Kompendium Medieninformatik (eBook)

1986 – 1991 Studium der Mathematik an der TU Braunschweig, 1994 Promotion. 1995 – 1997 wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung "Software-Engineering" am Technologiezentrum der Deutschen Telekom in Darmstadt (heute ein Teil der T-Nova Innovationsgesellschaft Deutsche Telekom mbH). 1997 – 2001 in der Abteilung "Sicherheitskonzepte und Kryptologie" am Technologiezentrum tätig, mit den Hauptarbeitsgebieten Sicherheit mobiler Kommunikation sowie Standardisierung digitaler Signaturen. Seit 2001 Professor für Internet-Security an der Hochschule der Medien, Stuttgart.

Inhaltsverzeichnis 8
Abkürzungen 11
1 Kompressionsverfahren für Video und Audio 15
1.1 Einführung in die Informationstheorie 16
1.2 Grundlagen der Datenkompression 18
1.3 Elementare Verarbeitungsschritte 19
Unterabtastung und Quantisierung 20
Entropiecodierung 22
Prädiktion 25
Signaltransformationen 26
1.4 Medienspezifische Verarbeitungsschritte 31
Interframe-Kompression 31
Psychoakustische Kompression 34
1.5 Codecs im Überblick 37
Video-Codecs 38
Audio-Codecs 41
1.6 Die Standards JPEG und JPEG 2000 43
JPEG 43
JPEG 2000 und Motion JPEG 2000 49
1.7 Videokompression mit MPEG 52
MPEG-1 53
MPEG-2 58
MPEG-4 64
1.8 Audiokompression mit MPEG 74
MPEG-1 Audio 75
MPEG-4 Audio Lossless Coding 81
1.9 Verfahren der Sprachkompression 84
Signalformcodierer 85
Parametrische Codecs 87
Hybride Codecs 88
Literatur 92
2 Mediensicherheit 97
2.1 Einführung 98
Sicherheitsanforderungen für Digitale Medien 98
Sicherheitsmechanismen 99
2.2 Digitale Wasserzeichen 106
Anwendungsgebiete für Digitale Wasserzeichen 107
Einbettungstechniken 111
Angriffe 120
2.3 DRM-Systeme 122
Komponenten von DRM-Systemen 123
Mobile DRM-Systeme 126
Angriffe auf DRM-Systeme 130
Kommerzielle DRM-Systeme 131
Ökonomische und Rechtliche Aspekte 135
2.4 Ausblick 137
Literatur 138
3 Multimedia-Netze 140
3.1 Einführung 140
3.2 Multimedia-Transportnetze 142
Einleitung 142
High-Speed in Metronetzen 143
High-Speed im Weitverkehrsnetz 146
3.3 Quality of Service (QoS) 156
Einführung 156
Problemstellungen und Lösungsansätze 158
ATM-QoS 161
IP-QoS in Weitverkehrsnetzen 164
3.4 Next Generation Networks NGN 169
Einleitung 169
Voice-over-IP 172
IP Next Generation – IPv6 189
Multicast 193
Fazit 194
Literatur 194
4 Mobile Multimedia 196
4.1 Begriffsbestimmungen 198
4.2 Dienste und Architekturen zukünftiger mobiler Multimedia Netze 199
Mobilität und Multimedia – Anforderungen 199
Mobile Netze der Gegenwart 203
Architektur zukünftiger mobiler All-IP Netze am Beispiel des UMTS Release 5 215
4.3 Entwicklung Mobiler Multimedia-Anwendungen 221
Mobile Multimedia Endgeräte 222
Mobile Multimedia Software-Plattformen 226
Mobile Multimedia Datenformate 285
Literatur 293
Autorenverzeichnis 297
Index 299

3 Multimedia-Netze von Roland Kiefer (S. 127-128)

3.1 Einführung

Das Internet als Echtzeit-Transportnetz für bandbreitehungrige Multimedia- Applikationen? Das Internet als Ersatz für das klassische Telefonnetz? Das Internet als zukünftige Konkurrenz zum Kabel- oder Satellitenfernsehen („IP-TV")? Das Internet als die vielbeschworene Multimedia-Plattform mit nur einem Netzkonzept für alle Dienste? Dass solche Szenarien noch Mitte der 90-er Jahre vielfach belächelt und als realitätsferne Visionen abgestempelt wurden, lag an dem grundlegenden Transportkonzept des Internets, das eine denkbar schlechte Ausgangsbasis für Echtzeit-Applikationen wie die Übertragung von Sprache oder Video bietet.

Das Telefonnetz wurde für die Sprachübertragung konzipiert, alle Varianten der Datennetze für die reine Datenübertragung. Das Ziel aller Bemühungen: ein Netz mit einer einheitlichen Infrastruktur für alle Dienste, das so genannte konvergente Netz.

Das Internet als paketvermitteltes „best-effort""-Netz war ursprünglich für die asynchrone Übertragung von Daten gedacht.

Es leidet konzeptionell darunter, dass die Laufzeiten weder absolut noch relativ zuverlässig vorhersagbar sind. Die Datenpakete einer Ende-Ende-Verbindung können unterschiedliche Wege durch das Netz nehmen. Aber auch bei gleichem Weg der einzelnen Pakete sind die Verarbeitungszeiten innerhalb der Router und damit die Ende- Ende-Laufzeit nicht konstant. Jedes einzelne Paket enthält die Adressierungsinformationen, die in jedem Router ausgelesen und weiterverarbeitet werden müssen. Die Transportströme der einzelnen Applikationen teilen sich somit die begrenzten Ressourcen nicht nur zwischen, sondern auch innerhalb der Netzkoppelelemente. Ein solches Netz ist für Applikationen, die auf Echtzeit-Transport angewiesen sind, ohne zusätzliche Maßnahmen nicht geeignet.

Die Ressourcen des klassischen Telefonnetzes, das zu immer höheren Bandbreiten bis in den Gigabit-Bereich hin entwickelt wurde, werden die nach dem grundlegend anderen Prinzip der Leitungsvermittlung zugeteilt und verwaltet.

Der leitungsvermittelte Ansatz stellt den jeweiligen Applikationen oder verbundenen Netzen auf die Bandbreiteanforderung zugeschnittene und für die Dauer der Verbindung exklusiv reservierte Überragungskapazität zur Verfügung. Alle Pakete eines Streams fließen über den gleichen Weg, die Laufzeit ist während der gesamten Verbindungsphase konstant, die Vermittlungsressourcen fest reserviert und die Dienstequalität (Quality of Service) exzellent. Weder ist eine nennenswerte Zwischenpufferung erforderlich, noch muss die Paketlänge angepasst werden. Die Exklusivität der Reservierung wird bis zum finalen Verbindungsabbau auch dann aufrechterhalten, wenn die angeforderten und zugewiesenen Ressourcen temporär nicht benötigt werden. Dies ist beispielsweise bei den Gesprächspausen innerhalb eines Telefonats der Fall oder bei Applikationen, die schwankende Bandbreiten erzeugen.

Diese Verschwendung des wertvollen Rohstoffs Bandbreite ist der Knackpunkt, an dem das leitungsvermittelte Konzept zugunsten des paketvermittelten Ansatzes deutlich an Punkten verliert. Ein Paketnetz darf deutlich überbucht werden, die Summe aller Spitzenlasten aller Sender darf durchaus die zur Verfügung stehende Gesamtbandbreite überschreiten. Statistisch ist es sehr unwahrscheinlich, dass alle Sender zur gleichen Zeit mit ihrer maximalen Datenrate senden. Wie Untersuchungen von Internet-Providern zeigen, verliert die Aufsummierung des Datenverkehrs aller zu einem bestimmten Zeitpunkt angeschlossenen Teilnehmer den für Internetverkehr typischen burstartigen Charakter und zeigt einen geradförmigen Verlauf.

Das schlechtere Konzept des paketvermittelten Ansatzes macht angesichts der Marktgegebenheiten das Rennen – nichts ungewöhnliches und aus anderen Bereichen sehr wohl bekannt. Allerdings muss den beschriebenen Schwächen des paketvermittelten Ansatzes durch zusätzliche Maßnahmen gegengesteuert werden, um eine akzeptable Dienstequalität zu erreichen.

Neue Applikationen wie Web-basierte Datenbanken, Voice-over- IP, Multimedia-e-Commerce oder das Streaming multimedialer Inhalte haben den Charakter des Internets innerhalb weniger Jahre grundlegend verändert. Der Siegeszug des World Wide Web (WWW) zu einem konvergenten Netz ist nicht mehr aufzuhalten. In den Anfangszeiten des Internet, in denen wir uns historisch gesehen immer noch befinden, ist die wirtschaftliche und technisch sinnvolle Konvergenz der Netze auf Basis des Internet-Protokolls das zentrale Thema.