	-
Nokia	d-box 2 (Kabel)	1000	+	k
Nokia	d-box 2 (Sat)	1000	+	s	+	-
Nokia	Mediamaster 9450S	499	+	s	-	-
Nokia	Mediamaster 9650S	699	+	s	+	2
Nokia	Mediamaster 9800S	800	+	s	+	1
Nokia	Mediamaster 9902S	1499	+	s	+	1
Palcom GmbH	DSL-1	399	+	s	-	-
Palcom GmbH	DSL-2 ci	699	-	s	+	2
Palcom GmbH	DSL-2100	549	ab 1/01	s	+	2
Panasonic	TU-DSF 30	799	+	s	+	1
Panasonic	TU-DSF 31	949	+	s	+	1
Philips	d-box (neu)	1000	ab 12/2000	s	+	-
Philips CE	STU 5000	600	+	s	-	-
Pollin	DR-1000	350	+	s	-	-
Praxis	DigiMaster 9800 CI	750	+	s	+	2
Praxis	Pocketsat 9500	k. A.	+	s
Preisner	SR 400 D	500	+	s	-	-
Preisner	SR 4100 D	690	-	s	-	-
Preisner	SR 5100 AD	750	-	s	-	-
Quelle	SR 1001	400	+	s	-	-
Quelle	SR 401	500	-	s	-	-
Quelle	SR 495	550	-	s	-	-
Quelle	SR 8102	550	+	s	-	-
Radix	DT-10 S	550	+	s	-	-
Radix	Epsilon 1 FTA	500	-	s	-	-
Radix	Epsilon 1 FTA advanced	500	+	s	-	-
Radix	Epsilon 2 AD	600	+	s	-	-
Radix	Epsilon 3 CI	700	-	s	+	2
Radix	Epsilon 3 CI advanced	700	+	s	+	2
Radix	Epsilon 3 CI+VA	850	-	s	+	1
Radix	Epsilon 3 CI-P	800	-	s	+	2
Sagem	d-box (neu)	1000	+	s	+	-
Sagem	IRD 3100	650	+	s	+	-
Sagem	IRD 3400	850	+	s	+	1
Samsung	DSR 9000 CI	700	+	s	+	2
Samsung	DSR 9000 EM VIA	730	+	s	+	1
Samsung	DSR 9000 FTA	550	+	s	-	-
Samsung	DSR 9000 VIA CI	850	+	s	+	2
SatPartner	Euro Digi FTA	k. A.	-	s	+	1
Schwaiger	SSR 8000	650	-	s	-	-
Schwaiger	SSR 8000 A	729	+	s	-	-
Schwaiger	SSR 8010	639	+	s	-	-
Schwaiger	SSR 8200	800	-	s	+	2
Schwaiger	SSR 8200 A	799	+	s	+	2
Schwaiger	SSR 8250	1099	+	s	+	2
Schwaiger	SSR 8300 A	k. A.	+	s	+	2
SEG	DASR 1000	400	+	s	-	-
Sky Vision (arcon)	arcon Titan 2000 DVB	700	+	s	-	-
Sky Vision (arcon)	arcon Titan 8 DVB	800	-	s	-	-
SM Electronic	Skymaster DCI 9900	600	+	s	-	2
SM Electronic	Skymaster DXL 7000	k. A.	k. A.	s	-	-
SM Electronic	Skymaster DXL 8000	500	+	s	-	-
SM Electronic	Skymaster DXL 9000	k. A.	+	s	-	-
SRD Telestar	Diginova 1	449	+	s	-	-
SRD Telestar	Digistar 2000	570	-	s	-	-
SRD Telestar	Digistar 2000 plus	549	+	s	-	-
Strong	SRT 4100 FTA	k. A.	+	s
Strong	SRT 4250	k. A.	+	s
Strong	SRT 4300	k. A.	-	s		+
Strong	SRT 4375	k. A.	+	s
Strong	SRT 4400	k. A.	+	s
TechniSat	C-Access	k. A.	-	k	+	-
TechniSat	C-CAM	k. A.	-	k	+	2
TechniSat	C-VIACAM	k. A.	-	k	+	2
TechniSat	DigiBox Viaccess	k. A.	+	s	+	-
TechniSat	DigiCom 1	600	-	s	-	-
TechniSat	DigiCom 1 A	549	+	s	-	-
TechniSat	DigiCom 1 A Cable	549	+	k
TechniSat	DigiCom 1 plus	579	+	s	-	-
TechniSat	DigiCom C	k. A.	-	k	-	-
TechniSat	StreamStar C-24	k. A.	-	k	+	2
TechniSat	TechniBox CAM 1	699	+	s	+	2
TechniSat	TechniBox CAM 1 plus	659	+	s	+	2
TechniSat	TechniBox Viacam	999	+	s	+	2
Thomson	DSR 100 T	500	+	s	-	-
Thomson	DSR 200 T	600	-	s	-	2
Thomson	DSR 200 TA	500	+	s	-	2
Thomson	DSR 300	600	+	s	-	2
Triax	DVB 60	750	-	s	-	-
Triax	DVB 63 S	898	+	s	+	2
Triax	DVB 65 S	950	+	s	+	2
TS Kommunikationssysteme (Ampere)	FTA 2000	460	+	s	-	-
Wela	SmartDR1	k. A.	-	s
Wela	SmartDR2	500	-	s	-	-
Wela	SmartDR2+	500	+	s	-	-
Wela	Vento CI	850	+	s	+	2
Wisi	OR 95	600	+	s	-	-
Zehnder	Digimo DX 62	599	+	s	-	-
Zehnder	DX 2000 CI	799	+	s	+	2
Zehnder	DX 2000 SL	599	+	s	-	-
Zehnder	DX 400 C	599	+	s	-	-

4 Multimedia Home Platform (MHP)

Die derzeit im Markt erhältlichen Set-Top-Boxen erlauben den Empfang jedes unverschlüsselten Fernseh- und Hörfunkprogramms, jedoch nicht aller Zusatzdienste. Der Grund liegt in den unterschiedlich konfigurierten API´s, soweit sie verwendet werden. Denn nicht alle Set-Top-Boxen haben eine solche Schnittstelle. Ein weiteres Problem sind verschlüsselte Programme. Sie werden nur einem ausgewählten, zahlungsbereiten Publikum zugänglich gemacht. Bislang können beispielsweise sogenannte Free-TV-Set-Top-Boxen die Zusatzangebote der Kirch-Gruppe nicht darstellen. Umgekehrt kann die Set-Top-Boxen Familie der Kirch-Gruppe (d-box) den Elektronischen Programmführer und das Lesezeichen der ARD nicht darstellen. Jemand, der beides nutzen möchte, ist darauf angewiesen, zwei verschiedene Set-Top-Boxen zu besitzen. Für die Entwicklung eines freien Marktes ist es wünschenswert, dass eine Gerätegeneration entwickelt wird, die Angebote aller Anbieter auf jeder Set-Top-Box wiedergeben kann.
Abb. Nr. 12

Genau dies ist Ziel der MHP. Die zwischen allen europäischen Programmanbietern und Endgeräteherstellern abgestimmte Spezifikation der Multimedia Home Plattform nutzt die Programmiersprache "Java" zur Umsetzung von Datendiensten. Java ist aus der Internet-Technologie bekannt und stellt die Grundlage für eine einheitliche Softwareschnittstelle dar. Damit ist der Weg frei zur Set-Top-Box, die zu allen erdenklichen Diensten kompatibel ist (wie auf Abb. Nr. 12 dargestellt).

4.1 Java TV API

2. Kontrolle der gesendeten Daten
Die JavaTVAPI benutzt die Java Media Framework, um den Datenstrom des Receivers darzustellen. JMF definiert z. B. einen Player, der Methoden zur Manipulation der Lautstärke oder des Videobildes liefert.

3.Senden von Daten
Ein Dienst ist als Multiplex von analogen und digitalen Datenströmen modelliert. In vielen Fällen ist dieser Dienst nicht direkt einer Anwendung zugänglich. Allerdings kann dieser Multiplex Daten beinhalten, die einer Anwendung zugänglich sind. Die "Broadcast Data APIs" können nun den Zugriff auf Sendedateien, IP-Adressen und anderen Daten zugänglich machen.

4.Einfluss auf den Lebenszyklus einer Anwendung
Eine Anwendung, die gestartet wird, durchläuft mehrere Zustände. JavaTVAPI definiert nun einen Lebenszyklus für diese Anwendungen, die auf der Set-Top-Box läuft. Eine solche Anwendung heißt "Xlet" und ist entweder fest auf der Box integriert oder kann heruntergeladen werden.

Das folgende Bild zeigt das Schichtenmodell einer Set-Top-Box.

Abb. Nr. 13

Die Anwendungen benutzen die Bibliotheken der darunterliegenden Ebene, und werden auf der Virtuellen Maschine ausgeführt. Das Echtzeit-Betriebssystem kontrolliert nun den Receiver über die Treiber und vermittelt die Systemfunktionen, die zur Implementierung der JavaPlatform benötigt werden.

5 digitales Fernsehen am PC

Mit einer PC-Karte wird der PC zum vollwertigen Digital-TV-Empfänger erweitert. Der PC-Anwender benötigt neben der DVB-Sat PC Einsteckkarte wie bei allen Karten lediglich eine digitalfähige Satelliten-Empfangsantenne, um das gesamte Spektrum von Digital Video Broadcasting zu nutzen.
In manchen Karten ist auch eine Common-Interface-Schnittstelle verfügbar, um neben Free-TV auch nahezu alle verschlüsselten Pay-TV-Programme mittels entsprechendem Conditional Access Modul (CAM) im PCMCIA- Format zu empfangen. Doch nicht nur TV- und Radioprogramme sind mit diesen Karten zu empfangen. Zusätzlich sind die auf dem Internet-Protokoll (IP) basierenden DVB-Datendienste für PC-Anwender naturgemäß von großer Bedeutung und in vollem Umfang nutzbar. Entsprechende Dienstanbieter bieten hierfür bereits High-Speed Internet-Zugänge, mit Übertragungsraten von mehreren Mbit/s!
Der PC bietet auch die Möglichkeit der Datenaufzeichnung. Die Nutzung dieser Technik im Zusammenhang mit der DVD-Technologie bietet die komplette Funktionalität von Videorecordern. So können Videos und andere Inhalte im MPEG2-Format gespeichert werden.

Technische Daten am Beispiel der DVB-Karte von Galaxis :

• DVB/MPEG-2 TV (Video + Audio)
• DVB/MPEG-2 Audio
• DVB Datendienste gemäß ETS 301 192
• C- und Ku-Band
• Eingangsfrequenzbereich: 950 - 2150 MHz
• HF Eingangsleistung: –65 bis –25 dBm
• LNB Spannungsversorgung 14/18V/OFF, max. 400mA
• 22kHz Ober-/Unterband-Umschaltung (DiSEqC 1.0)
• Modulationsart QPSK
• Symbolrate von 1 bis 45 MSamples/s
• SCPC und MCPC fähig
• Leistungsfähige programmierbare ARM 7 Risc CPU

als Controller (40 MIPS)
• Programmierbare Transportstrom-Demultiplexer
• Simultane Filterung von 32 PIDs
• Transportstrom Packet Parser zur Filterung von TS

und PES Paketen, MPEG-2 Sektionen
• MPEG-2 Videodecoder
• MPEG-2 Main profile @ Main level
• Videoformate 4:3, 16:9
• MPEG-2 Audiodecoder
• MPEG-2 Layer I/II
• Mono, Stereo, Joint Stereo und Zweikanal Modus
• Composite Video Encoder
• Teletext Re-Inserter
• European Common Descrambler
• Common Interface (CI)
• Glueless Smart Card Interface
• PC-Steuerung und Data Schnittstelle

• Composite Videoausgang
• Digitaler (S/PDIF) Audioausgang (Optional)
• Analoger Audioausgang 

• Breite: 190 mm
• Tiefe: 100 mm
• Höhe: 1 PCI Slot 

5.1 Auf dem Markt befindliche DVB-PC-Karten

6 Digitale Programme in Deutschland

7 Ausblick auf Zukunft

Wohin dabei die Entwicklung gehen wird, kann natürlich Niemand vorhersagen. Dennoch zeichnen sich deutliche Trends ab, insbesondere z.B. auf den folgenden Sektoren:

1. Multimedia Anwendungen und Interaktivität;
2. Zusammenwachsen von TV und Internet;
3. Heimvernetzung
4. Speicherung und Personalisierung sowie
5. Mobilität (drahtlose Kommunikation)
   

8 Literatur:

1. Digitales Fernsehen: eine neue Dimension der Medienvielfalt
/hrsg. von Albrecht Ziemer.
Hüthig, 1997

2. Digitale Fernsehtechnik: Datenkompression und Übertragung für DVB
Ulrich Reimers
Springer, 1997

3.www.digitv.de

4.www.mhp-forum.de

5.www.ndr.de

6.java.sun.com

7.www.set-top-box.de