Was wäre Weihnachten ohne Elektrotechnik? Ganz schön langweilig.

Es ist in den letzten Jahren völlig selbstverständlich geworden, auf Knopfdruck die gewünschte Musik zu hören oder den verpassten Kinofilm vom Sofa aus zu genießen. Das spiegelt sich beim Musikstreaming in den Abrufzahlen, die in Deutschland von 108 Milliarden Streams 2019 auf 236 Milliarden Streams 2024 gestiegen sind. Beim Videostreaming ist die Entwicklung der Nutzerzahl interessant, die sich hierzulande zwischen 2017 und 2024 auf 22,1 Millionen verdoppelt hat. Damit das alles funktioniert, braucht es im Hintergrund viel Technik und Infrastruktur.

Musik- und Videogenuss brauchen standardisierte Codecs

Egal, ob es die neue Punkversion vom „Little Drummer Boy“ ist oder die Aufnahme eines Kirchenchors, der „Oh Du Fröhliche singt“: Wer Musik streamt, möchte einen vernünftigen Klang genießen. Die Basis dafür ist die Aufnahme des Songs im Studio in sehr hoher Qualität, woraus riesige Rohdaten zum Beispiel im WAV-Format entstehen. Um für das Streaming Bandbreite und Speicherplatz zu sparen, müssen diese Dateien stark komprimiert werden.

Dafür gibt es standardisierte Audio-Codecs, die in zwei Varianten zur Verfügung stehen. Verlustbehaftete Codecs wie MP3 (MPEG 3, Moving Pictures Experts Group) oder AAC (Advanced Audio Coding) entfernen für das menschliche Gehör weniger relevante Klanginformationen und haben sich im Bereich Streaming als effiziente Lösung etabliert. Verlustfreie Codecs wie FLAC (Free Lossless Audio Codec) komprimieren ohne Qualitätsverluste und finden bei Hi-Fi-Streaming-Anbietern wie Tidal oder Deezer HiFi Verwendung. Zudem werden Informationen wie Künstler, Titel, Album, Genre oder Länge in Metadaten verpackt und an die Audiodatei angeheftet.

Auch bei Videos kommen standardisierte Codecs zum Einsatz, um Daten zu komprimieren – der gebräuchlichste Video-Codec ist H.264.

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Egal, ob Musik für die Weihnachtsparty oder der neueste Weihnachtsfilm – irgendwo müssen die komprimierten Dateien zur Verfügung stehen, um bei Bedarf abgerufen und übertragen werden zu können. Würde dies von einem zentralen Server aus erfolgen, wären sowohl der Server als auch die Netzwerke komplett überlastet. Um dieses Problem zu lösen, werden Kopien von Songs und Videos auf tausenden Servern rund um den Globus abgelegt. Daraus entstehen sogenannte Content Delivery Networks (CDN), die dafür sorgen, dass bei einer Nutzeranfrage automatisch die Verbindung zum nächstgelegenen CDN-Server aufgebaut wird.

Die Konsequenz: Die Zugriffe werden aufgeteilt, so dass die Latenzen – also die Verzögerungen – auf einem sehr niedrigen Niveau gehalten werden können. Die Übertragung startet quasi sofort und Millionen Nutzer können gleichzeitig streamen, ohne, dass ein einzelner Server unter der Last zusammenbricht. Dazu sind in Rechenzentren redundante Speichersysteme sowie sehr leistungsstarke Datenbanken im Einsatz, die das Management der Audio- und Videobibliotheken sowie die Verwaltung der Metadaten und Nutzerprofile inklusive Wiedergabelisten übernehmen.

Die Sache mit dem Transportweg: Internet-Protokolle

Songs und Videos werden übrigens nicht als Ganzes übertragen, sondern in kleine Datenpakete von 5 bis 10 Sekunden Länge unterteilt. Auch dafür gibt es Vorgaben, damit die Übertragung geräteübergreifend funktioniert. Die wichtigsten standardisierten Protokolle, die zum Einsatz kommen, sind HLS (HTTP Live Streaming) und DASH (Dynamic Adaptive Streaming over http). Je nach Qualität der Netzwerkverbindung, wird auf eine niedrigere Bitrate und niedrigere Übertragungsqualität umgeschaltet. 

Hat sich Jingle Bells nach Komprimierung, Einzug auf den CDN-Server und Übertragung endlich bis zu unserem Endgerät durchgeschlagen, muss auch dort einiges geleistet werden, damit endlich Weihnachtsstimmung aufkommt. Streaming-Apps, die auf verschiedenen Endgeräten laufen, stellen dabei nicht nur die Benutzeroberfläche zur Verfügung, sie enthalten auch den Decoder für die Video- oder Audiodateien. Außerdem braucht es auf dem Endgerät einen Digital-Analog-Wandler (DAC), der die dekodierten digitalen Daten wieder in ein analoges Signal zurückverwandelt, das Lautsprecher, Kopfhörer & Co. wiedergeben können. Ein kleiner temporärer Speicher, der sogenannte Puffer, lädt immer die nächsten Sekunden der Audio- oder Videodatei im Voraus, um kurzfristige Schwankungen im Netz auszugleichen.

Neben der Standardisierung von Codierungsverfahren und Übertragungsprotokollen ist eine wesentliche Aufgabe der elektrotechnischen Normung, dafür zu sorgen, dass Endgeräte sicher funktionieren und die gewünschte Qualität liefern. Auch Nachhaltigkeit spielt eine immer größere Rolle, weshalb es dafür ebenfalls Vorgaben gibt, die bei der Entwicklung von Endgeräten zu beachten sind.

Die Norm DIN EN IEC 62087-3 befasst sich zum Beispiel mit der Energieeffizienz von TV-Geräten, wozu auch Geräte mit Flüssigkristallanzeigen (LCD) und organischen LEDs (OLED) gehören. Sie legt Verfahren fest, wie sich die Leistungsaufnahme und dazugehörige Kennwerte bestimmen lassen. Weitere Teile dieser Norm behandeln dieses Thema für Set-Top-Boxen und Audiogeräte, um den Energieverbrauch über alle Gerätekategorien hinweg zu reduzieren und für Verbraucher transparent anzugeben.

Weitere Normen wie die DIN EN IEC 60268-7 widmen sich allen Geräten, die im oder am menschlichen Ohr verwendet werden, also Kopfhörer, Ohrhörer & Co. Darin wird zum Beispiel festgelegt, welche Eigenschaften Hersteller in Datenblättern für ein Endgerät anzugeben haben und wie die dazugehörigen Messverfahren aussehen.

Ein Umschlag, ein Geheimnis und ihr mittendrin!

Ein roter Umschlag mit Rentier-Aufklebern taucht auf. Ohne Absender. Nur ein Satz: „Die Wahrheit liegt im Archiv.“ Nein, kein Krimi, sondern der Auftakt unseres Weihnachtsrätsels in 24 Akten! Thomas, Klara und Otto stolpern in eine Geschichte rund um eine mysteriöse Norm, einen vergessenen Grundriss und eine verschlossene Tür im Keller. Jeden Tag gibt es neue Hinweise, spannende Fragen sowie die eine oder andere Denksportaufgabe. Viel Spaß beim Mitmachen!

Jeder kennt das Problem: Gerade hat es sich die Runde auf dem Sofa gemütlich gemacht, das Popcorn ist geröstet, die Beleuchtung gedimmt, der Weihnachtsfilm ausgesucht. Doch dann hakelt das Bild, die Verbindung bricht ab, lange Gesichter sind die Folge. Dahinter steckt die Datenübertragung über Kupferkabel – es ist mit den heute gängigen Datenraten überfordert, vor allem zu Stoßzeiten wie in den Weihnachtsfeiertagen, und noch dazu ineffizient, da Energie in Wärme umgesetzt wird und verloren geht.

Booster für den Glasfaserausbau: Neue VDE Leitlinie

Ein Glasfaseranschluss behebt diese Probleme, der Ausbau läuft derzeit in Deutschland auf Hochtouren. Zwar sind schon viele Rohre bis an die Häuser verlegt, doch der Anschluss ins Haus fehlt – auch, weil bislang klare Vorgaben für die Installation fehlen. Abhilfe schafft die neue VDE Leitlinie VDE 0800-730, die den Ausbau vom Netz ins Haus in den Blick nimmt. Bislang galten Glasfasern als elektrische Installationen, weshalb davon auszugehen war, dass sie eine intrinsische Brandgefahr bergen.

Diese Annahme war nicht korrekt, denn eine Glasfaser fängt im Gegensatz zum Kupferkabel nicht an zu brennen, wenn man beispielsweise eine Schraube in die Wand dreht. Glasfaseranschlüsse können somit auch in Fluchtwegen, zum Beispiel in Treppenhäusern, verlegt werden. Die Leitlinie enthält praxistaugliche Angaben dazu, wie eine Installation sicher erfolgen kann, was vielerorts Klarheit schafft und Baukosten und -dauer deutlich reduziert.

Fachkräfte qualifizieren, Weihnachtsfilm sichern

In Kombination mit dem VDE Leitfaden zur Qualifikation von Infrastrukturfachkräften und der Initiative Gremienverbund Breitband (IGVB) schafft die Normungswelt somit ganz praktische Werkzeuge, die dafür sorgen, dass immer mehr Haushalte einen Glasfaseranschluss nutzen können – und in jedem Zimmer ein anderer Weihnachtsfilm laufen kann, wenn es denn sein muss.

Redaktioneller Hinweis:

Sie haben Lust auf mehr DKE Weihnachtszauber? Kein Problem. Während der Adventszeit schauen wir uns in drei weiteren Folgen an, warum Weihnachten ohne Elektrotechnik nicht nur ganz schön langweilig wäre, sondern dunkel, einsam und leer unter dem Baum noch dazu. Viel Spaß beim Lesen und eine schöne Vorweihnachtszeit wünscht die DKE Redaktion.

• Teil 1: Weihnachten ohne Elektrotechnik? Ganz schön dunkel.
• Teil 2: Weihnachten ohne Elektrotechnik? Ganz schön fern.
• Teil 3: Weihnachten ohne Elektrotechnik? Ganz schön langweilig.

Bei Home & Building geht es um die Integration und Nutzung von Informations- und Telekommunikationstechnologien in der heimischen Umgebung, die eine neue Erfahrungswelt ermöglichen und bekannte Aktivitäten bei Unterhaltung, Komfort, Energiemanagement, Sicherheit und Gesundheit kosteneffizienter oder bequemer machen. Weitere Inhalte zu diesem Fachgebiet finden Sie im