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CCTV-Lexikon


Hier erläutern wir Begriffe und Abkürzungen, die bei unserer Arbeit eine wichtige Rolle spielen.

ATM

JPEG

Pflichentheft

CCTV

ISDN

POTS

CSCW

Lastenheft

Protokoll

IP-Netze

Middleware      

Quality of Services   

IP-Protokollfamilie   

MPEG

VoIP


ATM
ATM ist die Abkürzung für Asynchronous Transfer Mode und beschreibt eine Netzwerktechnologie, die klassische Telekommunikationsdienste und neue Dienste wie z.B. Videostreaming und LAN-Koppelung mit gesicherter Dienstgüte (engl.: Quality of Service (QoS)) in einem gemeinsamen Standard vereint.

Technisch hat ATM viele Parallelen zu ISDN, unterstützt jedoch wesentlich höhere Datenraten (z.B. 155 MBit/s auf STM-1) und wird deshalb oft auch als Breitband-ISDN bezeichnet. Im Gegensatz zu ISDN (isochron) arbeitet ATM jedoch paketorientiert: Die Daten werden bei ATM in Paketen fester Länge mit jeweils 5 Byte Adressinformationen ("Header") und 48 Byte Nutzdaten ("Payload") übertragen.

ATM ist kompatibel zu der Synchronen Digitalen Hierarchie (SDH in Europa bzw. SONET in den USA). Dadurch hat ATM im Backbone-Bereich eine große Bedeutung, während sich im Endgeräte-Bereich trotz schlechterer QoS-Merkmale eher das billigere Ethernet durchsetzt.

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CCTV
CCTV steht als Abkürzung für closed circuit television, d.h. Fernsehübertragung in geschlossenen Benutzergruppen.

Ein typisches Anwendungsgebiet ist z.B. die Videoüberwachung, bei der zunehmend MPEG als Übertragungsstandard und IP-Netze als Übertragungsmedium zum Einsatz kommen.

Einen guten Überblick und Einstieg in das Thema bietet unser Seminar "Videoübertragung über digitale Netze".

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CSCW
Unter dem Begriff CSCW (engl. computer supported cooperative work) werden alle Techniken und Methoden für verteiltes Arbeiten und Telekooperation zusammengefasst.

CSCW unterstützt das Zusammenarbeiten in einer Arbeitsgruppe, deren Teilnehmer über verschiedene Orte verteilt sind und die untereinander durch ein digitales Netzwerk, in der Regel ein IP-Netz miteinander verbunden sind.

  • Mögliche Bestandteile eines CSCW-Szenarios sind z.B.
    Shared whiteboard: Mehrere Teilnehmer können gemeinsam eine Skizze entwerfen (ähnlich wie bei einer realen Konferenz an einem Flipchart).
    Shared application: Mehrere Teilnehmer können gemeinsam eine Anwendung steuern und betrachten.
    Shared document: Mehrere Teilnehmer können gemeinsam an einem Dokument (z.B. einer CAD-Zeichnung) arbeiten.
    Audiokonferenz: Die Teilnehmer können sich gegenseitig hören.
    Videokonferenz: Die Teilnehmer können sich gegenseitig sehen.

Alle diese Bestandteile sollten über ein gemeinsames Konferenzmanagement koordiniert werden, damit für die verschiedenen Datenarten nicht immer wieder neue Verbindungen eingerichtet werden müssen und hinzukommende und ausscheidende Teilnehmer dynamisch verwaltet werden können.

Das Entwickeln von CSCW-Anwendungen wird durch eine geeignete Middleware wie zum Beispiel SMI sehr vereinfacht.

Weiterführende Informationen: Forum für Telekooperation an der Technischen Universität München.

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IP-Netz
Unter einem IP-Netz verstehen wir ein digitales Netzwerk, über das Endgeräte miteinander verbunden sind, die mittels Protokollen der IP-Protokollfamilie Daten austauschen können.

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IP-Protokollfamilie
Sammelbezeichnung für eine Vielzahl von Protokollen, die vor allem im Rahmen der globalen Internet-Vernetzung eine große Verbreitung gefunden haben und daher auch bei Neuentwicklungen berücksichtigt werden sollten, damit diese mit bestehenden Systemen interoperabel sind.

  • Unter anderem gehören dazu:
    IP (Internet Protocol): Unterste Protokollschicht zur Adressierung und Fragmentierung der zu übertragenden Daten, so dass die Daten als einzelne Pakete passender Größe verbindungslos über ein Datennetz übertragen werden können.
  • TCP (Transfer Control Protocol): Verbindungsorientiertes Protokoll, das auf IP aufsetzt (wird dann auch TCP/IP genannt), welches eine gesicherte Übertragung der Daten gewährleistet. Fehlerhaft oder gar nicht übertragene Daten werden erneut angefordert.
  • UDP (User Datagram Protocol): Einfache ungesicherte Datenübertragung auf Basis IP; wird dann auch UDP/IP genannt.
  • RTP (Realtime Protocol): Protokoll zur Übertragung von Echtzeit-Daten (z.B. Audio- und Videosignalen)
  • RTCP (RTP Control Protocol): Protokoll zur Ermittlung von Verbindungseigenschaften einer RTP-Übertragung. Mit diesen Informationen können die beteiligten Anwendungen abhängig von der Verbindungsqualität z.B. die Kodierung der Daten in geeigneter Weise nachregeln.

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JPEG
Die Abkürzung JPEG steht für die Joint Photographic Experts Group, eine Arbeitsgruppe der ISO, die sich mit der Standardisierung von digitalen Bildern und zugehörigen Komprimierungsverfahren befasst.

Die JPEG-Kompression ist vorzugsweise für naturrealistische Bilder mit weichen Farbverläufen geeignet. JPEG tranformiert mit Hilfe der zweidimensionalen diskreten Cosinustranformation Bildinformationen in den Frequenzbereich und entfernt dort redundante, hochfrequente Anteile. Mit einer anschließenden Huffman-Codierung wird eine weitere Reduzierung der Datenmenge für ein Bild erreicht. Bei Texten oder Grafiken mit scharfen Konturen entstehen dadurch je nach eingestelltem Konpressionsgrad mehr oder weniger starke typische Artefakte (d.h. sichtbare Abweichungen vom Originalbild) in Form einer Kästchenstruktur und Schatten an Kanten.

JPEG ist zunächst ein Verfahren zum Komprimieren und Codieren von Einzelbildern; indem alle Bilder einer Videosequenz einzeln komprimiert und dann hintereinander gespeichert und angespielt werden, können mit JPEG aber auch Bewegtbilder (Videosequenzen) gespeichert werden. Hierfür hat sich der Name M-JPEG (Motion-JPEG) eingebürgert.

Auch wenn MPEG wesentlich höhere Kompressionsraten bewirkt, hat M-JPEG dennoch nach wie vor auch seine Einsatzgebiete, denn es bietet:

  • Darstellung in jedem Browser, auch ohne plug-in.
  • Zugriff auf jedes Einzelbild möglich.
  • Einfacher symmetrischer Algorithmus, der kostengünstig implementiert werden kann.

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ISDN
ISDN steht als Abkürzung für integrated services digital network und bezeichnet das in Europa inzwischen weit verbreitete digitale Telefoniesystem mit nutzbaren Bandbreiten (verfügbaren Datenraten) zum Endkunden von 2x64kBit/s (S0-Anschluss, 2 B-Kanäle) bzw. 2MBit/s (S2M, Primärmultiplexanschluss).

ISDN ist der Nachfolger des analogen Telefonnetzes, das oft mit POTS abgekürzt wird. Höhre Datenraten als ISDN bietet z.B. ATM, das deshalb auch als Breitband-ISDN bezeichnet wird.

Aktuelle Trends der Sprachübertragung gehen in Richtung Voice over IP (VoIP), da hierbei Sprache, Video und Computerdaten auf einem gemeinsamen Netz übertragen (Netzintegration) und gemeinsam ausgewertet werden können (Dienstintegration).

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Lastenheft
Das Lastenheft (engl. requirement specification) beschreibt laut DIN 69905 ergebnisorientiert die "Gesamtheit der Forderungen an die Lieferungen und Leistungen eines Auftragnehmers", in unserem Bereich also die Anforderungen an ein zu entwickelndes bzw. zu lieferndes System.

Es ist sinnvoll, alle Anforderungen im Lastenheft durchzunummerieren (A1...An), damit in weiteren Dokumenten (z.B. Pflichtenheft) darauf Bezug genommen werden kann.

Weiterhin sollte das Lastenheft alle Randbedingungen (Umgebungsbedingungen, Einbaumaße, Schnittstellen nach außen u.s.w.) benennen, die bei der Lösung der Aufgabe zu berücksichtigen sind.

Das Lastenheft beschreibt, was wofür erreicht werden soll, das Pflichtenheft beschreibt dagegen, wie und womit das erreicht werden soll.

Das Lastenheft wird in der Regel vom Auftraggeber geschrieben, das Pflichtenheft von Auftragnehmer.

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Middleware
Unter Middleware verstehen wir die Softwareschicht zwischen Treibern und Anwendung:

  • Anwendung
  • Middleware
  • Treiber
  • Hardware

In der Middleware werden universelle Dienste bereitgestellt, die wiederkehrende Aufgaben lösen und so die Erstellung von leistungsfähigen Anwendungen vereinfachen.

Middleware bildet die Basis für Applikationen, die Dienste der Middleware nutzen.

Eine passende Middleware wie z.B. ViMeX oder SMI kann die Entwicklung von Anwendungen erheblich vereinfachen. Da die Middleware parallel in vielen Anwendungen eingesetzt wird, ist sie intensiver getestet und damit weitaus ausgereifter und fehlerfreier als eine Spezialentwicklung nur für eine Anwendung. Außerdem können durch Einsatz von Middleware massiv Entwicklungszeit und Entwicklungskosten gespart werden.

Unser Seminar "Verteilte Anwendungen" bietet einen guten Überblick über aktuelle Middlewaretechnologien und zeigt in einer praktischen Programmierübung, wie mit Hilfe geeigneter Middleware sehr schnell und einfach Anwendungen über ein IP-Netz miteinander verbunden werden können.

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MPEG
MPEG steht als Abkürzung für die Motion Pictures Experts Group, eine Arbeitsgruppe der ISO/IEC, die Verfahren zur digitalen Codierung von Audio- und Videosignalen erarbeitet und standardisiert.

MPEG nutzt zunächst die von JPEG bekannten Verfahren zur Datenreduktion bei Einzelbildern, erzielt aber darüber hinaus eine weitere Datenreduktion durch Ausnutzung der Redundanz zeitlich aufeinanderfolgender Bilder (motion compensation). Neben Vollbildern (I-Frames) werden auch Zwischenbilder übertragen (P-Frames, B-Frames), bei denen nur die Differenzen zu vorhergehen oder nachfolgenden Bildern codiert sind. Dadurch kann die Datenmenge nochmals erheblich reduziert werden.

Inzwischen gibt es eine ganze Reihe von MPEG-Standards:

  • MPEG-1: digitales Video im PC, Video-CD, MP3
  • MPEG-2: digitales Fernsehen, Settop-Boxen, DVD
  • MPEG-4: alle Bitraten, Mediaobjekte für Web und mobile, auch synthetische Objekte
  • MPEG-7: Multimedia-Inhaltsbeschreibung
  • MPEG-21: Integration multimedialer Technologien (Identifikation, Copyright, Schutz, usw.)

MPEG-2 bietet eine höhere Bildqualität als MPEG-1. MPEG-4 ist für die Übertragung auf schmalbandigen Netzen (telephone-network, wireless, mobile) hin optimiert.

Weiterführende Informationen und Links gibt es auf der Website der MPEG-Gruppe.

Einen guten Überblick über verschiedene Video-Kompressionsverfahren bietet außerdem unser Seminar "Videoübertragung über digitale Netze". 

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Pflichtenheft
Das Pflichteneft (engl.: system specification) nimmt gemäß DIN 69905 Bezug auf das Lastenheft, indem in ihm beschrieben wird, wie und womit die Anforderungen aus dem Lastenheft umgesetzt werden.

Es ist wichtig zu prüfen, ob das Pflichtenheft eine vollständige Abdeckung aller im Lastenheft aufgestellten Anforderungen A1...An gewährleistet. (Siehe auch Lastenheft.)

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POTS
POTS steht als Abkürzung für plain old telephone system und bezeichnet die klassische analoge Telefonie im Gegensatz zu ISDN, ATM und VoIP.

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Protokoll
Unter einem Protokoll verstehen wir eine eindeutige und verbindliche Vereinbarung (Spezifikation) von Nachrichtenformaten, die den Austausch von Daten zwischen verschiedenen elektronischen Geräten auch plattformübergreifend ermöglicht.

Auf allen an der Kommunikation beteiligten Geräten muss dazu jeweils ein Stück Software vorhanden sein, das die benutzten Protokolle "spricht", d.h., die verwendeten Nachrichtenformate korrekt interpretieren ("parsen") und die eigentlichen Nutzdaten daraus extrahieren kann. Diese Software wird der Middleware zugerechnet.

Damit auch Geräte an der Kommunikation teilnehmen können, die ein bestimmtes Protokoll nicht beherrschen, können sogenannte Protokoll-Umsetzer (Protokoll-Konverter) eingesetzt werden.

Weit verbreitet sind z.B. die Protokolle der IP-Protokollfamilie.

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Quality of Service (QoS)
Quality of Service bezeichnet die Dienstgüte, also die Verbindungsparameter, von denen eine Anwendung beim Übertragen von Daten über ein Netzwerk ausgehen kann.

Hierzu gehören z.B.

  • Netzwerk-Bandbreite (im Sinne von verfügbarer Datenübertragungsrate)
  • Zeit von Verbindungsanforderung bis Verbindungszuteilung (Latenzzeit)
  • Übertragungsdauer (Delay)
  • Schwankungen im Zeitverhalten (Jitter)
  • Bitfehlerrate Paketverlustrate ...

Während ATM bereits im Konzept ausgefeilte QoS-Eigenschaften mitbringt, mussten diese bei Ethernet und der IP-Protokollfamilie erst nach und nach durch Zusätze wie z.B. RSVP, ToS-Feld, DiffServ, WFQ, MPLS, FEC, IEEE802.1p u.s.w. näherungsweise nachgebildet werden.

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VoIP
Mit Voice over IP (kurz VoIP) werden alle Verfahren bezeichnet, bei denen Sprache über IP-Netze übertragen wird.

Während "klassische" Telefonie (POTS, ISDN) das Sprachsignal zeitgleich in kleinstmöglichen Portionen auf die Leitung gibt, werden bei VoIP die Sprachinformationen paketorientiert übertragen, d.h. es wird vor der Übertragung ein zeitlicher Abschnitt des Signals zu einem Paket zusammengefasst.

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