Die kabellose digitale Übertragung hat in letzter Zeit stark an Popularität zugenommen. Bluetooth, eine international standardisierte Datenschnittstelle per Funk, wurde entwickelt, um eine mobile und vernetzte Welt ohne Kabelgewirr zu realisieren. Phonak, unser Industriepartner, ist einer der führenden Fabrikanten von Hörsystemen und plant in künftigen Projekten digitale kabellose Technologien einzusetzen.

Ziel dieser Arbeit war es, digital codierte Audiodaten über Bluetooth zu senden. Im Gegensatz zur analogen Übertragung bietet Bluetooth folgende zusätzliche Eigenschaften:

• Bluetooth-Geräte müssen sich bei einem Master-Gerät registrieren lassen, bevor sie sich an einer Kommunikation beteiligen können.
• Empfänger können gezielt angesprochen oder ausgeschlossen werden.
• Aufgrund von standardisierten Verschlüsselungs-Algorithmen kann einer unauthorisierten Belauschung ein Riegel vorgeschoben werden.

Folgende zwei Verfahren standen uns für die Codierung der Audiodaten zur Auswahl:

• Ogg-Vorbis, eine komplett freie nicht patentierte Technologie.
• MP3, ein patentierter ISO-MPEG-Standard.

Unsere Entscheidung fiel zugunsten von MP3 aus, weil MP3 sehr bekannt ist und verschiedene Tools, sowie Encoder und Decoder bereits bestehen. Die Firma Phonak wird im Endprodukt ihr eigenes digitales Verfahren einsetzen.

Der Software-Encoder auf dem PC dient dazu, um aus einem Input z.B Sprache, einen digitalen Bitstrom von 64Kbit/s bei einer Abtastrate von 16KHz zu erzeugen. Dieser Bitstrom wird über eine serielle Verbindung dem CASIRA Bluetooth-Gerät zugeführt und per Funk über einen Bluetooth Datenkanal übertragen. Auf der Empfängerseite werden die Daten via Bluetooth-Stack über einen seriellen Link an einen PC transferiert. Auf diesem interpretiert der MP3-Decoder den Bitstrom als MP3-File und spielt ihn ab.

Wie sieht ein Freilaufstall für Kühe aus, der den Anforderungen der artgerechten Tierhaltung entspricht? Um diese Frage zu beantworten startet Ende 2001 ein vom Bund finanziertes Projekt, das die Bewegungen und damit den Platzbedarf von Kühen in einem Freilaufstall untersucht. Während einer Versuchsperiode werden in einem Stall in bestimmten Zeitabständen Daten über die einzelnen Kühe gesammelt. Neben dem Zeitpunkt und dem Namen der Kuh wird der Aufenthaltsort (z.B. Liege oder Futterplatz) erfasst.

Unsere Diplomarbeit hat das Ziel, den Ablauf der Überwachung so zu vereinfachen, dass die Kühe nicht mehr rund um die Uhr von Menschen beobachtet werden müssen. Dafür musste ein Ortungssystem entwickelt werden, welches mittels digitaler Bildverarbeitung die Beobachtung der Kühe automatisiert.

Darstellung des von uns entwickelten Ortungssystems: Sämtliche Kühe des Stalles werden mit Sendern ausgerüstet, die in regelmässigen Abständen (Ortungsintervall) verschiedene Blinkcodes mittels Infrarot-LEDs aussenden.

Eine digitale Kamera mit einem Infrarot-Filter versehen ist an der Decke des Stalles installiert, um die Blinkcodes einer jeden Kuh, mittels einer Bilderfassungshardware im PC, in den Arbeitsspeicher des PC's zu kopieren.

Eine von uns entwickelte Ortungssoftware setzt laufend die Blinkcodes aus den Bildinformationen wieder zusammen und legt diese mit der jeweiligen Position und dem Zeitstempel in einem Buffer ab. Parallel werden diese Daten von einem Task tiefer Priorität weiterverarbeitet und in einer Datenbank abgelegt.

Schliesslich werden die aktuellen Positionen der Kühe auf dem Monitor in geeigneter Form dargestellt. Erfasst werden also der Zeitstempel des erfassten Codes, die ID und der Name der Kuh, die Koordinaten und der Aufenthaltsort der Kuh und die Qualität des empfangenen Codes.

Phonak AG, unser Industriepartner für diese Diplomarbeit, ist eine der führenden Firmen für Hörgeräte. Phonak beabsichtigt ein propriäteres und äusserst verzögerungsarmes Codierungsverfahren zu entwickeln, welches die Möglichkeit einer ''graceful degradation'' bietet. Innerhalb der vielen Codierungsverfahren, welche dafür einsetztbar sind, ist Advanced Audio Coding (AAC) eines der modernsten. Es ist Teil des MPEG-4 Standards. AAC ist ein perzeptuelles Codierungsverfahren, welches psychoakustische Phänomene, wie die simultane und temporale Maskierung des menschlichen Gehörs, ausnutzt. Das Ziel jeder perzeptuellen Codierung ist die Reduktion der Redundanz sowie der Irrelevanz. Die Idee ist, das Audiosignal in Subbänder zu unterteilen, diese zu analysieren, um letztendlich ein Quantisierungsverfahren anzuwenden, welches darauf ausgelegt ist, dass das Quantisierungsrauschen unter die Maskierungsschwelle des menschlichen Gehörs zu liegen kommt. Zusätzlich nutzt AAC die Reduktion von Redundanzen, unter Verwendung einer Huffman-Codierung der Subband-Samples, aus. Eine der Errungenschaften von AAC ist die Vorhersage. Unter Verwendung geeigneter Algorithmen versucht man den jeweils nächsten Wert zu bestimmen. Somit sind nur noch Differenzen zum vorhergehenden Wert zu übertragen. Die Vorhersage wird sowohl im Zeit- wie auch im Frequenzbereich eingesetzt. In unserer Diplomarbeit haben wir einen AAC-Player entwickelt, welcher auf dem vorhanden faad-Opensource-Projekt basiert. Dieser kann AAC-Dateien in Echtzeit abspielen und ist mit Referenz-AAC-Dateien auf MPEG-Konformität geprüft. Phonak beabsichtigt das Codierungsverfahren für Funkübertragungen zu verwenden, bei welcher ''graceful degradation'' eine wichtige Bedeutung hat, besonders für schwerhörige Personen. ''Graceful degradation'' bedeutet, dass sich die digitale Übertragung ähnlich verhält wie die analoge. Wenn die Bitrate abnimmt, soll das Audiosignal nicht abbrechen, sondern nur qualitati