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Digitale Schnittstellen für die Videodaten-Übertragung

Eine einheitliche, universelle Schnittstelle für die Übertragung aller denkbaren Daten gibt es nicht. Warum ist das so? Warum gibt es statt dessen eine unübersichtliche Menge an digitalen Schnittstellen und aus Gründen der Kompatibilität weiterhin zusätzlich veraltete analoge Anschlüsse?

  • Hersteller von Fernsehern stellen z.B. Antenneneingänge, SCART- , Composite-Video und HDMI-Anschlüsse bereit.

  • Hersteller von Monitoren stellen Eingänge für verschiedene Videosignale bereit (z.B. VGA, DVI).

  • Hersteller von Computern liefern ihre Geräte u.a. mit der Thunderbolt-Schnittstelle aus, worüber DisplayPort-Daten übertragen werden.

  • Hersteller speziellen Equipments für die Fernsehindustrie (z.B. Breakout-Boxen) stellen weitere Schnittstellen zur Verfügung (z.B. SDI).

Die Gründe für diese Vielfalt liegen nicht nur in verschiedenen Anforderungen von Anwendern und Zielsetzungen von Herstellern.

Es gibt gute Gründe, warum ein Monitor nicht einfach via USB an den Computer angeschlossen wird!

  • Die Anzeige von Videodaten ist eine so genannte Realtime-Anwendung. Wir benötigen eine garantierte Datenrate für unsere Daten, damit diese dann jeweils zu vorgegebenen Zeitpunkten auf dem Display angezeigt werden können. Werden einmal fehlerhaft Daten übertragen oder tritt während der Übertragung eine Störung auf, so sind die fehlenden Daten einfach "wegzuwerfen". Sie werden nicht erneut übertragen, denn die zur Verfügung stehende Datenrate wird z.B. bereits für die Übertragung der Daten der folgenden Bilder benötigt. Andere Anwendungen erfordern eine bitgenaue Übertragung der Daten. Für solche Anwendungen ist die benötigte Zeit für die Übertragung weniger wichtig als die 100%ige Übereinstimmung der Daten mit dem Original. Beispiel: Kopieren von Daten von Speicherplatz A nach Speicherplatz B. Beim Kopieren müssen die Daten notfalls mehrfach übertragen werden, bis als Ergebnis eine fehlerfreie Kopie der Daten vorliegt. Für solche Datenübertragungen werden keine Videoschnittstellen eingesetzt.

  • Die Videodatenübertragung ist optimiert auf die Übertragung hoher Datenraten. Mit dem HDMI 2.0-Standard kann man etwa 15 Gbit/s übertragen, mit HDMI 2.1 bereits bis zu 48 Gbit/s. Dieses wird u.a. ermöglicht durch Schirmung der verwendeten Kabel (teilweise sogar doppelt) sowie eine nicht stattfindende Fehlerkorrektur.

  • Videodaten werden unidirektional übertragen. In der Regel gibt es ein Gerät, welches die Daten sendet und ein anderes, welches die Daten z.B. anzeigt. Mit dieser Einschränkung kann man eine noch höhere Datenrate erreichen. Über ein LAN-Kabel werden dagegen Daten gesendet und empfangen.


Weitere interessante Informationen finden Sie hier:

Spezielle digitale Videoschnittstellen im Einsatz bei Fernsehsendern und -studios

SDI - Serial Digital Interface

Das SDI-Signal ist ein unkomprimiertes digitales Komponentensignal. Es wird über ein Koaxialkabel (Kupfer-Innenleiter mit Schirmung und Kunststoff-Ummantelung) übertragen. Das SDI-Kabel besitzt an den Enden BNC-Stecker. Die maximale Länge für störungsfreie Übertragungen beträgt etwa 80m - abhängig von der Qualität der verwendeten Kabel und des übertragenen Formats (SD/HD).

Informationen zum Thema SDI finden Sie im SDI-Arbeitsblatt und zusätzlich auf den folgenden Links ...

Anforderungen an zukünftige digitale Schnittstellen zur Übertragung von Videodaten

  1. nur 1 leichtes, stabiles, benutzerfreundliches Kabel

  2. große Distanzen/Entfernungen überbrückbar, d.h. lange Kabel (>100m)

  3. vielseitig verwendbar, beliebige Inhalte, Video, Audio, Metadaten, Timecode, Untertitel etc. übertragbar

  4. bidirektionale Übertragung der digitalen Daten ohne Umkodierung direkt im vorliegenden Format, d.h. keine Konvertierung/Transcodierung

  5. konstante hohe Datenraten (Bandbreite), mindestens Echtzeit/Realtime (z.B. bei Live Sendungen auch für hochauflösende Bilder)
    z.B. 4k (4096 × 2160) x 12 bit x 60 frames x 3 (RGB) = 19 Gbit/s

  6. verlustfreie Übertragung, geringe Störanfälligkeit (gute Fehlererkennung und Korrektur)

  7. robuste, einfache Handhabung (flexibles, belastbares Kabel, exzellente Verarbeitung, falsche Nutzung unmöglich, ...), reparaturfreundlich

  8. Stecker arretierbar

  9. kein Kopierschutz bei der Datenübertragung (professionelle Schnittstelle!)

  10. verschlüsselte Übertragung möglich (z.B. gegen unauthorisiertes Mitschneiden/Mithören)

  11. gutes Preis-/Leistungsverhältnis, z. B. durch Wiederverwendbarkeit von Equipment (BNC-Kabel)

  12. Energieversorgung leistungsschwacher Geräte wie z.B. bei USB

  13. Daisy Chain möglich (z.B. wie bei Firewire, http://www.macuser.de/forum/f14/externe-festplatten-reihe-295616/)

  14. Minimaler Installations- und Wartungsaufwand, z.B. für die Installation von Treiber-Software, Updates etc.

  15. umweltfreundlich, energiesparend

"Kompatibilität zwischen Geräten" ist keine sinnvolle Forderung, da diese immer dann gegeben ist, wenn ein Gerät die entsprechende Schnittstelle zur Verfügung stellt. "Kompatibilität" allein ist auch keine sinnvolle Forderung, da diese bei neuen Schnittstellen eher selten gegeben ist, ansonsten wäre es ja nur ein Update einer alten Schnittstelle. Gewohnte Stecker und Kabel können genauso gut ausgetauscht werden wie die Kodierung der digitalen Daten. Eine Forderung nach "Unterstützung verschiedener Codecs" hat einen Haken, d.h. was passiert mit zukünftigen Codecs?

Übersicht über aktuelle digitale Schnittstellen zur Übertragung von Videodaten

"Prüfen Sie die folgende Tabelle auf Vollständigkeit. Ergänzen bzw. korrigieren Sie fehlende bzw. falsche Angaben!"

© 2018/2019/2020 by Rüdiger Borrmann

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