TV Technik

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Analoge Fernsehsignalübertragung

 

Kaum jemand macht sich heute Gedanken darüber, wie die Bilder und Töne in unserem TV, PC oder Tablet überhaupt entstehen. Man klickt bei seinem Smartphone auf den Youtube-Button und im nächsten Moment wird ein Kurzfilm angezeigt. Vor einer langen Autofahrt wird über die entsprechende App ein Kinofilm heruntergeladen, den das gelangweilte Kind später auf dem Rücksitz offline gucken kann. Wer keine Lust hat, seinen Alltag vom Fernsehprogramm abhängig zu machen, schaut heute Video on Demand oder Web-TV – also irgendwann und irgendwo. So ist das heute. Und damals – vor gerade einmal zehn, vielleicht zwanzig Jahren? Da war der Fernseher noch das Heiligtum im heimischen Wohnzimmer. Oma Elisabeth häkelte fleißig Deckchen für das seinerzeit noch monströse TV-Gerät und sowohl die Fernbedienung als auch die heute ebenfalls aus der Mode gekommene Fernsehzeitschrift fanden ihren Platz oben drauf. Aber wie kam und kommt denn nun das Bild in die Glotze? Die Nipkow’sche Vision vom Weihnachtsabend anno 1883 ist heute so selbstverständlich wie Autofahren oder die Reise mit dem Flugzeug. Doch kann sie auch jeder erklären?

Das monochrome Video-Signal

Wie bereits erwähnt, bedeutet monochrom so viel wie einfarbig. Deshalb handelt es sich bei dem monochromen Video-Signal also ausschließlich um das Luminanz- beziehungsweise Helligkeitssignal. In der Praxis ist das separate Luminanz-Signal heute kaum noch zu finden, da es für sich genommen lediglich im Zusammenhang mit der Schwarz/Weiß-Bildgebung zur Anwendung kommt. Dabei repräsentieren helle Bildpunkte ein hohes Videosignal und dunkle Bildpunkte hingegen ein geringes Signal.

Alle Signale sind international standardisiert und finden sich in verschiedenen Empfehlungen der Internationalen Fernmeldeunion (engl.: International Telecommunication Union - ITU) wieder, deren Ursprünge ins Jahr 1865 zurückgehen. Damit ist die ITU interessanterweise neben dem Roten Kreuz (Gründung: 1863) die zweitälteste Organisation mit internationalem Charakter. Wie die Society of Motion Picture and Television Engineers (SMPTE) gehört auch die ITU zu den wichtigsten Standardisierungsgremien im Bereich der professionellen Film- und Videotechnik.

So werden für das Standard-Definition-Signal (SD-Signal) die entsprechenden Grauwerte in der Empfehlung der ITU (Rec.470) und die Parameter für das High-Definition-Signal (HD-Signal) in der Rec.709 empfohlen.

BAS-Signal

Bei diesem Signaltyp handelt es sich streng genommen um drei unterschiedliche Signale, die zu einem kompletten Fernsehsignal zusammengefasst werden:

  • Bildsignal (B)

  • Austastsignal (A)

  • Synchronsignal (S)

Das BAS-Signal ist ein analoges (monochromes) Videosignal. Da es nur im Schwarz/Weiß-Bereich eingesetzt wird, enthält es keine Chrominanz-Signale für die Farbgebung (vgl. FBAS-Signal), sondern lediglich Luminanz-Signale – also die Helligkeitsinformationen. Darüber hinaus beinhaltet das BAS-Signal die horizontalen und vertikalen Austastsignale sowie die Synchronisationssignale für die einzelnen Zeilen und Halbbilder. Im Englischen wird das BAS-Signal auch als VBS (Video Blanking Sync) bezeichnet. Die Abkürzung VBS steht nicht selten auch für die Bezeichnung Video Baseband Signal.

Von seinem Prinzip her ist das BAS-Signal in allen Fernsehnormen ähnlich; aufgrund der unterschiedlichen Zeiten für die Bild- und Zeilenlänge (Bildsignal), die Austastzeiten (Austastsignal) und Synchronimpulse (Synchronsignal) jedoch nicht generell vergleichbar.

Abbildung 83 soll insofern exemplarisch die Funktionsweise eines BAS-Signals anhand einer sogenannten Grautreppe darstellen. Da es sich um eine farblose (unbunte) Bildwiedergabe handelt, werden hier Bildpunkte mit verschiedenen Helligkeiten abgetastet. Zur Erinnerung: helle Bildpunkte entsprechen einem hohen Videosignal, dunkle Bildpunkte einem geringen. Dabei reicht die Spannungsdifferenz von 0 bis 0,7 Volt (V), wobei der Minimalwert etwas über Null (0,01) liegt, der auch als Schwarzabhebung bezeichnet wird.

 

Zeitlicher Ablauf einer Bildzeile des Fernsehsignals am Beispiel einer Grautreppe

 

Wie bereits erwähnt, wird bei den europäischen Fernsehnormen (z.B. PAL) mit 25 Bildern pro Sekunde und bei SD-Signalen im Zeilensprungverfahren gearbeitet. Die Bilddauer eines Vollbildes beträgt 40 Millisekunden (ms) und die entsprechende Halbbilddauer 20 Millisekunden. Da pro Vollbild 625 Zeilen geschrieben werden, ergibt sich daraus eine Zeilendauer von 64 Mikrosekunden (μs), wobei gilt:

1 Sekunde = 1000 Millisekunden = 1 Million Mikrosekunden (106 µs)

Im Zeilensprungverfahren werden jedoch nicht 25 Vollbilder mit je 625 Zeilen, sondern 50 Halbbilder mit je 312½ Zeilen übertragen. Somit ergeben sich eine Halbbildwechselfrequenz (Vertikalfrequenz) von 50 Hz und eine Zeilenwechselfrequenz (Horizontalfrequenz) von 15,625 Hz, denn

25 · 625 = 50 · 312½ = 15 625 Hz.

Die Basis für die unterschiedlichen Werte von Videosignalen bildet insofern die Zeilenzahl (vgl. Abbildung).

 

Norm

CCIR

(Westeuropa)

OIRT

(Osteuropa)

FCC

(USA/Japan)

Zeilenzahl

625

625

525

Halbbildwechselfrequenz

50 Hz

50 Hz

60 Hz

Zeilenfrequenz

15.625 Hz

15.625 Hz

15.750 Hz

Videobandbreite

5 MHz

6 MHz

4,2 MHz

Zeilendauer (H)

64 μs

64 μs

63,5 μs

Halbbilddauer

20 ms

20 ms

16,667 ms

Form12

 

 

 

 

 

 

 

Übersicht der unterschiedlichen Videosignale

 

Wie im Kapitel über das Zeilensprungverfahren ausgeführt, darf der Elektronenstrahl nicht sichtbar sein, wenn er vom Ende der Zeile zum Anfang der neuen Zeile zurückspringt. Er wird innerhalb einer bestimmten Zeit ausgeschaltet beziehungsweise ausgetastet. Für diesen horizontalen Strahlrücksprung wurde zu Beginn der Fernsehtechnik ein Zeitraum von 12 Mikrosekunden (μs) festgelegt, der als horizontale Austastlücke bezeichnet wird (vgl. Abbildung).

 

Horizontalaustastung mit Austastlücke (vereinfachte Darstellung)

 

Da der Schwarzpegel beziehungsweise Schwarzwert bei 0,01 V liegt, beträgt der Pegel der horizontalen Austastlücke tatsächlich 0 V. Der Weißpegel oder auch Weißwert, also der Maximalwert, ist mit 0,7 V festgelegt. Wenn keine Spannung (0 V) anliegt, dann ist der Bildschirm ebenfalls schwarz. Zur Unterscheidung zwischen Austastwert bei Abschaltung des Elektronenstrahls und Schwarzwert wurde deshalb für das Bildsignal die sogenannte Schwarzabhebung eingestellt, deren Wert bei ca. 0 bis 0,2 Prozent des Abstandes zwischen Maximalspannung (Weiß) und Austastlücke liegt.

Allerdings wird in modernen Geräten auf die Schwarzabhebung nicht selten verzichtet, um eine bessere Ausnutzung des gesamten Pegelbereiches zu erzielen. Im Zeitalter der Quantum-Dots oder OLED-Displays können die sogenannten Subpixel einfach ausgeschaltet werden, ohne dass man gleich am Fernseher den Stecker ziehen muss.

 

Vertikalaustastung mit Austastlücke (vereinfachte Darstellung)

 

Der Elektronenstrahl springt jedoch nicht nur vom Zeilenende zum Zeilenanfang, sondern auch pro Halbbild von rechts unten nach links oben. Bei der sogenannten vertikalen Austastlücke wird ähnlich verfahren wie bei der horizontalen Austastlücke. Für die Vertikalaustastlücke wurde historisch ein Zeitraum von 1,6 Millisekunden (ms) festgelegt, da der Weg über die Bildschirmdiagonale weitaus länger ist. Das heißt, für die Dauer von 25 Zeilen pro Halbbild ist der Elektronenstrahl ausgeschaltet beziehungsweise ausgetastet. Daraus ergibt sich, dass im 50-Hz-System bei der Vertikalaustastung von 625 Zeilen effektiv nur 575 Bildzeilen sichtbar sind. Deshalb beträgt die nutzbare (aktive) Zeilendauer nicht 64 μs, sondern lediglich 52 μs (vgl. Abbildungen).

Sogenannte Synchronsignale sorgen nun abschließend dafür, dass die Zeilen im Empfänger genauso geschrieben werden, wie sie vorab von der Aufnahmeseite erzeugt wurden. Der Pegel der Synchronsignale liegt dabei noch unter dem Austastwert, sodass sie „unsichtbar“ beziehungsweise „schwärzer als schwarz“ sind (vgl. Abbildung).

 

Aussteuerbereich des BAS-Signals

 

Allerdings ist es wichtig, dass sich die Synchronsignale für die Horizontal- und Vertikalablenkung eindeutig unterscheiden. Für eine einfache Trennung in Zeilen-Synchronimpulse (horizontal) und Bild-Synchronimpulse (vertikal) im Empfänger werden diese mit unterschiedlichen Merkmalen sowie einer unterschiedlichen Impulsdauer übertragen.

Hierzu wird bei der horizontalen Synchronisation nach jeder Zeile ein Rechtecksignal in der Horizontalaustastlücke positioniert, das auch als H-Synchronimpuls bezeichnet wird. Dieser liegt zwischen der vorderen und der hinteren Schwarzschulter. Beim Strahlrücklauf bestimmt so die Vorderflanke des Impulses das Einsetzen der Synchronisierung. Die Dauer dieses H-Synchronimpulses beträgt etwa 4,5 μs bis 5 μs.

Die vordere Schwarzschulter ist dafür verantwortlich, dass der Zeilenrücklauf präzise in die Austastlücke fällt. Die hintere Schwarzschulter übernimmt hingegen die Aufgabe eines Bezugspegels und dient parallel der Übertragung zusätzlicher Signale, beispielsweise des Farb-Synchronsignals (vgl. F-BAS-Signal). Bei der Vertikalaustastung wird nach dem gleichen Prinzip verfahren, allerdings ist der V-Synchronimpuls mit 2,5 H-Perioden wesentlich länger als der Horizontal-Synchronimpuls (etwa 0,07 H-Perioden).

 

Horizontal-Synchronsignal

Um unsymmetrisches Halbbildschaltverhalten und damit eine paarige Rasterstruktur zu vermeiden, ist es wichtig, die beiden Halbbilder zu unterscheiden. Hierzu dienen die sogenannten Vor- und Nachtrabanten (Pre- & Pro-Equalizing Pulses), die quasi dieselben Anfangsbedingungen für die Integration der Halbbilder schaffen. Dazu wird vor der Bildumschaltung am Ende des ersten Halbbildes nur eine halbe Zeile geschrieben, während das zweite Halbbild mit einer kompletten Zeile endet. Der Strahlrücksprung wird durch einen Kondensator der RC-Kombination ausgelöst, der bei jedem Synchronimpuls geladen wird. Jedoch benötigt er für den Strahlrücksprung eine besonders hohe Kondensatorspannung, die nur erreicht werden kann, wenn ein möglichst langer Impuls vorliegt. Deshalb beträgt die Impulsdauer bei einem Bildwechsel im 625-Zeilensystem genau 2,5 Zeilen (beim 525-Zeilensystem: drei Zeilen).

So erklärt sich im Übrigen auch die Zählweise der Bildzeilen in der Fernsehtechnik. Üblicherweise werden die aufeinanderfolgend übertragenen Zeilen durchlaufend nummeriert. Dabei beginnt das erste Halbbild mit der Vorderflanke des Vertikal-Synchronimpulses. Im 625-Zeilensystem weist dieses erste Halbbild somit 312,5 Zeilen auf. Allerdings fallen die ersten 22,5 Zeilen in die Vertikal-Austastlücke. Entsprechend beginnt das aktiv genutzte Bild erst mit der halben Zeile 23 und endet mit Zeile 310.

 

Vertikal-Synchronsignal

Die Vortrabanten für dieses erste Halbbild werden bereits in den letzten 2,5 Zeilen des vorherigen Bildes übertragen. Ebenso wie beim zweiten Halbbild. Deshalb beginnt das zweite Halbbild erst in der Mitte der 313sten Zeile mit der nächsten Austastlücke. Das aktive Bild startet somit ab Zeile 336 (vgl. Abbildung). Zur Komplettierung des BAS-Signals wird das Synchronsignal (S) in einer Signalmischstufe pegelgerecht dem BA-Signal zugesetzt. Entsprechend ergibt sich aus der Differenz der Zeilenzahl der beiden Halbbilder (625) sowie Austastlücke und den Vor- und Nachtrabanten (2 x 22,5 + 2 x 2,5 = 50) eine effektive Anzahl von 575 aktiven beziehungsweise sichtbaren Bildzeilen. Bei Röhrenmonitoren wurden die Bildränder üblicherweise horizontal und vertikal überschrieben, um schwarze Bildränder zu vermeiden (Overscan). Bei Studiomonitoren sind die 575 aktiven Bildzeilen jedoch in voller Breite sichtbar (Underscan). Auch Flachbildschirme zeigen das volle Bild. Hier werden die Bildränder nur noch minimal überschrieben (ca. 7 Prozent), damit alle bildwichtigen Elemente genügend Abstand zum Bildrand haben.

 

Das Chrominanz-Signal (Farbsignalcodierung)

Bei der Entwicklung der Farbfernsehgeräte bestand die Herausforderung darin, im Bereich der Standard-Definition-Auflösung dem BAS-Signal weitere Farbdifferenzsignale zuzufügen, ohne dass die Übertragungsbandbreite des BAS-Signals erhöht wird. Eine weitere Forderung war, dass ein Schwarz-Weiß-Empfänger ein übertragenes Farbbildsignal auch als fehlerfreies Schwarz-Weiß-Bild empfangen und wiedergeben kann (Kompatibilität). Andererseits sollte umgekehrt sichergestellt werden, dass auch ein Farbfernsehempfänger ein monochromes Videosignal als einwandfreies Schwarz-Weiß-Bild darstellen kann (Rekompatibilität).

 

Darstellung einer farbigen Bildvorlage

 

Für die zusätzlichen Farbinformationen muss nunmehr bei der Wiedergabe der farbigen Bildvorlage zum Luminanz-Signal (Leuchtdichte-Signal) ein sogenanntes Chrominanz-Signal (Farbart-Signal) übertragen werden. Neben der Helligkeits- beziehungsweise Leuchtdichteverteilung soll also die Übermittlung von Informationen über die Farbart der einzelnen Bildpunkte innerhalb des verfügbaren Frequenzbandes des BAS-Signals an den Empfänger erfolgen. Dieses Farbartsignal beinhaltet Informationen sowohl über den Farbton als auch die Farbsättigung (vgl. Abbildung).

 

Schema kompatible Farbbildübertragung

Die relativen Helligkeitsbeiwerte werden auf Basis einer Normierung aus den entsprechenden Werten der Augenempfindlichkeitskurve ermittelt und wie folgt berechnet:

Berechnung der Helligkeitsbeiwerte

 

Auf eine fundierte mathematische Herleitung soll im Rahmen dieses Praxishandbuches verzichtet werden. Grundsätzlich ist jedoch festzustellen, dass für das Luminanz-Signal (Y) die folgende Gleichung gilt, die eine der wichtigsten Beziehungen der Farbfernsehtechnik darstellt:

Y = 0,30 · R + 0,59 · G + 0,11 · B.

In der folgend abgebildeten Tabelle werden die Signale dargestellt, die sich für eine sogenannte Normfarbbalkenfolge ergeben. Eine solche Bildvorlage mit acht Farbbalken besteht aus den drei Primärfarben und den dazugehörigen Komplementärfarben sowie den Unbunt-Stufen Weiß und Schwarz. Dabei steigen die Frequenzen von Gelb zu Blau - ähnlich wie die Wellenlängen im Farbspektrum.

 

Bildvorlage

R

G

B

Y

Weiß

x

x

x

1,00

Gelb (R + G)

x

x

0

0,89

Cyan (G + B)

0

x

x

0,70

Grün

0

x

0

0,59

Purpur (R + B)

x

0

x

0,41

Rot

x

0

0

0,30

Blau

0

0

x

0,11

Schwarz

0

0

0

0

Rot = 0,30 Grün = 0,59 Blau = 0,11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Signale der Normfarbbalkenfolge

 

Voraussetzung für die Farbbildwiedergabe ist die Gewinnung der jeweiligen Farbinformationen aus der bunten Bildvorlage. Dazu werden zunächst die Farbdifferenzsignale zu einem Chrominanz-Signal zusammengefasst. Hierbei handelt es sich um Farbwertsignale, die aus den Primärfarben Rot (R), Grün (G) und Blau (B) sowie aus dem Luminanz-Signal (Y) gebildet werden. Diese werden auch Farbdifferenzkomponenten (R-Y, G-Y, B-Y) genannt. Da es zu umständlich wäre, das Signal für die Farbe direkt aus den Farbwertsignalen zu gewinnen, wird es aus den um den Leuchtdichteanteil reduzierten Farbwertsignalen ermittelt, was gleichbedeutet mit den Farbdifferenzsignalen (R-Y, G-Y, B-Y) ist.

Zur Bildung des Farbartsignals, das die nötigen Informationen über den Farbton und die Farbsättigung enthält, genügen bereits zwei Farbdifferenzsignale R-Y (Rot) und B-Y (Blau), die durch Quadraturmodulation eines 4,43-MHz-Trägers zusammengefasst werden. Das Grün-Signal (G-Y) wird nicht übertragen, sondern auf der Empfängerseite rechnerisch durch eine Matrix rekonstruiert (PAL-System). Die beiden übertragenen Farbdifferenzsignale enthalten jeweils nur eine Information über die Farbart, während bei unbunten Bildvorlagen der Wert 0 erreicht wird.

Insofern gibt die Amplitude der Farbdifferenzsignale die jeweilige Abweichung der Farbart vom Unbunt-Wert an. Sie ist somit das Maß für die Farbsättigung. Hingegen wird der Farbton durch das Verhältnis der Amplituden sowie das entsprechende Vorzeichen der Farbdifferenzsignale bestimmt. Hierbei ist eine Übermodulation bis zum Wert 133 Prozent beziehungsweise -33 Prozent zulässig, die besonders im Zusammenhang mit der Darstellung der Farben Gelb und Cyan Anwendung findet, da ihre jeweiligen Chrominanz-Amplituden zu den höchsten Luminanz-Pegeln addiert werden (vgl. folgende Abbildung).

Im Rahmen der Amplituden-Modulation (AM), das heißt im Modulationsverfahren, bei dem das Informationssignal auf die Amplitude einer Trägerfrequenz moduliert wird, gilt für 100 % Gelb:

(Luminanz-Signal) Y = 0,3 R + 0,59 G = 0,89

(Farbdifferenzsignale) R - Y = 1 - 0,89 = 0,11 sowie B - Y = - 0,89

und für 100 % Cyan:

(Luminanz-Signal) Y = 0,59 G + 0,11 B = 0,70

(Farbdifferenzsignale) R - Y = - 0,70 = sowie B - Y = 1 - 0,70 = 0,30.

Diese Übermodulation der Farben Gelb und Cyan wird in der Praxis häufig durch eine Verminderung des Farbpegels kompensiert. Bei der Signalprüfung wird deshalb anstelle eines 100/100-Farbbalkens ein 100/75-Farbbalken verwendet, bei dem alle RGB-Farbsignale maximal 75 Prozent Pegel aufweisen und damit unterhalb der Maximalwerte (im FBAS-Signal) liegen. Das unbunte Weiß bildet hier eine Ausnahme, da dieses Signal dem höchsten Helligkeitswert entspricht (Weißwert = 100 Prozent). Da Schwarz einen Signalpegel von knapp 0 Prozent erreicht, spielt der Schwarzwert im Kontext der Modulation ebenfalls keine Rolle.

Im Kapitel über die Wahrnehmung wurde bereits beschrieben, dass das menschliche Auge für farbige Bilddetails über ein weitaus geringeres Auflösungsvermögen verfügt, als dies bei Helligkeitsänderungen der Fall ist. Deshalb genügt es, die Bandbreite für das Farbart- beziehungsweise Chrominanz-Signal auf einen Wert von 1,5 MHz zu begrenzen, während das Luminanz-Signal bei der vollen Bandbreite von 5 MHz übertragen wird.

 

Farbwertsignale, Leuchtdichtesignale, Farbdifferenzsignale bei der Normfarbbalken-Bildvorlage

 

Für die Einhaltung der zu Beginn dieses Kapitels beschriebenen Übertragungsbandbreite werden darüber hinaus die Lücken im Spektrum des BAS-Signals genutzt, da die Zeilenstruktur des Luminanz-Signals (Y) in etwa dem des Chrominanz-Signals (C) entspricht und damit beide Signale über ähnliche Lücken im Amplitudenspektrum verfügen. Dadurch können die Spektren der Y- und C-Signale gerade ineinander „verkämmt“ werden (vgl. folgende Abbildung).

 

Spektrale Verkämmung von Y- und C-Signalen

 

FBAS-Signal

Die Zusammenfassung der Farbdifferenzsignale mit dem BAS-Signal wird Farb-Bild-Austast-Synchronsignal (FBAS-Signal) oder auch Farb-BAS-Signal beziehungsweise CVBS (Color Video Blanking Sync) genannt. Beim umgangssprachlich oft als „Fernsehsignal“ bezeichneten FBAS-Signal werden also die Y- und C-Amplitudenwerte zu einem Y-Signal addiert beziehungsweise überlagert. Damit wird unter anderem die zuvor erwähnte Forderung nach Kompatibilität erreicht, die das Schwarz-Weiß-Sehen auf einem Farbfernsehgerät ermöglicht. Das FBAS-Signal ist das Standardvideosignal (Composite-Signal) und benötigt lediglich eine Leitung.

Weitere Farbvideosignale

Es gibt allerdings verschiedene Möglichkeiten, das Farbvideosignal zu übertragen. Bei einem analogen Komponentensignal, das aus drei getrennten Informationen (Luminanz-Signal und zwei Farbdifferenz-Signalen) besteht und mithilfe von drei gleichlangen Videokabeln übertragen wird, ist die Bandbreite – vor allem im Vergleich zum FBAS-Signal - außerordentlich hoch. Wichtig zu wissen ist in diesem Zusammenhang, dass man ein Komponentensignal zwar zu einem FBAS-Signal qualitätsreduzierend codieren kann, allerdings der umgekehrte Weg nicht möglich ist. Die einmal reduzierte Frequenzbandbreite ist nicht wiederherstellbar und kann auch als solche nicht erkannt werden. Denn leider ist einem vermeintlichen Komponentensignal der eigentliche Ursprung aus einem FBAS-Signal nicht anzusehen (PAL Footprint). Insofern sollte auf eine solche Codierung nach Möglichkeit verzichtet werden.

Bei dem RGB-Signal-Verfahren hingegen, das auf die drei Grundfarben (Rot, Grün, Blau) zurückzuführen ist, werden allein für die Farbinformationen drei Übertragungskanäle beansprucht. Für das Synchronisationssignal wird in der Regel noch eine vierte Signalleitung benötigt, was insgesamt ein hohes Maß an Bandbreite (drei Mal so viel) und Leitungsvolumen nach sich zieht. Insofern kann dieses Verfahren nur für kurze Übertragungsstrecken verwendet werden, jedoch gewährleistet die RGB-Übertragung grundsätzlich eine sehr gute Bildqualität. Die Übertragung vom Computer zum Farbmonitor ist wohl die gängigste Anwendung in der Praxis.

Werden die Y- und C-Signale auf separaten Leitungen übertragen, spricht man auch von einem sogenannten Y/C-Signal, das insbesondere bei hochwertigen analogen Heimsystemen und semiprofessionellen Geräten (S-VHS, Hi8, Computerschnittsysteme) Anwendung findet oder fand. Im Zusammenhang mit diesem Y/C-Signal wird diese Form der Signalübertragung auch als S-Video bezeichnet, die die Farbauflösung und damit seinerzeit die Bildqualität erheblich verbesserte.

Farbsignalhierarchie

Zusammenfassend stellt die folgende Übersicht (Abbildung 96) die verschiedenen Farbsignalcodierungen in ihrer qualitativen Hierarchie dar. Wie bereits ausgeführt, bietet das RGB-System die höchste Farbsignalqualität, nicht zuletzt weil alle drei Signale getrennt und mit hohen Spannungswerten übertragen werden (3 x 0,7 V). Beim Komponentensignal ist die Bandbreite etwas geringer (zirka 2 MHz), allerdings ist visuell kaum ein Unterschied zum RGB-System zu erkennen. Bei allen weiteren Varianten werden die Komponenten zusammengefasst, das heißt, die Farbdifferenzsignale werden moduliert und dabei die Bandbreite auf etwa 1,3 MHz reduziert, was weitere Qualitätseinbußen nach sich zieht. Aufgrund der anschließenden Demodulation (Decodierung), die insbesondere bei PAL und NTSC die weiter unten beschriebenen Cross-Color- und Cross-Luminanz-Störungen mit sich bringen, muss mit weiteren Qualitätsverlusten gerechnet werden.

 

Farbsignalhierarchie

 

Farbfernsehsysteme

Unmittelbar nach der Erfindung des Fernsehens wurde bereits an der Entwicklung des Farbfernsehens gearbeitet. Schon im Jahre 1938 ließ sich Werner Flechsig sein Prinzip der Bilderzeugung in einer Farbbildröhre patentieren. Zwei Jahre später erfand der Mexikaner Guillermo González Camarena das System zur Farbbildübermittlung. Das amerikanische Fernsehnetzwerk CBS übertrug im Jahre 1943 farbige Fernsehbilder mit nur 405 Zeilen und 144 Bildern pro Sekunde, wobei diese nicht kompatibel waren mit dem seinerzeit bereits eingeführten Schwarz-Weiß-System mit 525 Bildzeilen. Eine gewisse Qualität sollte sich erst im Oktober 1953 einstellen, als in den USA regelmäßig Farbfernsehen übertragen wurde, das nun auch mit herkömmlichen Schwarz-Weiß-Fernsehgeräten wiedergegeben werden konnte.

In Deutschland erfolgte der Startschuss für das serienmäßige Farbfernsehen erst im Jahre 1967 auf der 25. Funk-Ausstellung in West-Berlin, und zwar am 25. August 1967, um 10:57 Uhr, durch Vizekanzler Willy Brandt. Um 14.30 Uhr übertrugen ARD und ZDF in einem Gemeinschaftsprogramm den französischen Spielfilm „Cartouche, der Bandit“, der die Aufgabe einer Testsendung übernahm. Das Versandhaus Neckermann vertrieb für stolze 1840 DM das preiswerteste deutsche Fernsehgerät aus dem Hause Körting Radio Werke GmbH. Grundsätzlich lag der Preis der anderen Händler zwischen 2000 und 2400 DM, was relativ teuer war. Denn das Automodell VW 1200 von Volkswagen, das auch als „Sparkäfer“ bekannt wurde, kostete damals vergleichsweise 4525 DM.

In der DDR wurde das Farbfernsehen am 3. Oktober 1969 eingeführt – in Verbindung mit der Einweihung des Berliner Fernsehturms. Wie in den überwiegenden Teilen Osteuropas wurde auch in der DDR das SECAM-System verwendet. Insofern war es ein Problem, das farbige DDR-Fernsehen auf westdeutschen Geräten zu empfangen. Allerdings wurden hierzu sehr bald PAL-SECAM-Decoder angeboten, damit auch die „DDR-Farbe“ empfangen werden konnte.

NTSC-Verfahren

Zu Beginn der 1950er Jahre wurde in den USA die bis dahin bestehende Fernsehnorm auf das Farbfernsehen übernommen und als erstes Farbfernsehsystem standardisiert. Mit dem NTSC-Verfahren (National Television Systems Committee) konnte nunmehr Farbfernsehen empfangen werden. Unter heutigen Maßstäben kaum noch vorstellbar, musste diese Farbe seinerzeit allerdings von Hand eingestellt werden, und zwar mehrfach während einer Sendung. Da es ebenfalls noch keine Fernbedienung gab, mussten die Zuschauer an den Geräten immer wieder aufstehen, was den NTSC-Empfängern auch die scherzhafte Bezeichnung „slimming machines“ (Abmagerungsgeräte) einbrachte. Für das Akronym NTSC wurde vor diesem Hintergrund auch bald ein weiterer Name in der Umgangssprache gefunden: „Never The Same Color“ (niemals dieselbe Farbe).

NTSC beziehungsweise die FCC-M-Norm ist in den USA bis heute gültig. Mit einer Videobandbreite von 4,2 MHz und einem Bild-Tonträger-Abstand von 4,5 MHz basiert diese Norm auf dem Zeilensprungverfahren, bei dem 60 (eigentlich nur 59,94) Halbbilder pro Sekunde und 525 Zeilen pro Vollbild übertragen werden.

Da die Videobandbreite oder auch maximale Frequenz 4,2 MHz beträgt, wurde für die Farbhilfsträger-Frequenz ein optimaler Wert von 3,6 MHz festgelegt. Die Bildwechselfrequenz wurde gegenüber dem Schwarz-Weiß-Fernsehen von 30 Hz auf 29,97 Hz reduziert. Grund dafür waren Kompatibilitätsgründe und die Vermeidung beziehungsweise Minimierung von Interferenzen zwischen den Ton- und Farbhilfsträger-Frequenzen (Abstand: 4,5 MHz). Denn die Tonträger-Frequenz sollte genau das 286-fache der Zeilenfrequenz betragen.

Würde man 30 Voll-/60 Halbbilder zugrunde legen (525 ∙ 30 = 15.750), würde die Gleichung mathematisch nicht aufgehen. Deshalb gilt:

4,5MHz : 286 = 15.734,265Hz = 525 ∙ 29,97Hz = 15.750Hz ∙ 1000 : 1001.

Auch weitere Systeme wurden dahingehend durch den Faktor 1000/1001 angepasst und somit die Bildwechselfrequenzen kompatibel gemacht. In der Kino-Filmtechnik (üblich: 24 Vollbilder pro Sekunde) wurde nach demselben Prinzip die Bildwechselfrequenz wie folgt reduziert:

24 ∙ 1000 : 1001 fps = 23,976 fps.

Über einen Halbzeilenoffset wird die Farbhilfsträger-Frequenz als ein halbzahliges Vielfaches der Horizontalfrequenz generiert und somit das Chrominanz-Signal gebildet. Hierzu dient die sogenannte Quadraturamplitudenmodulation (QAM), eine Kombination der Amplitudenmodulation und Phasenmodulation. Als Farbdifferenzsignale werden hier nicht U und V, sondern die Komponenten I (Inphase) und Q (Quadratur) verwendet (vgl. Abbildung).

 

NTSC-Encoder und Eintastung des Burst

 

PAL-Verfahren

Gemeinsam mit dem SECAM-Verfahren wurde auch das in Westeuropa überwiegend verwendete PAL eingeführt. Zwar erst über zehn Jahre später (Mitte der 1960er Jahre), verfügte dieses System, das damals ausschließlich terrestrisch (also mithilfe einer Antenne) übertragen wurde, jedoch über eine deutlich bessere Farbtondarstellung. Abgesehen davon musste die Farbe nicht per Hand justiert werden.

Ein Grund für die bessere Farbqualität war die Erfindung des Fernsehpioniers Walter Brauch, der seinerzeit das PAL-System entwickelte. Anders als beim NTSC addiert PAL zu einer Farbtonabweichung deren negative Kopie. Somit kompensiert das System auftretende Farbfehler. Durch diese Drehung beziehungsweise Spiegelung der Farbinformation um 180 Grad bei der Übertragung erhielt das System auch seinen Namen: Phase Alternating Line (deutsch: Wechseln der Phasenlage). Jedoch gab es umgangssprachlich auch hier interessante Kreationen. Eine davon war „Pay Additional Luxury“, was so viel bedeutet wie „bezahle für zusätzlichen Luxus“. Damit wurde auf die teure Technik zur Durchführung der elektrischen Addition abgezielt, da die entsprechende Schaltkomponente beziehungsweise piezoelektrische Ultraschall-Verzögerungsleitung aus nicht ganz preiswertem Quarzglas bestand.

 

Kompensation eines Phasenfehlers beim PAL-Verfahren

Technisch gesehen unterscheiden sich die Verfahren zur Farbfernsehübertragung (NTSC, PAL, SECAM) lediglich hinsichtlich der Modulation des Farbträgers. Allerdings weist das PAL-Verfahren gegenüber NTSC eine wesentlich geringere Störanfälligkeit sowohl im Bereich der statischen als auch differentiellen Phasenfehler auf.

Bei PAL wird eine Verzögerung des Farbartsignals um die Dauer einer Zeile (64 μs) vorgenommen, die sogenannte PAL-Umschaltung. Anschließend werden das verzögerte und das unverzögerte Signal addiert, sodass jeweils zwei entgegengesetzt gerichtete Phasenfehler zeitlich zusammenfallen, die sich folgerichtig gegeneinander aufheben. Nach Reduzierung auf den halben Amplitudenwert resultiert daraus ein sogenanntes „Signal Fres“, dessen Phasenwinkel mit dem des gesendeten Farbartsignals identisch ist. Damit bleibt der ursprüngliche Farbton grundsätzlich erhalten, weist aber eine geringere Entsättigung auf. Deshalb kann es zu Verfälschungen des Farbübergangs kommen, da hier davon ausgegangen wird, dass sich die Farbart in zwei aufeinanderfolgend übertragenen Zeilen nicht verändert. Jedoch nimmt das menschliche Auge bei horizontal verlaufenden Farbkanten verfälschte Farbübergange nicht wahr.

SECAM

Allein aus der französischen Abkürzungen Séquentiel Couleur à Mémoire (SECAM) könnte man schließen, dass dieses Verfahren in Frankreich entwickelt wurde, obwohl dort ursprünglich PAL zur Anwendung kam. SECAM wurde insbesondere im sogenannten Ostblock (außer Rumänien) sowie in Griechenland und – jedenfalls anfänglich – im französischsprachigen Teil Belgiens verwendet.

Auch das SECAM-Verfahren geht wie PAL von der Annahme aus, dass das menschliche Auge eine verringerte Farbauflösung nicht wahrnimmt oder zumindest nicht als störend empfindet. Da sich auch hier die Farbinformation nicht wesentlich von Zeile zu Zeile ändern, müssen die Farbdifferenzsignale (B − Y) und (R − Y) auch nicht gleichzeitig, sondern vielmehr aufeinanderfolgend (pro Zeile) übertragen werden. Das Signal einer Zeile wird somit im Empfänger für die Dauer einer Zeile (64 μs) gespeichert und anschließend gemeinsam mit dem Signal der folgenden Zeile verarbeitet. In diesem Zusammenhang spricht man von einer sogenannten Verzögerungsleitung. Vor dem Hintergrund dieser sequenziellen (fortlaufenden) Methode wurde auch die Bezeichnung SECAM abgeleitet, die so viel wie „fortlaufendes Verfahren mit Speicher“ bedeutet.

Aufgrund der getrennten Übertragung der Farbdifferenzsignale ist es möglich, die Modulationsart frei zu wählen. SECAM arbeitet mit der Frequenzmodulation, was dieses Verfahren weniger störanfällig macht. Dies begründet sich unter anderem in der Tatsache, dass nicht über die Phasenlage des Farbsignals die Farbinformationen übertragen werden, sondern über die Frequenz des Farbsignals, die wesentlich weniger von den Ausbreitungsbedingungen beeinflusst wird. Deshalb muss auch keine Farbkorrektur vorgenommen werden.

Jedoch weist das SECAM-Verfahren einige systembedingte Schwächen auf, die bei PAL so nicht gegeben sind. Ein Grund dafür ist, dass die genannte Frequenzmodulation an physikalische Grenzen trifft. So muss beispielsweise die Bezugsfrequenz des Demodulators äußerst konstant gehalten werden, damit es zu keiner Verfälschung der demodulierten Farbdifferenzsignale kommt. Dies ist mit einem höheren Aufwand verbunden. Denn der Farbträger wird im SECAM-Verfahren nicht unterdrückt, was bedeutet, dass vor allem wenig gesättigte Farben in einem Schwarzweiß-Empfänger (trotz Farbträgeroffset) ein Störmuster (Rauschstörungen) hervorrufen. Um solche Störungen zu verhindern, erfolgt sendeseitig eine Absenkung des Farbträgers (Preemphase) und im Empfänger eine anschließende Anhebung (Deemphase). Gerade in diesem Zusammenhang wurde das SECAM-Verfahren weiterentwickelt. Die Verminderung von Störmustern des Farbträgers wurde insbesondere in der letzten Variante (SECAM III b bzw. SECAM III opt.) berücksichtigt, indem die Farbträgerfrequenzen für die Farbdifferenzsignale (B-Y) und (R-Y) geringfügig verändert wurden.

Parallel entstand das SECAM IV, das auf Entwicklungen des russischen Forschungsinstitutes NIIT basiert. Dieses spezielle SECAM-Verfahren wird als NIR bezeichnet, wobei hier nur die lineare NIR-Variante der beiden russischen Standards gemeint ist. Grundsätzlich setzte sich aber auch in Osteuropa die SECAM-III-Version durch, vor allem weil das Prinzip von SECAM IV/Linear NIR im Gegensatz zu allen anderen Systemen (NTSC, PAL und SECAM III) Mängel aufweist. Diese hängen grundsätzlich mit der Modulation des Farbartsignals zusammen, was zu einer unerwünschten Gesamt- oder aber Musterfärbung sowie zu einer Farb-Entsättigung führt (Chroma-Rauschen), die besonders bei Hauttönen (Gesichtsfarben) erkennbar ist.

Die Begriffe PAL und NTSC im Digitalfernsehen

Im heute fast vollständig verbreiteten digitalen Fernsehen gibt es die Entsprechungen zu PAL, SECAM und NTSC im eigentlichen Sinne nicht mehr, da das Helligkeitssignal und zwei Farbdifferenzsignale nicht mehr zusammengefasst, sondern getrennt übertragen werden (z.B. YCbCr-Format). Obwohl es also keinen Bezug mehr zu den analogen Farbkodierungen gibt, wird der Begriff PAL nach wie vor im Zusammenhang mit 576i/50-Signalen (NTSC für 480i/60-Signale) verwendet.

Modulation und Synchronisation

Ähnlich wie bei der Synchronisation des BAS-Signals muss es beim Farbvideosignal (FBAS) gelingen, im Fernsehempfänger die für die Übertragung zusammengefassten Farbdifferenzsignale beziehungsweise die addierten Y- und C-Amplitudenwerte wieder getrennt zu gewinnen. Wie bereits erwähnt, wird sowohl beim NTSC- als auch beim PAL-Verfahren hierzu eine sogenannte Doppel-Amplitudenmodulation oder auch Quadraturamplitudenmodulation (QAM) verwendet. Dabei handelt es sich um eine kombinierte Amplituden- und Phasenmodulation.

 

Quadraturmodulation

Bei gleichzeitiger Trägerunterdrückung wird vom Farbträger eine 0°-Komponente durch das (B-Y)-Signal und eine 90°-Komponente durch das (R-Y)-Signal amplitudenmoduliert. Einfacher ausgedrückt: Das Farbartsignal wird für die Übertragung kodiert und im Empfänger wieder dekodiert (vgl. Abbildung).

Das Produkt einer solchen Quadraturmodulation ist eine modulierte Farbträgerschwingung, die auch als Farbartsignal bezeichnet wird. Für dessen Demodulation wird eine phasenrichtige unmodulierte Trägerschwingung benötigt. Die eigentliche Trägerschwingung wird nicht übertragen und muss am Empfangsort als Referenzträger erzeugt werden. Insofern spricht man auch von einer Synchron-Demodulation, da nur die in Phase zur Referenzträgerschwingung liegende Komponente des Farbartsignals bewertet wird.

 

Farbsynchronsignal (Burst)

 

Für diese Synchronisierung mit dem sendeseitigen Farbträger wird in jeder übertragenen Bildzeile innerhalb der horizontalen Austastlücke ein Bezugssignal gesendet. Das sogenannte Farbsynchronsignal (auch Burst-Signal) besteht aus etwa zehn Schwingungszügen des sendeseitigen Farbträgers. Deren Übertragung erfolgt im Zeitfenster der hinteren Schwarzschulter (vgl. Abbildung).

Multiburst

Die Erzeugung solcher Burst- oder Farbsynchron-Signale erfolgt in der Messtechnik beispielsweise durch spezielle Testgeneratoren, wobei das übertragene Signal selbst mit einem Oszilloskop betrachtet wird. Im Bereich der Messtechnik besteht so die Möglichkeit einer simplen Abschätzung der Bandbreite eines Übertragungskanals. Neben dem einfachen Farbsynchron-Signal gibt es auch eine Abfolge von Burst-Signalen unterschiedlicher Frequenz. Ähnlich wie die sogenannten Frequenzbesen dient das sogenannte Multi-Burst-Signal der Bandbreitenbestimmung und ist zumeist Bestandteil von Fernsehtestbildern. Die folgende Abbildung zeigt das typische Bild eines Oszilloskops von der weiter unten beschriebenen Multiburst-Testzone.

 

Oszilloskop-Bild eines Multiburst

 

Das Multiburst-Verfahren ist eine simple Methode zur Beurteilung einer darstellbaren Feinauflösung, die etwaige Skalierungsartefakte des Displays aufdecken kann. Dabei werden im Testbild konturscharf getrennte, senkrecht verlaufende Streifen angezeigt, die sich in immer kleiner werdenden Abständen von links nach rechts zwischen maximalem Schwarz und 100-prozentigem Weiß abwechseln.

Auch hier helfen sogenannte Referenz Multiburst-Testbilder entwickelt von Klaus Burosch (vgl. folgende Abbildungen) zur optimalen Messung der maximal darstellbaren Feinauflösung und damit Bandbreite des Displays in horizontaler Richtung. Diese Referenz Testbilder sind die visuelle Grundlage für die gesamte Bildanalyse. Dabei handelt es sich um hart kontrastierte Streifenmuster von 4, 3, 2 und 1 Pixel Größe, die bei tadellosem Display alle Streifenmuster klar kontrastiert, scharf und ohne Störungen beziehungsweise Grauwerte anzeigen. Sind hingegen Fremdmuster oder Unschärfen auf dem Testbild erkennbar, lassen sich also an einer oder mehreren Stellen die weißen und schwarzen Streifen nicht eindeutig unterscheiden und werden vielmehr als überlagertes Wellenmuster (Interferenz, Moiré-Effekt) oder als graue Flächen angezeigt, dann kann es sich um folgende Fehler handeln:

  • nicht korrekte Auflösung des Displays,

  • schlechte Skalierung des Bildinhaltes,

  • mangelhaft abgeschirmte oder zu lange Verbindungsleitungen,

  • nicht exakte Interpolation/ungenaue Berechnung des Overscans.

 

Multiburst im Testbild

 

In der professionellen Analyse der Firma BUROSCH wurde das folgende Multiburst-Streifenmuster (Auszug aus einem Testbild) mit „mangelhaft“ (ITU-R_BT500-11) bewertet. Das entsprechende Fernsehbild war hier grobkörnig und unscharf (verrauscht).

 

Detailansicht des Multiburst-Streifenmusters/hier: „mangelhaft“

Cross-Color-/Cross-Luminance (Signalübersprechen)

Für die Verzahnung der Luminanz- und Chrominanz-Signale bedient man sich der Gleichartigkeit ihrer Lücken in den Spektren. Deshalb ist es hier ausreichend, für die Farbhilfsträger-Frequenz senderseitig ein ungeradzahliges Vielfaches der Zeilenfrequenz zu wählen, welches auch als Halbzeilenoffset oder Farbträgerverkopplung bezeichnet wird. Wie bereits erwähnt, müssen allerdings auf der Empfängerseite die zusammengefassten Signale wieder zerlegt - also zurückgewonnen - werden. Die Schwierigkeit besteht nun darin, dass die Y- und C-Spektren bei der Rückgewinnung nicht vollständig separiert werden können. Die Konsequenz ist, dass es zu Überlagerungen beziehungsweise sogenannten Signalübersprechstörungen kommt, die selbst mit qualitativ hochwertigen Filtern nicht verhindert werden können.

 

 Farbartsignal beim PAL-Plus-Verfahren

Das „Übersprechen“ in den Y-Kanal ist auch bekannt als Cross-Luminanz-Effekt, bei dem Farbsignale als Helligkeitssignale interpretiert werden. Um diese Störungen zwischen den Kanälen gering zu halten, muss die Farbträgerfrequenz möglichst hoch sein, damit sich während des Übersprechens im Y-Kanal lediglich eine feine periodische Musterung (Perlschnurmuster) ergibt. Hohe Ortsfrequenzen sind für das menschliche Auge weniger wahrnehmbar als tiefe Trägerfrequenzen. Insofern wirkt das resultierende feine Schachbrettmuster weitaus weniger störend, zumal es durch Kerbfilter nicht flächig, sondern nur an Farbkanten auftritt: die Cross-Luminanz (vgl. Abbildung).

 

Cross-Luminanz-Effekt 

 

Auch im C-Kanal kommt es zu Übersprechstörungen, die Cross-Color-Effekt genannt werden. Durch die Überlagerung entstehen feine Strukturen im Helligkeitssignal, die wiederum als Farbveränderungen interpretiert werden. Dieser Effekt äußert sich insbesondere in unbunten Streifenmustern (beispielsweise bei Nadelstreifenanzügen, Pullovern oder Tapeten mit Querstreifen oder Karos), die von einem Farbschleier umgeben sind und sich bei Bewegung ständig ändern. Diese Bildstörungen sind mit dem Moiré-Effekt vergleichbar.

Um diese beiden Störeffekte zu reduzieren, wurden zu Beginn der Fernsehtechnik für die Trennung des Farb- und Helligkeitssignals auf der Wiedergabeseite Hoch- sowie Tiefpassfilter verwendet. Hier wurde die Bandbreite des Helligkeitssignals einfach abgeschnitten. Im Laufe der technischen Entwicklung ging man allerdings dazu über, spezielle Kammfilter für die Auftrennung der Farbartsignalkomponenten zu nutzen. In herkömmlichen Farbfernsehgeräten (PAL) wird diese Funktion der Kammfilter von einem Laufzeitdecoder übernommen.

 

PAL-Decoder mit Referenzträgergewinnung

Color-Plus-Verfahren/Intra Frame Averaging

Eine Verminderung der Cross-Störeffekte ist durch das sogenannte Color-Plus-Verfahren möglich, das darauf beruht, die störenden Signalkomponenten über zwei aufeinanderfolgende Halbbilder zu kompensieren. Dies führt zu einer Phasenverschiebung der Farbträger und damit auch des Farbartsignals nach einem Halbbild (312 Zeilen) auf 180°, die sich aus der Periodendauer der Farbträgerschwingung ergibt. Für die um 312 Zeilen auseinander liegenden Signale wird mithilfe der Addition (Y-Signal) oder Subtraktion (C-Signal) ein Mittelwert berechnet, wobei das zuerst anliegende Signal gespeichert wird. Die Farbe wird also auch bei der Vertikalauflösung für das zweite Bild übernommen und somit die Cross-Störungen weitgehend kompensiert (vgl. Ausführungen im Kapitel „SECAM“).

Eine bewegungsadaptive Variante des Color-Plus-Verfahrens, das auf Kamera- und Film-Modi angepasst wurde und besonders für Bewegtbilder geeignet ist, bietet das Motion-Adaptive-Colour-Plus-Verfahren (MACP). Hier werden eine stufenweise (beim Y-Signal) sowie eine kontinuierliche/nichtlineare Umschaltung (beim C-Signal) vorgenommen, die sowohl die Übertragung als auch das Weglassen der gemittelten Y- und C-Signale beinhaltet. Die so gemittelten Farbsignale werden einem Bewegungsdetektor zugeführt, der die jeweiligen Steuersignale liefert, um einen pixelweisen Vergleich der Bewegung im Bild beziehungsweise eine Überblendung im Luminanz- und Chrominanz-Kanal durchzuführen.

 

Analoge Übertragungsverfahren

Der analoge Fernsehempfang ist aus der öffentlichen Wahrnehmung fast vollständig verschwunden. Über Satellit und Antenne werden schon längst vollständig digitale Fernsehsender gesendet und größtenteils empfangen. Deutschland schaltete die analoge Fernsehübertragung via Antenne bereits im Jahre 2009 ab, die analoge Satellitenübertragung endete 2012.

Somit gibt es das analoge Fernsehen im Jahre 2016 lediglich noch teilweise über Kabel. Kabelnetzbetreiber versprechen eine Abschaltung in 2017. Der Verband Deutscher Kabelnetzbetreiber e.V. (ANGA) sieht hier die Voraussetzungen als gegeben, spätestens 2018 die analoge Fernsehverbreitung über die deutschen Kabelnetze generell einzustellen. Was über DSL, DVB-S oder DVB-T heute schon eine Selbstverständlichkeit im Privatkundenbereich ist, wird auch für die rund 17 Millionen Kabelfernsehkunden demnächst Realität: die vollständige TV-Digitalisierung.

Analoge Videoanschlüsse

Sie sind fast schon in Vergessenheit geraten und weitgehend von HDMI & Co. verdrängt: die analogen Videoanschlüsse. Bevor es in diesem Praxishandbuch weiter mit der digitalen und zeitgemäßen Fernsehtechnik geht, soll nun ein letzter Exkurs in die Vergangenheit unternommen werden.

Ende der 1970er Jahre galt der Multifunktionsstecker als ultimativ und bahnbrechend: die Scartbuchse. Wer kennt sie nicht – und vor allem ihre praktischen Nachteile. Wer gerne mal den Fernseher gedreht oder die Steckverbindung gewechselt hat, der weiß um die mechanische Anfälligkeit dieses Steckers. Nicht selten kam es hier zu unschönen Bild- oder Tonverlusten, wenn die Steckverbindung nicht akkurat war beziehungsweise der Stecker sich gelöst hatte.

Allerdings bot der Scart-Anschluss (vgl. Abbildung) in der analogen SD-Ära, als Stereo und DVD gerade das Licht der Welt erblickten, auch wesentliche Vorteile. Zusatzgeräte (z.B. Videorekorder oder DVD-Player) konnten über die Scartverbindung bereits beim Einschalten direkt ein Signal an den Fernseher weitergeben, sodass nicht mehr manuell die Source gesucht werden musste, sondern automatisch auf den belegten Anschluss umgeschaltet wurde. Darüber hinaus lieferte beispielsweise der DVD-Player ein weiteres Umschaltsignal, sobald eine "anamorphe" DVD im NTSC-Format mit der vollen 16:9-Auflösung abgespielt werden sollte.

 

 Schematische Darstellung eines SCART-Anschlusses

 

Was damals das Glück aller Ordnungsliebenden war, die nun nicht mehr zahlreiche Kabel einzeln in die Geräte stecken mussten, wirkt aus heutiger Sicht klobig und kompliziert. Da Scart ausschließlich in Europa verbreitet war, gab es eine weitere schlichtere Variante: die Composite-Video-Verbindung mit ihren Cinchsteckern (vgl. Abbildung). Über eine einzige Videobuchse wurden die Farb- und Helligkeitsanteile des Bildes nicht mehr getrennt übertragen, was zwar praktisch war, aber auch zu einer relativ schlechten Bildqualität führte. Wegen der ohnehin dürftigen Bildqualität der VHS-Recorder seinerzeit machten sich die Cross-Effekte jedoch nicht weiter bemerkbar. Allerdings sollte sich das bereits mit der Einführung der DVD ändern.

 

Video-Composite

 

Um einiges besser war hier die S-Video-Hosidenbuchse (vgl. Abbildung), bei der die Helligkeits- und Farbanteile des Bildes vierpolig und somit getrennt übertragen werden konnten. Deshalb bot diese Anschlussvariante ein weitaus detailreicheres und schärferes Bild. Allerdings wird über die Hosidenleitung lediglich das Bild übertragen, was weitere Kabel sowie separate Cinch-Buchsen erforderlich machte. Eine weitere Schwachstelle waren die in der Regel schlecht abgeschirmten Leitungen, was ebenfalls zu Qualitätsverlusten führte. Allerdings verfügten nur wenige Fernseher seinerzeit über eine solche Anschlussmöglichkeit. Scart war in Europa und Video-Composite in den USA die präferierte Variante.

 

Beispiel für S-Video-Stecker bzw. Hosiden- oder S-VHS-Stecker

 

Der erste analoge Videoanschluss, der neben den im Zeilensprungverfahren erzeugten Halbbildern auch die Vollbilddarstellung (Progressive Scan) übertragen konnte, war die YUV-Komponenten-Verbindung. Wie im Abschnitt über die Signalhierarchie deutlich wurde, gewährleistet das Komponentensignal mit seinen drei separaten Luminanz- und Chrominanz-Signalen eine qualitativ überzeugende analoge Videoverbindung. Diese Variante ist deshalb auch als YUV bekannt (vgl. Abbildung).

 

YUV-Komponenten-Verbindung

 

 

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