Fernsehen über DAB+
Begleitend zum Fachartikel „Fernsehen via DAB Plus“ von Thomas Riegler in der Digitalfernsehen Ausgabe 7/2021 (VÖ 13. August 2021 | Seite 18 -21) hier noch ein paar ergänzende Hintergrundinformationen und meine Originalaufnahmen.
Ich bin seit über einem Jahr in der tiefen Einarbeitung in den DAB Standard. Mein Ziel ist ein Small Scale DAB Testbetrieb hier im Norden von Baden-Württemberg.
Dazu erzeuge ich mit den ODR Tools im Labor einen Test Multiplex. Damit ich praxisgerecht auch reale Inhalte generiere, sind unterschiedliche Programme mit Audio- und Bildinhalten definiert. Da ich mein Hintergrundwissen auch im Bereich der Pixel und Bildformate habe, dachte ich über die Möglichkeit nach, DAB mit bewegten Bildern aufzuwerten.
Die DAB Normen (ETSI) erlauben, mit den Audiodaten auch PAD Daten (Programm Associated Data) in einem Kanal zu senden. Diese sind ineinander verwoben. Werden viele PAD Daten gesendet, geht automatisch die Audio Datenrate auch zurück, weil die gesamte Kapazität durch die Fehlerkorrektur, das Audioformat und letztlich die Bitrate mittels der CUs vorgegeben ist.
PAD kann Text und/oder Bild sein. Bei Bildern sind hier aber nicht die Stationslogos gemeint, die ein Autoradio dann anzeigt. Die kommen über einen sogenannten extra EPG Kanal. Auch PAD Daten können extra versendet werden, um Audio nicht zu beeinflussen. Das wird in Deutschland aber zu 99% nicht benutzt. Ich selbst werde hier bei Gelegenheit dazu einen weiteren einen Teilversuch fahren.
Zurück zum Verweben von Bild und Ton. DAB erlaubt, Bilder in einer Auflösung von 320×240 Pixel in 24 Bit RGB Farbe zu übertragen. Meine Tests mit anderen Formaten brachte bei fast einem Dutzend Endgeräten mit Display jede Menge Inkompatibilitäten zu Tage. Größere Auflösungen wie VGA mit 640×480 werden nur von einem VW Werksradio dargestellt. Kleinere Auflösungen wie 160×120 entweder überhaupt nicht oder nur in kleinem Format. Was die Spezifikation auch vorschreibt. Zwischenauflösungen wie ein Quadrat von einen Schallplattencover in 240×240 Pixeln schaffen fehlerfrei ungefähr die Hälfte der Endgeräte. Die Farbdarstellung ist auch oft nur 16 Bit, also maximal 65535 Farben. Was in Blauverläufen (Himmel) oder bei Logo Farbverläufen dann auffällt.
Je kleiner die Auflösung, desto kleiner auch der Speicherbedarf für das einzelne Bild. Hier bei DAB können leider nur individuelle Bilder übertragen werden. Ein Streaming mit Differenzübertragungen wie von der DVD / Blu-ray oder gar YouTube im MPEG oder h.264 ist nicht mehr im Standard (war DMB) enthalten und wird auch von den Chipsätzen nicht mehr unterstützt.
Erste Test ergaben, das teilweise bis zu 5 Bilder pro Sekunde übertragen werden können, das schaffen in der Darstellung aber nur ganz wenige Endgeräte in Echtzeit. Viele speichern die neuen Inhalte zwischen, so das es einen Versatz von Bild zum Ton gibt. Der DAB Standard schreibt einen Bildspeicher von 450 Kilobyte vor und Grafiken können mit einem Zeitstempel vorgeladen und dann angezeigt werden. Also das richtige Cover gleich zum Liedanfang. Dieses Zeitraster bei den Grafiken beträgt eine Sekunde. Und das ergaben auch die Tests. Daher läuft mit der Anzeige von einem Bild pro Sekunde im 320×240 Format alles fehlerfrei.
Nun könnte ich ja sagen, Moment, das ist ja kein bewegtes Bild. Richtig. Aber es ist ein Bild zum Ton. Zur beschriebenen Situation habe. Ob ich nun den Interviewpartner sehe oder die neusten Nachrichten Bilder – ich habe einen bleibenden audiovisuellen Eindruck. Und der bleibt besser im Gedächtnis.
Die einzelnen Bilder werden im JPEG oder PNG Format übertragen. Beide offiziellen DAB Bildformate komprimieren den Inhalt. Flächen wie blauer Himmel oder Leere bei einer Texttafel verbrauchen weniger Platz. PNG ist verlustfrei, nach dem Entpacken ist das Bild Pixel für Pixel exakt so wie das Original. Bei JPEG werden die Daten reduziert. Das geht auf Kosten der Bildschärfe und auch der Farbauflösung. Für 2×2 Bildpunkte wird üblicherweise nur eine Farbinformation gespeichert. Das war am CNN Logo leider zu sehen, so dass ich den Encoder hier modifiziert habe. Das ist der Vorteil von Open Source Software. Die kann ich anpassen. Auch brauche ich eine konstante Datenrate pro Bild. Das war so ohne weiteres nicht machbar.
Die einzelnen Original Bilder zum Beispiel von CNN oder BBC News waren zwischen 80 bis 150 kByte groß. Und müssen deutlich kleiner werden.
DAB nutzt üblicherweise so 0,2 bis 0,5 Kilobyte pro Sekunde an Zusatzdaten. Das nutzen die meisten privaten Programme. So dauert dann ein Logo oder Programmhinweistafel auch schon mal 30 Sekunden, bis das Bild angezeigt wird. Das geht hier natürlich nicht.
Wenn ich die PAD / Bilddaten mit dem Ton übertrage, kann ich bis zu 196 Bytes pro Paket senden. Und pro Sekunde gibt es eine unterschiedliche Anzahl von Paketen. Das hängt von der Audio Samplerate ab. CD hat 44,1 kHz. DAB kann nur mit 16 / 24 / 32 / 48 kHz senden. Nur in der höchsten Samplerate stehen letztlich dann auch maximal rund 8 Kilobyte pro Sekunde zur Verfügung.
Hier mit dem DAB Player (Windows Software) ist gut zu sehen, wie hoch der Bildanteil ist (rote Linie). Audio (blaue Linie) nimmt hier nur eine untergeordnete Rolle ein.
Mit 60 von insgesamt 864 CU (Kapazitätseinheiten) eines DAB Multiplexes hat das Programm auch nicht extrem viel Bedarf. Weil in einer sehr hohen FEC (Fehlerkorrektur) gesendet wird, also viel Nutzdaten, wenig Korrekturmöglichkeit. Weil ich ja pro Sekunde ein Bild habe, reicht das aus. Geht da was schief, kommt ja sofort ein Neues. Für einen weiteren Test wäre die Aufsplittung in Audio mit einer besseren Fehlerkorrektur und PAD mit einer schlechteren FEC denkbar.
Das DAB Programm hat im Test 128 kbit/s. Brutto. Netto sind das ca. 10% weniger, also hier knapp 116 kbit/s. Davon entfallen rund 70 kbit/s auf die Bilder und der Rest mit 46 kbit/s auf den Ton. Der ist Mono und im AAC-LC Verfahren. Auf 12 kHz per Filter vorab begrenzt, der Ton ist so absolut akzeptabel. Nicht extrem effizient und auch an der Untergrenze der Datenrate für dieses Format.
Da CNN im Widescreenformat (16:9) sendet, sind es effektiv nach der Herunterskalierung und leichten Zurechtschneidung des DVB-S Bildes (zugeführt über SAT>IP) zwar 320 Pixel in der Breite, aber nur 184 statt 240 Pixel in der Höhe. Das können aber alle Endgeräte, die ich getestet habe (10), einwandfrei darstellen. Jedes Bild hat eine relativ feste Größe (CBR) rund um die 8 Kilobyte. Damit ich so ein Bild pro Sekunde in akzeptabler Qualität in der Anzeige habe.
Wenn es relativ wenig Bildinhalt gibt, so wie bei den ersten drei Schwarzbildern oben links, dann wechselt der Encoder auf das verlustfreie PNG Format. Wenn die 8 KB dabei nicht überschritten werden. Bilder mit unter ca. 400 Bytes Größe, also reine Schwarzbilder, verursachen bei einigen Radios eine Fehlermeldung. Das Bedarf einer weiteren Untersuchung und ggf. ein additives Auffüllen im Encoder.
welle.io ist eine Software für das Android System. Welche einen DAB Datenstrom entschlüsselt und die Programme darstellt. Dazu bedarf es eines USB Sticks. Diese RTL-SDR (Software Defined Radio) empfängt die Signale und gibt diese als Samples an die Software. Hierzu bedarf es eine USB-OTG Kabels, das Handy ist dann USB Master.
Das Gleiche gibt es auch für Android auf dem Tablet.
Allen Geräten mit Display ist gemeinsam, das der Bildaufbau deutlich zu sehen ist. Ca. 0,3 bis 0,5 Sekunden dauert es, bis sich das Display von oben nach unten aufbaut. Über den alten Inhalt. Bei Veränderungen wie einem Schwenk ist das schon sichtbar und kann stören. Ich habe mich aber in kurzer Zeit daran gewöhnt. Aus diesen Grund sind 10 Bilder pro Sekunde technisch mit den heutigen Chipsätzen überhaupt nicht machbar.
Diese langsame Ansteuerung ist auch bei der Menübedienung der Radios gut zu sehen. Woher kommt das? Das liegt an der bitseriellen Ansteuerung des LCD Displays.
Was gäbe es noch an weiteren Ideen in diesem Testprojekt? Einen Stauwarner? Live Verkehrskameras an Knotenpunkten? Einen Wetterkanal? Möglicherweise. Mit Warnungen und Vorhersagen. DAB hat sich momentan hier als sehr robust im Vergleich zu den Handynetzen erwiesen.
Hier einmal mein momentanes Test-Ensemble sprich DAB-Multiplex. Das Regenradar hat aus Darstellungsgründen aktuell 16 Kilobyte pro Bild und kommt damit bei in diesem Test mit 12 Bildern (Eine Stunde mit je 5 Minuten pro Radarbild) auf 24 Sekunden für einen Durchlauf der Wolkenanimation.
Als Ton spricht momentan Googles „Alexa“ und liest die Wettermeldungen dazu vor. Das alles ist voll automatisiert und damit höchst aktuell.
Es wird sich zeigen, wann und wie hier in einem Testbetrieb in der Region Heilbronn / Stuttgart sich solch ein Dienst realisieren lässt. Mehr Infos folgen dann hier auf der Webseite.
Haben Sie Anmerkungen oder Fragen? Schreiben Sie mir:
