Signalqualität in Videokanälen

[rolfi]

Welche Qualität kann man von dem Audiosignal erwarten, das überlicherweise in HDMI enthalten ist? Von der DVD ist bekannt, dass 48kHz 24Bit möglich sind, diese aber nicht immer übertragen werden, weil das Signal vorher mal komprimiert war. Auch bei der blue Ray kommt das wohl vor.

Von den TV-Sendern wird über HDMI auch ein Bild gesendet, dass nicht der möglichen 1920x1080p60 bei 4:4:4 - Farbraum entspricht. Oft kommt gerade die Hälfte oder ein Drittel an. Ist das bei den Audiosignalen auch so? Welches Format ist von einem 5:1 / 7:1 Receiver zu erwarten?

[caine2011]

hdmi gibt idR nur 4:2:0 weiter, weil mehr auch nicht auf der disk drauf ist

In der Praxis sehen die technischen Spezifikationen für Blu-ray-Video-Discs folgendermaßen aus: Die Gesamt-Datenrate ist auf 53,95 Mbit/s begrenzt. Davon sind 40,00 Mbit/s für den reinen Videostream (in Form von MPEG-2, VC-1 und AVC) reserviert, die verbleibenden 13,95 Mbit/s für die Tonspuren (in Form von Dolby Digital, Dolby Digital Plus, Dolby TrueHD, DTS, DTS-HD High Resolution Audio, DTS-HD Master Audio und Linear-PCM).

[rolfi]

ok, das ist jetzt zwar noch nicht ganz konkret, aber wenn ich mal rechne: 13,5 MBit sind ja nicht wenig. 48kHz Audio hat glaube ich 3MBit.

[caine2011]

ich dachte ja, dass du die anderen links da auch noch durchklickst: z.b.: http://de.wikipedia.org/wiki/Digital_Th ... Definition

[rolfi]

ja,ja, aber das steht ja:

* Kanäle: bis zu 7.1 bei 96 kHz/24 bit oder 2.0 bei 192 kHz/24bit[2]
* Abtastrate: bis zu 192 kHz
* Auflösung: bis zu 24 Bit

Bis zu , also - auf deutsch komprimiert. Das ist jedenfalls mein Kenntnisstand.

Die 192kHzx2 passen nämlich rechnerisch nur zu 48 x 8 und nicht 96 x 8. Da ist die Mathematik dagegen.

[caine2011]

klar und idR ist die deutsch tonspur ohnehin schlechter
bei ein paar ausnahmen (lichtmond etc.) nehmen sie aber das maximum mit

[rolfi]

Das habe ich jetzt semantisch nicht verstanden.

[Wete]

Du bringst da sehr viel durcheinander. Deine kHz- und Bit-Anhaben bezeichnen unkomprimiertes Audio, also "PCM". Auf DVDs und Blurays kann PCM gespeichert sein, es kann aber auch ein datenreduziertes Audioformat vorliegen, beispielsweise Dolby Digital. Auch DTS ist ein reduziertes Format, DTS-HD hingegen kann PCM-Daten nicht-reduziert (sondern nur komprimiert, was das Signal nicht verändert, es nur optimiert speichert, vgl. beispielsweise "zip") oder auch reduziert speichern. Lies bitte die entsprechenden Artikel auf Wikipedia:

https://de.wikipedia.org/wiki/Puls-Code-Modulation (Standard-Digitalisierungsverfahren für Audio)
https://de.wikipedia.org/wiki/MP3 (Beispiel für einen datenreduzierenden Codec)
https://de.wikipedia.org/wiki/Digital_T ... Definition (Codec, der sowohl reduzierte als auch nicht-reduzierte Daten beinhalten kann)

Bei nicht-reduzierenden Verfahren gibt man die Abtastrate (in kHz) und die Sampletiefe (in Bit) an. Bei reduzierenden Verfahren gibt man die Abtastrate und die resultierende Datenrate (in Bit/s) an.

Der HDMI-Stream kann diverse Audioformate beinhalten, die möglichen Grenzen hast Du ja schon gefunden. HDMI kann bei nicht-reduziertem Audio (PCM) 8 Kanäle à 192 kHz und 24 Bit übertragen. Das würde allerdings auf Blurays oder bei sonstigen Datenträgern oder Übertragungsformaten, die Bild beinhalten, dem Videosignal zu viel Bandbreite wegnehmen, darum greift man normalerweise auf komprimierte oder reduzierende Codecs zurück.

Wichtig ist, dass Du verstanden hast, dass eine Kompression nichts an der Audioqualität verändert. Vergleichen kannst Du das mit einem BMP-Bild (unkomprimiert), das Du als komprimiertes TIFF oder PNG abspeicherst. Die Datei wird kleiner, aber jedes Pixel behält zu 100% seinen Farbwert. Wenn Du hingegen als JPEG speicherst, wird das Bild reduziert (hier eine DCT, aber das ist nicht so wichtig), das nennt man dann Datenreduktion. Beim Audio funktioniert das quasi genau so.

Weiter oben schreibst Du "Von der DVD ist bekannt, dass 48kHz 24Bit möglich sind, diese aber nicht immer übertragen werden, weil das Signal vorher mal komprimiert war." Auch ein bis in Grund und Boden datenreduzierter Audiostream kann in 48 kHz und 24 Bit zurück"verwandelt" werden, die Frage ist nur, was dann noch in den einzelnen Samples drin steckt.

Und die Datenrate eines PCM-Streams ist auch sehr einfach zu berechnen:
Datenrate in Bit/s = (Anzahl der Kanäle) * (Abtastfrequenz) * (Sampletiefe)
Die erste Angabe ist dimensionslos, die zweite gibt man in Hz an (also 1/s), die dritte in Bit. Es kommt also korrekt Bit*Hz oder Bit/s raus.
Beispiel: DAT-Kassette: Stereo, 48 kHz, 24 Bit (und PCM) = 2 * 48000 * 24 = 2304000 Bit/s oder ca. 2,2 MiB/s
Das maximal mögliche bei HDMI: 8 * 192000 * 24 = 36864000 Bit/s = ca. 35,2 MiB/s

Wete

[engineer]

Frequenztechnisch geht sogar noch mehr. Bis 768 kHz sind möglich, wenn man den High Bitrate (HBR) Audio Stream Packet MODE verwendet (IEC 61937), vergleiche HDMI SPEC 1.3.

Technisch gesehen ist der HDMI Kanal z.B. dem S/PDIF überlegen, weil er mit einer höheren Grundbandbreite fährt und zudem standardisiert symmetrisch arbeitet (TMDS) und daher gegen Einstreuungen unempfindlicher ist. Grundsätzlich bekommt man dabei eine bessere Taktrekonstruktion hin aber es kommt letztlich auch ein wenig auf das Design an und was der Decoder-CHIP leistet. In den billigen Consumergeräten wird da gerne gespart.

Wie aber Wete schon erklärt hat, ist das die denkbare Kapazität des Kanals. Ob die Quellen das auslasten ist eine komplett andere Frage. Was die Sendeanstalten abgeben, weiss ich nicht 100%, aber ein wüsste nicht, dass die voll 7.1 senden würden. Wäre aber machbar.

Im Protokoll des HDMI ist im Übrigen noch massenhaft Platz für weitere Kanäle. Die muss man eben selber belegen: