Signalverarbeitung mit einem DSP am Beispiel DRM Dekodierung

Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitungsaufgaben
Fazit &
Fragen
Signalverarbeitung mit einem DSP am Beispiel
DRM Dekodierung
Franziska Kolbe, Alexander Pospiech
Humboldt-Universität zu Berlin
Institut für Informatik
Lehrstuhl Signalverarbeitung und Mustererkennung
15. Juli 2010
1 / 33
Gliederung
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
1
Einführung
2
DRM und die Signalverarbeitungskette
3
Signalverarbeitungsaufgaben
4
Fazit & Fragen
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitungsaufgaben
Fazit &
Fragen
2 / 33
Einführung
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitungsaufgaben
Fazit &
Fragen
Aufgabenstellung
Dekodierung eines DRM Signals
Quellen und Hilfen zur Einarbeitung
Rückwärtslesen der Spezifikation
Projekt Diorama in Matlab (Universität Karlsruhe)
Projekt Dream
MPEG Dekodierung mit libfaad
Erprobung am DSP
3 / 33
DRM und die Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitungsaufgaben
Fazit &
Fragen
4 / 33
DRM und die Signalverarbeitungskette forts.
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitungsaufgaben
Fazit &
Fragen
5 / 33
DRM-Dekodierung als Signalverarbeitung
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitungsaufgaben
Fazit &
Fragen
6 / 33
DRM-Dekodierung als Signalverarbeitung in Matlab
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitungsaufgaben
Fazit &
Fragen
7 / 33
Eingangssignal
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitungsaufgaben
Fazit &
Fragen
analog
analoge Filterung und Abtastung
Abtastfrequenz 48kHz für DRM
Audiocodec
fertig analog gefiltertes und abgetastetes Signal
digitalisiert
fertig abgetastete Audiodateien
Soundkarte
Testsignal
8 / 33
Demodulierung
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitungsaufgaben
Demodulierung
5 bis 15 kHz Basisband für DRM
Bandpassfilterung
Filterentwurf
Matlab
Polyphasenfilter (parallele Verarbeitung)
Filterentwurf mit FFT
Fazit &
Fragen
9 / 33
OFDM
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitungsaufgaben
Grundlage
Orthogonal Frequency Division Multiplex
Aufteilung des Datenstroms in Teildatenströme
QAM auf jedem Teildatenstrom
Addition der Trägersignale
Fazit &
Fragen
10 / 33
OFDM forts.
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
1
Signalverarbeitungsaufgaben
Fazit &
Fragen
1
Quelle: Wikipedia, Deutsch: OFDM-Signal im Frequenzbereich Stefan
Henze - GNU Free Documentation License: Vorlage:Bild-GFDL
11 / 33
Equalization
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
auftretende Probleme
Dopplereffekt
Einführung
ungleichmässige Reflexion
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Überlagerungen
Signalverarbeitungsaufgaben
Rauschen
Fazit &
Fragen
12 / 33
Equalization forts.
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitungsaufgaben
Fazit &
Fragen
Entzerrung
Vorbereitung für die Demodulierung des OFDM-Signals
Erkennung Robustheitsmodus
Sicherheitsintervall
Bitrate
OFDM-Symbol Zeit-Synchronisation (Verschiebung)
OFDM-Symbol Frequenz-Synchronisation der
Trägersignale (Streckung/Stauchung)
Frame Synchronisierung per Pilotträger mit
Autokorrelation
Kanalschätzung (Phasenreferenz der QAM)
13 / 33
Channel Decoding
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Signalverarbeitungsaufgaben
OFDM-Demodulierung mit FFT
Kanaldekodierung der FAC, SDC und MSC Frames
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitungsaufgaben
Fazit &
Fragen
Begriffe
FAC Decoding - Fast Access Channel
SDC Decoding - Service Description Channel
MDC Decoding - Main Service Channel
14 / 33
OFDM-Empfang
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitungsaufgaben
1
Fazit &
Fragen
1
Quelle: Wikipedia, Datei:OFDM receiver ideal.png
15 / 33
Audio Super Frame
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitungsaufgaben
1
Fazit &
Fragen
1
Quelle: ETSI ES 201 980 V3.1.1 (2009-08)
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Source Decoding
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Teilaufgaben
AAC Dekodierung
Datensortierung und Dekompression
Signalverarbeitungsaufgaben
Fazit &
Fragen
17 / 33
MPEG4 AAC v2 (1)
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
MPEG4-AAC plus SBR plus PS
bei niedrigen Bit-Raten bessere Klangqualität als normales
AAC
Datenkompression durch Psychoakustikmodell
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitungsaufgaben
Fazit &
Fragen
Abbildung: Frequenzmaskierung
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MPEG4 AAC v2 (2)
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Vorverarbeitung mit Kosinustransformation (MDCT)
Frequenzbänder verringern
Daten für psychoakustisches Modell mit FFT erzeugt
Eingangsparameter der Kodierung: Frequenzbänder,
Maskierungskurven, Bitrate
Signal to Mask Ratio stellt notwendige Bit-Menge zur
Verfügung
Frequenzbänder nichtlinear quantisiert und komprimiert
Signalverarbeitungsaufgaben
Fazit &
Fragen
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MPEG4 AAC v2 (3)
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Abbildung: Audio Decoder
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitungsaufgaben
Fazit &
Fragen
Abbildung: Bandbreitenbegrenzung bei starker Kompression
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SBR (1)
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Spectral Band Replication
verbessert wahrgenommene Audioqualität durch
Rekonstruktion hoher Frequenzen
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitungsaufgaben
Fazit &
Fragen
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SBR (2)
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
menschliches Gehör hin zu höheren Frequenzen weniger
anspruchsvoll
Großteil des Frequenzgangs (20-8000 Hz) im mp3 codiert
(Hochton fällt weg)
SBR: Hochtonanteil vor Encodieren mit Filter höherer
Ordnung gefiltert und mit Dynamik-Kompression versehen
grobes Muster hinterlegt, welches dem Decoder hilft den
Hochtonanteil zu rekonstruieren
Signalverarbeitungsaufgaben
Spektrum vieler Geräusche hat char. Hüllkurven
Fazit &
Fragen
zwischen Hüllkurve im tief- und hochfrequenten Bereich
besteht deutliche Korrelation
Hochtöne werden periodisch fortgesetzt
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MPEG PS - Parametric Stereo (1)
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitungsaufgaben
Kompression von Stereo-Signalen
PS-Encoder erstellt aus Stereo-Eingangssignal Monosignal
speichert für jeden Zeitpunkt die wichtigsten
Stereo-Parameter der zwei Eingangssignale
Parameter werden mit Bitrate von 2-3 kBit/s als
parametrische Repräsentation der Stereoinformation in
Datenstrom eingebettet
Fazit &
Fragen
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MPEG PS - Parametric Stereo (2)
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitungsaufgaben
Fazit &
Fragen
Abbildung: PS Decoder
Decoder versucht damit Stereo- aus Monosignal zu
rekonstruieren
Illusion eines echten Stereosignals
bei sehr niedrigen Bitraten (16-40 kBit/s) akzeptable
Stereo-Qualität
24 / 33
Ausgabe
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitungsaufgaben
in Software
in den Speicher der Soundkarte schreiben
in Datei schreiben
mit dem DSP
schreiben der Daten in den Audio Codec
Fazit &
Fragen
25 / 33
Fazit
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
DRM auf dem DSP
alle Werkzeuge für DRM-Dekodierung auf dem DSP
vorhanden
größtes Problem: Benutzung/Programmierung des DSP
Signalverarbeitungsaufgaben
Fazit &
Fragen
26 / 33
Ausblick
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitungsaufgaben
weitere Audiocodecs
CELP
HVCX
Daten
Datenempfang/-darstellung
Fazit &
Fragen
27 / 33
Quellen - Allgemein
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitungsaufgaben
Thomas Riegler
DRM, Digital Radio Mondiale, Theorie und
Empfangspraxis.
Siebel Verlag, 2006
Burkhard Kainka, Ulf Schneider
DRM, Empfangspraxis.
Franzis Verlag, 2004
Fazit &
Fragen
28 / 33
Quellen - Spezifikationen
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Digital Radio Mondiale (DRM); System Specification.
ETSI ES 201 980 V3.1.1 (2009-08)
European Telecommunications Standards Institute, 2009
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitungsaufgaben
Fazit &
Fragen
Information technology — Generic coding of moving
pictures and associated audio information — Part 7:
Advanced Audio Coding (AAC)
ISO/IEC 13818-7:2006(E)
International Organization for Standardization, 2006
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Quellen - Spezifikationen forts.
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Information technology – Coding of audio-visual objects –
Part 3: Audio.
ISO/IEC 14496-3:/Amd.1:1999(E)
International Organization for Standardization, 1999
Signalverarbeitungsaufgaben
Fazit &
Fragen
30 / 33
Quellen - Projekte
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Dream DRM Receiver.
URL: http://sourceforge.net/projects/drm/.
[Stand: 12.06.2010].
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitungsaufgaben
Fazit &
Fragen
Dipl.-Ing. Alexander Kurpiers, Dipl.-Ing. Volker Fischer
DREAM, Open-Source Implementation of a Digital Radio
Mondiale (DRM) Receiver.
Darmstadt University of Technology, Institute of
Communication Technology, 2003
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Quellen - Projekte
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Einführung
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitungsaufgaben
Diorama - DRM Empfang mit Matlab.
URL: http://nt.eit.uni-kl.de/forschung/diorama/.
[Stand: 1.05.2010].
!! scheint vor wenigen Wochen
abgeschaltet worden zu sein !!.
Fazit &
Fragen
32 / 33
Fragen
Signalverarbeitung
mit einem
DSP am
Beispiel DRM
Dekodierung
Franziska
Kolbe,
Alexander
Pospiech
Einführung
????
DRM und die
Signalverarbeitungskette
Signalverarbeitungsaufgaben
Fazit &
Fragen
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