Sehr wichtig für Multimedia ist eine vollständige Integration der Daten. Es muß gänzlich auf digitaler Basis gearbeitet werden, damit Audio- und Videodaten dieselben Speichermedien und dieselben Netze benutzen können wie gewöhnliche Daten, Texte und Grafiken.

• Universalität

Eine Multimedia-Applikation sollte auf verschiedensten Rechner- und Betriebssystemen lauffähig oder zumindest leicht portierbar sein. Nur so kann sichergestellt werden, daß bei Bedarf alle Abteilungen und Geschäftspartner am multimedialen Datenaustausch teilhaben können. Hierzu gehört auch, daß die eingesetzten Algorithmen skalierbar sind.

• Skalierbarkeit der Algorithmen

Skalierbare Algorithmen erlauben, daß beispielsweise Videodatenströme auf allen beteiligten Rechnern unabhängig von deren Prozessorleistung oder von speziellen Hardwareerweiterungen abgespielt werden können. Alle Rechner sollen die Möglichkeit haben, auf dieselbe Multimedia-Datei im Netz zuzugreifen, wobei die gegebene Rechnerausstattung nur Einfluß auf die Qualität (Bildwiederholfrequenz und -auflösung) des dargebotenen Videomaterials haben soll.

• Zeittransparenz

In der Regel ist es unerheblich, ob ein Filetransfer eine Sekunde mehr oder weniger benötigt. Anders ist dies bei zeitbasierten Daten wie Audio und Video. Schon eine kleine Verzögerung im Audio-Datenstrom bewirkt ein hörbares Aussetzen oder Knacken und eine Verzögerung im Video-Datenstrom erzeugt ein Rucken im Bildablauf. Sämtliche beteiligten Hard- und Software-Komponenten, wie beispielsweise Betriebssysteme, Datenkommunikationsprotokolle und Übertragungseinrichtungen müssen diesem Aspekt Rechnung tragen und einen zeittransparenten Zugriff auf multimediale Daten erlauben. Zeittransparenz sei in diesem Zusammenhang definiert als die noch tolerierbare Verzögerung bzw. Varianz der auftretenden Verzögerung bei der Datenübertragung.

• Kontinuität

Eng verknüpft mit der Zeittransparenz ist die Forderung nach kontinuierlicher Datenübertragung. Die Forderung, alle Daten nahezu verzögerungsfrei zu übertragen, reicht nämlich nicht aus. Es muß auch sichergestellt sein, daß keine merkbaren Lücken im Datenstrom auftreten können, also beispielsweise ein kontinuierlicher Zugriff auf das Netzwerk gewährleistet ist.

• Skalierbarkeit des Netzwerks

Kontinuität im Netzwerk kann beispielsweise erreicht werden, wenn die Kapazität des Übertragungskanals von der Quelle zum Ziel dem aktuellen Bedarf anpaßbar ist. Das Netzwerk muß also in der Lage sein, den Multimedia-Applikationen genau die Datenübertragungsleistung anzubieten, die sie gerade benötigen.

• Kompression

Eine Sekunde Audio in HiFi-Qualität erzeugt eine Datei von etwa 176 Kilobyte und eine Sekunde Video in Fernsehqualität hat bereits eine Größe von knapp 21 Megabyte. Diese Datenmengen kann man nur dann bewältigen, wenn leistungsfähige Kompressionsalgorithmen eingesetzt werden, die die zu übertragenden Dateien ohne wesentliche Qualitätseinbußen auf einen Bruchteil verkleinern.

• Hohe Bandbreite des Netzwerks

Trotz Datenkompression fallen noch immer viele Daten an, die transferiert werden müssen, insbesondere dann, wenn mehrere Rechner gleichzeitig multimediale Daten über ein Netzwerk austauschen möchten. Als Orientierungshilfe für das Maß der zu fordernden Übertragungsleistung je Multimedia-Sitzung kann man derzeit die Leistungsfähigkeit eines CD-ROM-Laufwerks anführen. Dieses erzeugt beim Abspielen komprimierter digitalisierter Videodaten in VHS-Qualität einen Datenstrom von etwa 1,2 Megabit pro Sekunde.

Trotz Verbesserung der Kompressionsalgorithmen werden die Anforderungen an die Bandbreite noch weiter ansteigen. MPEG-2 (Motion Picture Experts Group) wird 4 bis 10 Megabit pro Sekunde benötigen, HDTV (High Devinition TeleVision) sogar 5 bis 20 Megabit pro Sekunde.

Bild 1: Bandbreitenbedarf multimedialer Anwendungen. Die Balken zeigen von links nach rechts: 500 Seiten Text (1 MByte), 10 Bilder in FAX-Qualität (0,64 MB), 10 Farbbilder (75 MB), 5 Minuten digitalisierte Sprache (2,4 MB), 72 Minuten digitalisierte Audiodaten (762 MB), 1 Minute Animation auf 1/4 Bildschirm (147 MB), 10 Minuten digitalisierte Videodaten 30:1 komprimiert (553 MB), 2 Stunden digitalisierte Videodaten 100:1 komprimiert (1.995 MB). (lt. Quelle: IBM)

Nicht immer müssen alle genannten Vorraussetzungen erfüllt sein, wenn man Multimedia im Netz betreiben will. Allerdings läßt sich die Liste der Voraussetzungen auch leicht erweitern, beispielsweise um die Forderung nach internationaler Kommunikationsfähigkeit, einheitlicher Bedienoberfläche, zentraler Systemverwaltung zur Steuerung der Verteilung multimedialer Daten, etc.

Ist-Zustand

Die heute installierten Netzwerke wurden entweder mit dem Ziel einer effizienten Daten- oder einer effizienten Sprachübertragung entwickelt. Sie bieten in den seltensten Fällen die Möglichkeit der isochronen Kommunikation. Isochrone Protokolle sind aber eine wesentliche Voraussetzung für die Übertragung zeitbasierter Daten. Erst sie geben die Sicherheit, daß Signale mit einer festgelegten Geschwindigkeit und einem festgelegten Zeitintervall übertragen werden können.

Das heißt nicht, daß die derzeit installierten Netzinfrastrukturen für multimediale Anwendungen gänzlich ungeeignet sind. Sauber strukturierte Netzwerke, die sich noch nicht am Rand ihrer Leistungsgrenze bewegen, können bedingt weitergenutzt werden. Daß dies funktioniert, wurde von verschiedenen Herstellern auf mehreren Veranstaltungen demonstriert. So zeigte beispielsweise das IBM European Networking Center auf der CeBIT´92 eine multimediale Verbundanwendung über einen 16-Megabit-Token-Ring. Drei Clients hatten hier die Möglichkeit, über den Token Ring auf zwei Server zuzugreifen und DVI-komprimiertes (Digial Video Interactive) Videomaterial anzufordern (Bild 2). Von IBM kommt auch die Aussage, daß über einen Token-Ring gleichzeitig bis zu zehn komprimierte Videodatenströme in VHS-Qualität ohne merkbare Verzögerungen übertragen werden können. Diese Aussage ist allerdings mit Vorsicht zu genießen, da man nie genau vorhersagen kann, wie stark die übrigen Anwender das Netzwerk im nächsten Moment belasten werden.

Bild 2: Netzwerke mit einer begrenzten Anzahl angeschlossener Systeme können bedingt auch für multimediale Anwendungen genutzt werden.

Noch kritischer sieht es aus, wenn Multimedia über Wide Area Networks genutzt werden soll:

• Die bisher von der Telekom angebotene Verbindungsmöglichkeit über VBN (Vermitteltes Breitband Netz) konnte nicht wirtschaftlich betrieben werden und wurde recht hoch taxiert (Grundmiete je Monat: 1.200 DM, Nutzungsgebühr je Stunde: 600 DM)
• Neue Techniken wie DQDB (Distributed Queue Dual Bus, im Telekom-Deutsch: Datex-M) konnten bisher nur im Rahmen von Pilotprojekten der Telekom in Stuttgart oder München genutzt werden
• Das lang angekündigte Breitband-ISDN (B-ISDN) wird noch lange nicht flächendeckend zur Verfügung stehen - erst  Anfang 1994 wird ein B-ISDN-Pilotprojekt gestartet, bei dem die ersten ATM-Komponenten (Asynchronous Transfer Mode) eingesetzt werden (Bild 3)
• Und DFS, ein neuer Dienst der Telekom, der 2-MBit-Kanäle über Satellit zu jedem Punkt in Deutschland ermöglichen soll, wird ebenso erst 1994 bereitgestellt werden.

Bild 3: B-ISDN Pilotprojekt (Quelle: HiLAN)

Somit bleibt heute oft nur ISDN (Integrated Services Digital Network), wenn man multimediale Daten übertragen oder Videokonferenzen abhalten will. ISDN ist die digitale Verbindung von Telefon und Computer. Eine Reihe multimedialer Dienste werden bereits über ISDN betrieben. Allerdings reichen die zweimal 64 KBit/s eines ISDN-Basisanschlusses nicht aus, größere Mengen an Multimediadaten in annehmbarer Zeit zu übertragen, so daß interaktives Arbeiten kaum möglich ist.

Mehrere ISDN-Kanäle müssen deshalb parallel betrieben werden. Über einen sogenannten Primärmultiplexanschluß können bis zu 30 solcher Kanäle gebündelt werden. Folgende Varianten werden angeboten:

• C1 = B = 64 Kbit/s
• C6 = H0 = 384 Kbit/s
• C24  =  H11 = 1.536 Mbit/s
• C30 = H12 = 1.920 Mbit/s,

wobei eine Mischung von B- und H0-Kanälen am Primäreingang in der Form n * H0 + m * B + D möglich ist (D steht für den D-Kanal, der mit 16 KBit/s für die Signalisierung zuständig ist).

Wenn aus finanziellen oder technischen Gründen nur ein ISDN-Basisanschluß zur Verfügung steht, muß man starke Qualitätseinbußen in Kauf nehmen. Hier behilft man sich beispielsweise damit, daß sämtliches zu diskutierendes Bildmaterial vor der gemeinsamen Bearbeitung an den Kommunikationspartner übertragen wird (etwa über Nacht). Während der Bearbeitung werden dann nur noch Kommandos zur Annotation ausgetauscht, die synchron an beiden Arbeitsplätzen ausgeführt werden können. Damit wird das Kommunikationsmedium insgesamt weniger belastet (koordiniertes Arbeiten).

Damit Videokonferenzen über 64KBit-Leitungen überhaupt funktionieren, werden die Bilddaten nach dem CCITT-Standard H.261 kodiert. Der Vorschlag H.261 der CCITT-Studiengruppe XV hat die Bezeichnung "Video Codec For Audiovisual Services at P*64 Kbit/s" und beschreibt die Videokodier- und dekodiermethoden (Codec) für die Bewegtbildkomponente bei audiovisuellen Diensten mit Übertragungsraten von 64 KBit/s bis 1.920 Kbit/s. H.261 arbeitet mit einem YUV-Signal und bietet zwei unterschiedliche Auflösungen: CIF (Common Intermediate Format) mit einer Auflösung von 352 mal 288 und QCIF (Quarter CIF) mit einer Auflösung von 176 mal 144 Bildpunkten. Das Common Intermediate Format eignet sich recht gut für Videokonferenzen, benötigt aber mindestens fünf ISDN-Kanäle (P=5). Das qualitativ schlechtere QCIF wird genutzt, wenn nur ein ISDN-Basisanschluß zur Verfügung steht.

Bild 4: Übertragungsdauer typischer Multimedia-Anwendungen über ISDN.(Quelle: Markt & Technik)

Konsequenzen

Multimediale Anwendungen erfordern, daß Rechnernetze ein definiertes Antwortzeitverhalten bieten. Diese Forderung hat Einfluß auf die klassischen Netzstrukturen. Viele der heute weitverbreiteten Techniken müssen in Zukunft durch neue ersetzt werden. In manchen Bereichen wird die vorhandene Übertragungsgeschwindigkeit von 10 bzw.16 MBit/s weiterhin ausreichend sein, so daß nicht davon ausgegangen werden muß, daß Anschlußkarten und Netzsoftware komplett ausgetauscht werden müssen. Sicher ist aber auch, daß für die neuen Anwendungen ein Netz für viele Rechner nicht ausreichen wird, so daß vor allem im Anschlußbereich für die Endgeräte erhebliche Änderungen zu erwarten sind.

Mehrfachanschlüsse, wie Ringe oder Busse, müssen durch Direktanschlüsse ersetzt werden. Dies ist kein neuer Trend, sondern wird bereits heute sichtbar z.B. durch die Ablösung der Koax-Netze durch sternförmige Endgeräte-Anschlüsse über verdrillte Kupferpaare.

Bild 5: Mikrosegmentierung heißt das Stichwort. Jeder Rechner hat sein eigenes Netzsegment. Die einzelnen Netzsegmente werden über leistungsfähige, intelligente Hubs gekoppelt.

Parallel dazu müssen auch Sternkoppler und Repeater durch intelligente und leistungsfähige Vermittlungsrechner ausgetauscht werden. Auch dieser Schritt ist heute bereits in Ansätzen durch die Einführung der geschalteten Hubs (switched hubs) erkennbar.

Auch Brücken und Router werden in der heutigen Form nicht mehr verwendbar sein, da ihre Durchlaufzeiten zu groß und nicht berechenbar sind. Hier werden sowohl Hardware- als auch Software-Anpassungen notwendig werden.

Die Durchlaufzeiten lassen sich beispielsweise durch das Early-Bird-Prinzip verringern. Kopplungselemente, die nach dem Early-Bird-Prinzip arbeiten, beginnen bereits mit der Weitergabe eines Datenpaketes, bevor dieses komplett empfangen wurde. Gegenüber herkömmlicher Verfahren kann so eine Verminderung der Durchlaufzeiten bis zum Faktor 25 errreicht werden. Das Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß auch defekte Pakete weitergesendet werden. Bei den heutigen Netzqualitäten fällt dieser Nachteil aber kaum ins Gewicht.

Beginnend mit den Backbones müssen sukzessive neue Technologien eingesetzt werden. Verschiedene Ansätze sind hier im Gespräch, wie FDDI II, FFOL, ISLAN, SMDS, DQDB und ATM. Prädestiniert für multimediale Anwendungen ist ATM, da ATM sowohl die notwendige Bandbreite als auch die geforderte Isochronität bietet. Zum ersten Mal in der Kommunikationsgeschichte hat man mit ATM auch ein Verfahen, das sowohl im LAN- als auch im WAN-Bereich genutzt werden kann und darüberhinaus sowohl für Daten als auch für Sprache und Video geeignet ist. Bis der Stand der Normung und die Entwicklung der Technik so weit ist, daß ATM-Komponenten auch im Produktionsbereich eingesetzt werden können, werden zwar noch ein bis zwei Jahre vergehen, der Anwender sollte aber schon heute sein Netzwerk so gestalten, daß er zu gegebenem Zeitpunkt diese Technik einsetzen kann.

Die nächste Folge

Zum Abschluß dieser Serie wird die nächste Folge einige Multimedia-Applikationen vorstellen und einen Blick in die multimediale Zukunft wagen.

- Fortsetzung folgt -

Literatur