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Einführung in die Farbfernsehtechnik

Dieser Beitrag bringt in einfacher Darstellung das Prinzip des Farbfernsehens, der Farbbildröhre und die in diesem Zusammenhang erforderlichen Kenntnisse über Licht und Farben. Er behandelt als Grundlage das NTSC-Verfahren, auf das sich als Verbesserung das PAL-System aufbaut. PAL ist die Farbfernsehnorm für die Bundesrepublik Deutschland und den größten Teil Mitteleuropas.

 

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Abb. 1

Vor der Einführung des Farbfernsehen (FFS) wurde Kompatibilität (Verträglichkeit) mit dem Schwarz-Weiß-Fernsehen (S-W-F) gefordert, d.h. Farbsendungen müssen von dem S-W-Empfänger in schwarz-weiß und S-W-Sendungen von dem Farbempfänger in schwarz-weiß oder "unbunt" wiedergegeben werden können. Beide Systeme gleichen sich deshalb in den grundlegenden Normen. Neu sind die zur Uebertragung der Farbinformation erforderlichen Stufen.

 

grundig monolith mit burosch fubk testbild

 

Damit die Vorgänge im FFS-Empfänger verständlich werden, ist es notwendig, die Bildung des Signals im Sender kennenzulernen. Erinnern wir uns an die S-W-Fernsehübertragung. Die S-W-Kamera nimmt bei schwarz-weißer bzw. farbiger Vorlage (Szene) weißes bzw. farbiges Licht auf und wandelt es, je nach Helligkeit, in elektrische Spannungen um. Diese werden, wie aus der Darstellung zu ersehen ist, nach dem Übertragungsweg der S-W-Bildröhre (S-W-BR) als Steuerspannung zugeleitet.

 

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Eine schwarze Vorlage oder eine unbeleuchtete Szene liefert der Kamera kein Licht, die Spannung bleibt Null und die Bildröhre dunkel (schwarz). Bei einer weißen Vorlage ergibt sich für die Kamer eine maximale Helligkeit, die eine  maximale Kameraspannung erzeugt, die Bildröhre wird hell oder weiß gesteuert. Wie erklären sich die dazwischenliegenden Grauwerte bei der Übertragung einer farbigen Szene (Abb.1)?

Eine S-W-Kamera kann die Farben als solche nicht unterscheiden, sondern registriert nur deren Helligkeit (Leuchtdichte) bei einer gegebenen Beleuchtung. Aus Abb.1 lässt sich folgendes ableiten:

Kameravorlage Schwarz Blau Grün Gelb Weiß

BR-ausgeleuchtet dunkel gering mittel heller hell

Grauwerte Schwarz Dunkelgrau Mittelgrau Hellgrau Weiß

Diese Helligkeitsabstufungen der Farben sieht auch ein Farbenblinder. Der Mensch mit normalem Sehvermögen empfindet seine Umgebung bei genügender Helligkeit farbig oder bunt. Für die Übertragung farbiger Bilder war es notwendig, den technischen Ablauf bei der Aufnahme und Wiedergabe dem verhalten des menschlichen Auges anzupassen.

Licht und Farben

Zum Sehen ist Licht notwendig, das seinen Ursprung in der Sonne hat. Künstliche Beleuchtungskörper (Glühlampen u.ä.) geben nur eine unvollkommene Nachbildung des Sonnenlichts ab. Das Sonnenlicht ist eine elktromagnetische Wellenstrahlung, deren sichtbarer Bereich, wie Abb.2 zeigt, von 3.8*1014 bis 7,9*1014 Hz oder 780 bis 380 nm1) reicht. Unterhalb 3,8*1014 Hz grenzen die Infrarotstrahlen, oberhalb 7,9*1014 Hz die Ultraviolettstrahlen an.

Wir empfinden das Sonnenlicht als "weiß", es setzt sich aber aus einzelnen Grund- oder Spektralfarben zusammen, undzwar aus Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett.2) Diese Farben sind vom Regenbogen her bekannt, wo sie durch Lichtbrechung in den Wassertröpchen sichtbar werden. Man erkennt, daß keine scharfe Abgrenzung gegeben ist, sondern die Farben ineinander übergehen. Wird in einem dunklen Raum ein schmaler Streifen Sonnenlicht unter einem bestimmten Winkel über ein Glasprisma geschickt, ergibt sich, wie in Abb.3 dargestellt, das Sonnenspektrum. Neben der Farbenskala sind die Wellenlängen aufgetragen. Die langweiligen Lichtschwingungen finden im Glasprisma einen geringeren Widerstand als die kurzwelligen; das erklärt die unterschiedliche Brechung.

Es läßt sich also feststellen, daß das weiße Sonnenlicht eine Summe aus vielerlei Farben ist. Wenn es sich zerlegen läßt, muß aus diesen Farben wieder zurückgebildet werden können. Das ist auch der Fall; denn betrachten wir bei dem Versuch nach Abb.3 das Spektrum durch das Glasprisma im Einfallwinkel des Lichtes, sehen wir weißes Licht. Wie kommt das zustande? Zur Erklärung ist eine kurze Betrachtung über den Aufbau und die Funktion des Auges notwendig.

1) 1nm = 1 nanometer = 1mµm = 1 milli-mikro-meter = 10_9 m

2)  Reine Spektralfarben sind solche, die sich nicht weiter zerlegen lassen.

 

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Abb.4 zeigt das Auge in vereinfachter Darstellung. Licht und Farbempfindungen werden auf der Netzhaut wahrgenommen. Dort befinden sich lichtempfindliche Organe sogenannte "Zäpfchen" und "Stäbchen".3)

Die Zäpfchen vermitteln die Farbempfindungen. Mit den "Stäbchen" nehmen wir die Helligkeitsempfindungen wahr. Diese sind ca. 10000 mal lichtempfindlicher als die Zäpfchen. In diesem Zusasmmenhang sei vorweggenommen, daß unser Auge ein relativ geringes Farbauflösungsvermögen gegenüber den Helligkeitsempfindungen hat. Dieser Umstand ist für die FFS-Übertragung sehr wichtig. Bei heller Umgebung werden die Eindrücke überwiegend von den Zäpfchen übermittelt, wir sehen farbig. Ist die Beleuchtung schwach, die Szene also dunkel (Dämmerung, Nacht) reicht die Empfindlichkeit der Zäpfchen nicht mehr aus, übrig bleibt die Anregung der Stäbchen, wir nehmen die Gegenstände nur noch in Grautönen wahr.

Bei den Zäpfchen hat man drei Gruppen festgestellt, die auf verschiedene Farben unterschiedlich reagieren. Je eine Gruppe im Bereich der roten, grünen und blauen Farbe. Das Auge istz in der Lage, mit diesen drei Zäpfchensorten alle vorkommenden Farbenkombinationen, einschließlich weiß (unbunt), zu bilden bzw. zu ermischen. Um der internationalen Forschung eine einheitliche Grundlage zu schaffen, wurden auf Veranlassung der Internationalen Beleuchtungskommission I.B.K (engl. C.I.E.) anfangs der dreißiger Jahre in umfangreichen Tests mit einer großen Anzahl von Personen die Empfindlichkeitskurven des menschlichen Auges im Bereich des Zäpfchensehens ermittelt und international festgelegt. Alle im folgenden vereinfacht dargestellten Kurven gehen davon aus.

Farbempfindung und spektrale Helligkeitsempfindung (Augenempfindlichkeitskurve)

In Abb.5 zeigen die Kurven R, G, B das Verhalten der Zäpfchengruppen. Man kann sich vorstellen, daß an jede Zäpfchensorte ein Pegelschreiber angeschlossen ist. Tastet nun das Auge die Farbenskala des Sonnenspektrums, in dem die Farben mit gleicher Strahlungsenergie auftreten, ab, so werden die Kurven R, G, B registriert. Diese geben an, mit welcher relativen Stärke die Zäpfchen bei den einzelnen Farben angeregt werden.

3) Die Zäpfchen und Stäbchen kann man sich als Enden der Sehnerven vorstellen.

 

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Die Farbempfindungen addieren sich zur spektralen Helligkeitsempfindung bzw. zu der Augenempfindlichkeitskurve H. Vom Auge wird also eine weiße oder beliebig farbige Szene nur bezüglich ihrer Farbanteile Rot, Grün und Blau bewertet. Trotzdem können wir alle vorkommenden Farben sehen, denn diese Anregungen (Farbanteile) werden im Gehirn zur Gesamtwahrnehmung addiert bzw. gemischt.

Farbmischung

Es gibt zwei Arten:

a) Subtraktive Mischung (Abb. 6a)

Diese ergibt sich, wenn Mal- oder Druckfarben gemischt werden oder wenn man verschiedenfarbige Gläser übereinanderlegt und vor einer Lichtquelle betrachtet. Sie gilt auch bei der Farbfotografie. 

b) Additive Mischung (Abb. 6b)

Projiziert man verschiedenfarbiges Licht gleichzeitig auf eine Fläche, mischen sich die Farben additiv.

Der gleiche Effekt tritt ein, wenn verschiedenfarbige Leuchtstoffe auf engem Raum gleichzeitig Licht ausstrahlen. Diese additive Farbmischung (Lichtmischung) wird beim Farbfernsehen ausgenützt.

In dem Beispiel Abb. 6b strahlen drei Scheinwerfer mit gleicher Stärke eine weiße Fläche, wie dargestellt an. Es ergibt sich aus :

Rot + Grün .... Gelb
Grün + Blau ... Cyan
Blau + Rot .... Purpur (Magenta)
Rot + Grün + Blau ... Weiß

Komplementärfarben
Rot + Cyan.... Weiß
Grün + Purpur ... Weiß
Blau + Gelb ... Weiß

Dieses Experiment macht u.a. deutlich, daß zum Ermischen von "Weiß" drei Grundfarben oder zwei Komplementärfarben genügen. Die Farben von Rot über Grün bis Blau sind im Sonnenspektrum enthalten. "Purpur dagegen nicht. Das ist eine neue Farbe, die nur bei der Mischung von Blau und Rot entsteht. Ergänzt man die Skala der Spektralfarben mit den Purpurfarben, läßt sich die Farbfolge als Farbkreis darstellen (Abb. 7).

 

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Er zeigt, daß sich mit den drei Grundfarben R, G, B alle dazwischenliegenden Farbtöne ermsichen lassen müssen. In Abb. 6b wurde dargestellt, daß z.B. aus Rot und Grün, wenn sie mit gleicher Intensität additiv gemischt werden, Gelb entsteht. Schwächt man eine der Farben ab, wird sich das Gelb rötlich oder grünlich verfärben, je nachdem welche der beiden Grundfarben die größere Intesität aufweist. Aus diesen Überlegungen läßt sich das Prinzip der FFS-Übertragung ableiten.

Für die Primärfarben (Grundfarben) wurden für das FFS folgende Wellenlängen festgelegt: Rot ca. 610nm; Grün ca. 535nm; Blau ca. 470nm.

 

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Prinzip der Farbfernsehübertragung (Abb.8)

Drei Kameras sind im Kurzschlußverfahren mit drei Farbbildröhren4) als Strahler verbunden. Die Bildröhren projizieren auf eine Fläche5). Jede Kamera überträgt eine Grundfarbe als elektrische Spannung auf die zugehörige Bildröhre. Dazu muß das auf die Kamera fallende Licht in die Farbkomponenten entsprechend der Primärfaben6) R, G, B mittels Filter zerlegt werden. Diese Anordnung ermöglicht tatsächlich die Übermittlung sämtlicher Farben.

4) Bei diesen und den folgenden Betrachtungen wir vorausgesetzt, daß die Leuchtschichten R, G, B gleichen Wirkungsgrad haben und 100% gesättigte Farben vorliegen.
5) Die zur Projektion zusätzlich notwendigen Optiken bleiben in dieser Prinzip-Darstellung unberücksichtigt.

Aus Abb.6b lassen sich überlegungsmäßig folgende Beispiele ableiten :
Die drei Farben R, G, B werden mit gleicher Strahlungsenergie (1.0) projiziert. Es ist also

W = 1,0R + 1,0G + 1,0B und
1,0R + 1,0G = GE
1,0G + 1,0B = C
1,0B + 1,0R = P

Da diese Mischfarben jeweils in der Mitte zwischen zwei Primärfarben liegen, enthalten sie gleiche Anteile. Gehen wir zu Abb.8 über, läßt sich zusammenfassen :

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Gegen die praktische Verwirklichung eines derartigen Systems, das zur Farbbestimmung im Empfänger die drei Grundfarben überträgt, spreechen u.a. zwei entscheidende Gründe:
a) Für die Übertragung der drei Farben ist, wie aus Abb.8 und 9 hervorgeht, je ein Kanal erforderlich. Das ergibt ein sehr breites Frequenzband und dadurch eine unwirtschaftliche Ausnutzung der Frequenzbereiche.



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b) Derartige FFS-Sendungen könnten von einem S-W-Empfänger nicht in "unbunt" wiedergegeben werden. Kompatibilität war aber, wie eingangs erwähnt Voraussetzung (Abb.10)

Damit beide Systeme kompatibel sind müssen folgende wesentliche Bedingungen erfüllt sein :
1. Ablenkfrequenzen für Vertikal- und Horizontal wie bei s-w
2. Gleicher Bildträger-Tonträger-Abstand 5,5 MHz
3. Gleiche Videobandbreite 5,0 MHz
4. Bildträgerinformation muß die Grundhelligkeit der Farben enthalten
5. Zusätzliche Farbinformation muß im Sendersignal so untergebracht sein, daß sie im Bild des S-W-Empfängers nicht stört (Abb.11)

Daß 1, 2 und 3 bei Farbe und S-W gleich sein können, ist ohne weiteres einzusehen.
Bei 4 wird der Bildträger mit den Helligkeitswerten der Farben moduliert. Das ergibt die gleiche Modulation wie bei S-W. Ein derartiges Signal erzeugt im S-W-Empfänger das Farbbild in unbunt. Die Kompatibilität ist damit im wesentlichen erfüllt. Die Bedingung 5 ist neu und sehr wichtig für eine gute Kompatibilität.

Erläuterungen zu 4 und 5
Kompatibilität erfordert zur Farbbestimmung bei der Übertragung andere Größen als die drei Primärfarben. Vergleich:
a) Ohne Kompatibilität ...
Rot, Grün, Blau
b) Mit Kompatibilität ...
Leuchtdichte, Farbton, Farbsättigung

Gehen wir nochmals von den Primärfarben Rot, Grün und Blau aus. Sie stellen drei voneinander unabhängige Größen dar. Ändert sich beispielsweise nur Rot, werden die beiden anderen Farben davon nicht beeinflußt, lediglich der Gesamteindruck der Farbe wir anders. Deshalb lassen sich diese drei Farben in einem rechtwinkligen Koordinatensystem darstellen (Abb.12). Im Sonnenspektrum erscheinen alle Farben mit maximaler Farbintensität (100%) und gleicher Strahlungsenergie, so daß diesen Umstand zugrundegelegt - für jede Primärfarbe eine gleiche Strecke angenommen werden kann.

 

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Auf der von jeweils zwei Farben begrenzten Fläche befinden sich alle dazwischenliegenden Farbtöne mit gleicher Farbintensität (Sättigung 100%). Die Flächendiagonalen bezeichnen Cyan, Gelb und Purpur. Die Addition der drei Grundfarben - durch Aneinanderreihen der Strecken R, G, B in der Darstellung - ergibt den Punkt W (weiß). Man erhält so den Farbraum als Würfel. Wird diese Addition im Würfel mit allen anderen Größen und gleichen Anteilen von R, G und B durchgeführt, zeigt es sich, daß alle sog. "Weißpunkte" auf der Würfeldiagonalen oder "Weißgeraden" von 0 bis W liegen. Die Weißgerade enthält demzufolge die Helligkeitsunterschiede (= Werte) für "Unbunt" von Weiß über Grau bis Schwarz (im Nullpunkt kann keine Helligkeit sein, da sämtliche Farben fehlen). In diesem Farbraum lässt sich jeder Farbpunktdurch seine drei Komponenten R, G, B bestimmen. Um das gleiche auf die neuen Größen "Leuchtdichte, Farbton und Farbsättigung" übertragen zu können, ist eine kurze Definition der Begriffe erforderlich. 

Leuchtdichte bzw. Helligkeit

Bei zwei verschieden starken Lichtquellen ist am deutlichsten der Helligkeitsunterschied wahrnehmbar. Ein farbiges Glas vor einer starken und schwachen Lampe betrachtet, vermittelt den Eindruck, daß die stärkere Lichtquelle "leuchtender" ist als die schwächere. Ihre Leuchtdichte oder Helligkeit ist also größer, die Farbe bleibt davon unberührt, denn das Glas hat sich ja nicht verändert. Die Leuchtdichter oder Helligkeit einer Farbe gibt an, wie groß die Lichtempfindung im Auge ist.

Beispiel: Die Helligkeit einer Abbildung auf der Mattscheibe eines Fotoapparates kann verändert werden, indem man die Blende ändert. Die Farben als solche bleiben bestehen. Ein Umstand ist allerdings noch bemerkenswert. Betrachten wir die Fläche F (Lichtquelle) in Abb.13. Sie hat eine bestimmte, in absoluten Größen meßbare Leuchtdichte (Einheit "Stilb"). Das Auge empfindet diese Leuchtdichte als Helligkeit, kann sie aber nur relativ bewerten, denn sie hängt von der Umfeldbeleuchtung ab. In beiden Feldern hat die kleine Fläche F den glerichen Grauton (Leuchtdichte). Sie erscheint aber in heller Umgebung "grau" und im dunklen Feld "weiß". Unser Auge nimmt also einen "scheinbaren" Helligkeitsunterschied bei "gleicher Leuchtdichte" wahr.

Farbton

Sonnenlicht durch rotes, grünes oder blaues Glas betrachtet ergibt rotes, grünes oder blaues Licht. Diese Farben empfinden wir unabhängig von Helligkeitsunterschieden. Der Farbton wir ausschließlich von der Wellenlänge der Lichtschwingung bestimmt (Farbspektrum)

Farbsättigung

Die Farben im Sonnenspektrum sind 100 Prozent gesättigt. In der Natur enthalten nur noch leuchtende Gase Farben mit einem derartigen Sättigungsgrad. Alle anderen Farbtöne unserer Umgebung sind dagegen blasser (pastellartig), sie haben eine geringere Sättigung. Beispiel: Rote Tusche stellt im reinen Zustand eine satte, rote Farbe dar. Mischt man Wasser dazu, wir der Farbton blasser, bis bei genügender Wassermenge keine Farbe mehr wahrnehmbar ist (Abb.14). Den Endzustand bezeichnet man als "Entsättigung" oder "unbunt". Die Farbsättigung ist ein Maß für die Buntheit einer Farbe.

 

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Wie erwähnt, enthält die Weißgerade in Abb.12 die Helligkeitswerte für Unbunt von Schwarz bis Weiß. Eine Ebene in diesem Würfel, die senkrecht zur Weißgeraden steht, wird alle Farborte mit gleicher Helligkeit (Leuchtdichte) enthalten. Ein Schnitt im Würfel durch die Punkte R, G, B ergibt eine solche Fläche (Dreieck); sie wird im Mittelpunkt senkrecht von der Weißgeraden durchdrungen.

Für das so erhaltene "Farbdreieck" gelten folgende Überlegungen: Auf der Fläche haben alle Farbpunkte gleiche Helligkeit. Die Eckpunkte und deren Verbindungslinien stellen den geometrischen Ort aller 100 Prozent gesättigten Farben dar. In der Mitte liegt der Weißpunkt (unbunt). Vom Rand zum Weißpunkt hin werden die Farben immer blasser (entsättigter) bis zur vollständigen Entsättigung im Weißpunkt. Diese Darstellung wurde von der I.B.K. als Grundlage zur Abteilung des "Normal Farbdreiecks" gewählt (Abb.15). Dabei ordnete man - rein rechnerisch - den Koordinaten x, y, z übersättigte Farben zu und konnte dadurch den Spektralfarbenzug innerhalb der Dreiecksfläche unterbringen.

In einem Dreieck läßt sich jeder Punkt durch zwei Größen bestimmen. Deshalb wurde dieses gleichseitige Dreieck zur einfacheren Darstellung und Berechnungsgrundlage in ein rechtwinkliges umgewandelt (Abb.16). Das ergab die allgemein gebräuchliche und international festgelegte Form laut Abb.17. Am Spektralfarbenzug sind die Wellenlängen der Farben eingetragen. Die Purpurlinie enthält an sich derartige Werte nicht. Diesen Mischfarben kann man keine bestimmte Wellenlängen zuordnen, da sie im Sonnenspektrum nicht erscheinen. Als Definition der Punkte auf der Purpurlinie die Zahlen mit negativem Vorzeichen, die eine Gerade, über den Weißpunkt hinaus verlängert, am Spektralfarbenzug angibt.

Zurück zur Abb.12. Zieht man vom Weißpunkt "w" eine Gerade "F" mit der Länge "A", wir dadurch ein bestimmter Punkt "P" auf der Fläche festgelegt. Wir haben festgestellt, daß zwischen Unbunt "w" und dem Dreiecksrand alle Sättigungswerte von 0 bis 100 Prozent liegen. Daraus läßt sich ableiten: Die Größe "A" des Zeigers F ist ein maß für die Farbsättigung. Denn A bestimmt, wie weit P vom Weißpunkt w entfernt, d.h. wie stark "gesättigt" er an dieser Stelle ist.

In der Darstellung deutet der Zeiger F auf ein Gelbgrün hin. Dreht sich der Zeiger um w, so wird er bei einem vollen Kreis (360°) sämtliche Farben überstrichen haben. Für einen bestimmten Farbton gilt eine bestimmte Richtung von F. Legt man eine Bezugslinie U fest, wird der Winkel α bestimmend für den Farbton sein. Die Größe α ist ein Maß für den Farbton. Liegt der durch A und α gegebene Farbpunkt nicht am Dreiecksrand, gilt für den Farbton die Wellenlänge, welche die Verlängerung des Zeigers F am Dreiecksrand (Spektralfarbenzug) angibt.

 

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Sie wird "dominierende Wellenlänge" genannt. In Abb.17 ist z.B. die dominierende Wellenlänge für P ca. 590nm. Um bei der Farbsättigung nicht ständig mit relativen Verhältnissen operieren zu müssen - im Dreieck sind die Strecken vom Mittelpunkt zum Rand ja nicht gleich, obwohl sie jeweils 100 Prozent Sättigung angeben -, verwandelt man das Farbdreieck in einen Farbkreis nach Abb.18. Er veranschaulicht deutlich das Besprochene.


Der Farbpunkt P ist durch die Länge A des Zeigers F und den Winkel α festgelegt. Es ist
A = Maß für die Sättigung = A/Radius x 100 (%)
α = Maß für den Farbton
Diese beiden Größen zusammen ergeben die "Farbart". Soll als dritte Größe die Helligkeit (Leuchtdichte) mit dargestellt werden, ergibt sich ein Bild nach Abb.19. Als Vorstellung kann dienen, daß der Farbkreis vom Nullpunkt (dunkel) als Kegel in Richtung einer Leuchtquelle bis zur maximalen Helligkeit wächst. Der Abstand zwischen Null und dem Endzustand "hell" ist dann ein Maß für die Helligkeit. Man erkennt, daß durch Änderung einer Größe das relative Verhältnis der beiden anderen zueinander nicht beeinflußt wird und daß mit Leuchtdichte (Helligkeit), Farbsättigung und Farbton genauso jeder Farbpunkt bestimmt werden kann, wie mit den Grundfarben Rot, Grün und Blau. Mit den Helligkeitswerten der Farben wird der Bildträger moduliert; Farbton und Farbsättigung werden zum Farbartsignal zusammengesetzt und in das Sendersignal eingefügt.

Sendersignal

Das Signal des FFS-Senders gleicht in seiner Charakteristik dem des S-W-Senders (Abb.20). Der Bildträger (BT) ist amplitudenmoduliert mit der Helligkeit, BT-TT Abstand 5,5MHz, Videobandbreite 5,0MHz. Hinzu kommt das Farbartsignal, das mit 1,3MHz Bandbreite 7) übertragen wird. Da es bei der Wiedergabe der Farbsendung im S-W-Empfänger nicht stören darf, waren für die Unterbringung im Sender-Signal besondere Maßnahmen notwendig.
Um die Farbart übertragen zu können, ist ein Hilfsträger (Farbträger)8) erforderlich, dem das Farbsignal aufmoduliert wird. Dieser Hilfsträger ist im Sender unterdrückt, da er sonst im S-W-Empfänger starke Störungen hervorrufen würde. Es wird nur das Modulationsprodukt als Farbsignal mit ausgestrahlt. Das Farbartsignal selbst erzeugt noch eine Reststörung, die sich elektrisch nicht mehr beseitigen läßt. Sie erscheint am Bildschirm als Perlschnur in Zeilenrichtung an den Stellen, wo Farbe übertragen wird. Zur Unterdrückung nutzt man die Integrationswirkung des Auges aus.

 

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7) Endgültige Festlegung für die PAL-Norm
8) Die FT-Frequenz wurde so hoch wie möglich gewählt, um die Struktur des Moirés klein zu halten. Es stört damit von Natur aus weniger.

 

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Fallen z.B. auf die gleiche Bildschirmstelle regelmäßig hintereinander in kurzen Abständen helle und dunkle Bildpunkte, so erfolgt für den Zuschauer im normalen Betrachtungsabstand eine "scheinbare" Auslöschung. Diese Tatsache wird beim sogenannten Halbzeilen-Offset (NTSC) oder Viertelzeilen-Offset (PAL) ausgenutzt. Das Halbzeilen-Offset als einfachste Art dient hier zur Erläuterung des Prinzips (Abb.21). Das Frequenzspektrum des Sendersignals baut sich aus statistischen Häufungen der Seitenbandfrequenzen der Helligkeitsmodulation im Abstand der Zeilenfrequenz (fz) auf. Zwischen diesen Maximas sind Lücken, wo die Information Null ist. Dahinein wurde das Farbartsignal durch Wahl der Farbträgerfrequenz als ungeradezahliges Vielfaches der halben Zeilenfrequenz gelegt.

Die Farbsignale werden aus den Videosignalen abgeleitet, und deshalb ergibt das Frequenzspektrum  des Farbträgers (FT) ein gleiches Bild wie das des Bildträgers (BT). Nachdem der Farbträger mit seiner Frequenz in eine "Lücke" fällt, lietgen auch die Seitenbandmaximas in solchen Lücken.9) Eine derartige "Frequenzverkämmung" setzt voraus, daß der BT mit dem FT im Sender starr verkoppelt ist. Das "ungeradzahlige" Vielfache der halben Zeilenfrequenz bewirkt eine Verschiebung des Störmusters von Bild zu Bild so, daß auf die gleiche Bildschirmstelle abwechselnd helle und dunkle Punkte fallen.

Eine restlose Kompensation ergibt sich allerdings nicht. Der Wechsel des Störmusters erfolgt nach jeweils zwei Bildrastern. Zur Integrationswirkung sind daher vier Raster erforderlich. Das entspricht einer Frequenz von 12,5 Hz, die für unser Auge relativ langsam ist. Außerdem sind durch die Krümmung der Bildröhren-Kennlinie die Hell-Dunkelwerte etwas unterschiedlich. Bevor nun auf das Thema der FFS-Übertragung weiter eingegangen wird, ist es notwendig, die grundsätzliche Funktion der Farbbildröhre zu besprechen. Auf dem Bildschirm der Farbbildröhre müssen für jeden Bildpunkt durch Anregen von Leuchtstoffen in den Primärfarben "Rot, Grün und Blau" die vom Sender angegebenen Farben additiv ermischt werden können.

Leuchtschicht der Farbbildröhre

Die Leuchtschicht des Bildschirms besteht aus Farbpunkten (Rot, Grün und Blau), deren Anordnung Abb.22 zeigt. Es sind Stoffe die bei Auftreffen von Elektronen das entsprechende farbige Licht ausstrahlen. Unterscheiden lassen sie sich nur, wenn sie leuchten. Ist die Farbbildröhre außer Betrieb, hat der Bildschirm eine gleichmäßige Farbe, ähnlich der S-W-Bildröhre. Die in der Abbildung durch ein Dreieck gekennzeichneten Farbpunkte sind "Farbtripel" (ca. 400000 ) und stellen die "Bildpunkte" dar.

Zu jeder Farbe gehört ein Elektrodensystem. Die Elektronenstrahlen dürfen nur die zugehörigen Farbpunkte treffen. Dafür sorgt eine "Lochmaske"; daher der Name "Lochmaskenröhre" (manchmal auch Schattenmaskenröhre genannt). Außerdem müssen sich die Elektronenstrahlen in der Ebene der Lochmaske überschneiden, konvergieren, damit der jeweilige Farbpunkt exakt getroffen wird. Näheres darüber wird im Kapitel "Farbbildröhre" behandelt. Die Abb.23 zeigt das Schaltsymbol. Es sind praktisch drei S-W-Bildröhren in einem Kolben vereinigt. Die Steuerung der Systeme geschieht in der bekannten Weise wie bei S-W-Bildröhren zwischehn K und G1 10).

Für jeden Bildpunkt des FFS-Bildes sind auf dem Bildschirm der Farbbildröhre Farbtripel aus den Primärfarben Rot, Grün und Blau vorhanden. Die Steuerspannungen zwischen K—G 1 bestimmen die Intensitäten der Elektronenstrahlen und damit die Helligkeit, mit der die Farbpunkte der Farbtripel leuchten. Für unser Auge ergibt sich bei normalem Betrachtungsabstand eine additive Mischung zu der resultierenden Farbe.

 

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9) Das gilt strengenommen nur für stehende Bilder
10) Auf eine vollständige Schaltung der FBR wird im Rahmen dieses Beitrages verzichtet, da sie für das Prinzip bedeutungslos ist. Es interessieren nur die Strecken K—G1.

 

 

Übertragungstechnik: Sender -> Empfänger

Im zweiten Teil wird das Prinzip der Farbfernseh-Übertragung bis zum Blockschaltbild behandelt. Als Voraussetzungen gelten: 100% gesättigte Farben, gleicher Wirkungsgrad der Bildschirm-Leuchtschichten. Kamera-Vorlage: Weiß oder ein Farbbalken-Testbild mit den Primär- und Komplementär-Farben sowie Weiß und Schwarz; Reihenfolge nach den Helligkeitswerten. Die besprochenen Signale sind Spannungen und müßten mit z.B. UY, UR-Y, UF bezeichnet werden. Zur Vereinfachung der Schreibweise sind nur die Indizes angegeben. Die tatsächlichen Farbspannungen (Kamera-Signale, Steuerspannungen der Farbbildröhre) sind in den Primärfarben gedruckt. Alle anderen Signale, die durch Umwandlung aus den Farbspannungen entstehen, sind rein mathematische Größen und zur Unterscheidung entweder schwarz oder einfarbig.

 

grundig monolith mit burosch fubk testbild
Außerdem sei darauf hingewiesen, daß alle Vorgänge als Augenblicks-Zustände zu betrachten und im Endeffekt auf ein Farbtripel zu beziehen sind. Ein Fernseh-Bild wird bekanntlich punktweise zusammengesetzt; deshalb kann es im Maximum so bunt sein, wie es die Bildpunktzahl (Farbtripel) in Verbindung mit der Auflösefähigkeit des Farbfernseh-Empfängers erlaubt.

Die Ausführungen im ersten Teil lassen in der Zusammenfassung das Übertragungsprinzip erkennen. Bei der kompatiblen Farbfernseh-Übertragung dienen zur Farbbestimmung die drei voneinander unabhängigen Größen, die jede Farbe beinhaltet — Helligkeit, Farbton und Farbsättigung. Die Helligkeitswerte ergeben das kompatible Helligkeits- (Leuchtdiode-) Signal, mit dem der Bildträger moduliert wird (1.Teil, FFS 4, Punkt 4). Farbton und Farbsättigung sind die Farbinformation und im sogenannten "Farbart-Signal" enthalten.

Die Farbfernseh-Kamera zerlegt das einfallende Licht mittels Farbfilter und halbdurchlässiger Spiegel in die Primär-Farbanteile R, G, B (die Durchlaß-Charakteristiken der Filter und Spiegel sowie die Verstärker-Einstellungen sind so ausgelegt, daß jedem der drei Ausgänge bei Vorlage "Weiß" der maximale Wert — 1,0 — entsteht). Die Farbspannungen sind von der Farbe und Beleuchtung der Vorlage abhängig und stehen in eiunem bestimmten Verhältnis zueinander. Sie werden auf dem Übertragungsweg der Farbbildröhre als Steuerspannungen im gleichen Verhältnis zugeleitet. Diese Steuerspannungen bestimmen die Stärke der Elektronenstrahlen und damit die Licht-Intensität der Farbpunkte. Die Farbtripel (Bildpunkte) erscheinen durch additive Mischung in der Farbe der Vorlage.

 

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Kompatibles Helligkeits-Signal Y

In Abb.24 haben z.B. beide Kameras unter gleichen Bedingungen die Vorlage Weiß. Die S-W-Kamera liefert am Ausgang eine Spannung 1,0 (Y). Die SW-Bilröhre leuchtet hell oder weiß. An den Ausgängen der Farbkamera steht dreimal der Wert 1,0 (R, G, B). Aus diesen Farbspannungen muß nun ein Helligkeits-Signal Y gebildet werden, dessen Größe (1,0) dem der SW-Kamera entspricht un in dem die Helligkeitswerte der Primärfarben im gleichen Verhältnis auftreten wie im SW-Signal bzw. wie sie unsewr Auge bewertet. Dazu betrachten wir nochmals die Augenempfindlichkeitskurve Abb.25 in vereinfachter Darstellung und auf die Primärfarben bezogen. Die Zahlen geben das relative Verhältnis der Helligkeits-Empfindungen zum Maximum bei 550nm an.

Das Verhältnis dieser drei relativen Werte ergibt die Empfindung Weiß.
R = 0,47, G = 0,93, B = 0,17 ...
... R + G + B = W
0,47 + 0,93 + 0,17 = 1,57
auf 1,0 bezogen
0,47/1,57(R) + 0,93/1,57 (G) + 0,17/1,57(B) = 1,57/1,5(Y) = 1,0

Ausgerechnet ergibt diese Gleichung, die im Farbfernsehen wichtige Formel des Helligkeits-Signals Y.

Y = 0.3R + 0.59G + 0,11B.
Diese Formel gibt an, daß die Farbspannungen R, G, B im errechneten Verhältnis geteilt und die Teilspannungen zu Y addiert werden müssen. Das geschieht in einer Matrix, deren einfachste Form Spannungsteiler sind. Im Farbempfänger steuert dieses Signal gleichzeitig die drei Kathoden der Farbbildröhre (Abb.24). Werden die Steuergitter entsprechend der Helligkeits-Einstellung auf gleiches Potential gelegt, entsteht ein SW-Bild, denn gleich große Steuerspannungen ergeben gleiche Intensität der Elektronenstrahlen, damit gleich starkes leuchten der Farbpunkte. Die Farbtripel oder Bildpunkte erscheinen weiß (unbunt). Das gilt für den Empfang der SW-Sendung und gleichzeitig für die Augenblicke und Stellen im Farbbild, die keine Farbe, sondern nur Grauwerte enthalten. Dieser Umstand wird im Folgenden noch deutlicher.

 

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Da mit diesem Signal der Bildträger moduliert wird, entsteht im SW-Gerät beim Empfang einer Farb-Sendung das Farbbild als reines Helligkeitsbild, wie es bei der SW-Technik zu Grunde liegt.

Die Farbinformation (Farbart-Signal) bestimmt im Empfänger, durch entsprechende Ansteuerung der Bildröhre, mit welcher Farbe und Sättigung neben der Helligkeit die Bildpunkte leuchten. Für die Erzeugung des Farbart-Signals (F) werden sogenannte Farbdifferenz-Signale gebildet und dienen — wie die Abb.26 zeigt — im Empfänger mit dem Helligkeits-Signal zur Ansteuerung der Farbbildröhre. Die Farbdifferenz-Signale entstehen aus den Farbspannungen, von denen das Helligkeits-Signal subtrahiert ist. In einer weiteren Matrix erfolgt die Differenz-Bildung durch Zusammenführen der Farbspannungen mit dem umgepolten Helligkeitssignal (—Y).

Es entstehen R—, G—Y und B—Y. Aus der Formel ① lassen sich die Farbdifferenz-Signale errechnen.

R - Y = 1,0R - ( 0,3R + 0,59G + 0,11B)=1,0R - 0,3R - 0,59G - 0,11B =
R - Y = 0,7R - 0,59G - 0,11B   ②
B - Y = -0,3R - 0,59G + 0,89B  ③
G - Y = -0,3R + 0,41G - 0,11B  ④

In der Norm ist festgelegt, daß aus R-Y und B-Y das Farbartsignal gebildet wird. Das für die Ansteuerung der Farbbildröhre ebenfalls erforderliche Farbdifferenz-Signal G-Y wird im Sender nicht berücksichtigt und ist daher in der Abbildung nur gestrichelt dargestellt.

G-Y ist nämlich in den beide Signalen R-Y und B-Y enthalten und wird in einer einfachen Matrix im Empfänger daraus gewonnen.

G-Y = -0,19 (B-Y) -0,51 (R-Y). Abb.28 bringt eine Zusammenstellung der Kamera-, Helligkeits-, und Farbdifferenz-Signale bei Vorlage eines Farbbalken-Testbildes wie es von den Sendern abgestrahlt wird.

Die Amplituden-Werte errechnen sich aus den Formeln 1-4, wie die Tabellen zeigen. Die Abbildungen daneben stellen die Amplituden-Charakteristiken der SIgnale dar. Zwei Beispiele sollen das Prinzip in Abb.26 verdeutlichen.

Farbe: Weiß

Alle drei Kamera-Signale haben maximale Spannung (1,0). Die Farbbildröhre muß deshalb drei gleiche maximale Steuerspannungen erhalten. Es ergibt sich für Y der Wert 1,0, für die Farbdifferenz-Signale der Wert 0. Im Empfänger tritt also nur das Y-Signal (- Polarität ist erforderlich, da die Kathode angesteuert wird) als Steuerspannung auf, es steuert die Kathoden gleichzeitig. Die Gitter haben gleiches Potential (0), die Farbpunkte leuchten gleich stark und der Bildschirm erscheint während der Zeit des ersten Balkens Weiß.

 

Abb27.jpg

 

 

Abb28.jpg

 

Tabelle_bei_Abb28.jpg

 

Abb29.jpg

 

Farbe: Purpur

Kamera-Signale 1,0 Rot und 1,0 Blau, 0 Grün.
Die Farbbildröhre muß für R und B  gleiche Steuerspannungen erhalten, G dagegen 0 werden, da Purpur keinen Grünanteil enthält (vgl. Farbkreis).

Y = 0,41
B-Y = 0,59
R-Y = 0,59
G-Y = -0,41.
Durch die gleichzeitige Ansteuerung von Kathode und Steuergitter (Polarität der Signale auf Masse bezogen!) entsteht die Steuerspannung als Differenz aus beiden Signalen (Abb.27).

Demzufolge
(B-Y)-(-Y)= B-Y+Y=B
(G-Y)-(-Y)= G
(R-Y)-(-Y)= R 0,59-(-0,41)=0,59+0,41= 1,0B -0,41+0,41 = 0 G
 0,59+0,41 = 1,0 R

Die Farbpunkte Rot und Blau leuchten mit voller Stärke, das ergibt die Farbe Purpur. Grün dagegen bleibt dunkel, da hier die Kathode und das Gitter 1 mit gleich großen Spannungen, jedoch mit gegengesetzter Polarität, angesteuert werden (Steuerspannung 0).

Farbart-Signal

Dieses Signal entsteht aus den Farbdifferenz-Signalen B-Y und R-Y. Dazu müssen die Amplituden reduziert werden, da sich sonst bei der späteren Modulation des Bildträgers mit dem Farbart-Signal eine unzulässig hohe Übermodulation ergeben würde.

Für das PAL-Verfahren wurde festgelegt:

B-Y/2,03 = U, R-Y/1,14 = V

... reduzierte Farbdifferenz-Signale (Abb.28).
U- und V-Signale werden je einem Gegentakt-Modulator zugeführt.

Den Farbträger liefert ein Oszillator. Der U-Modulator enthält den Farbträger direkt (Phase 00), der V-Modulator den PAL-Schalter vorerst außer acht gelassen—um 90° phasenverschoben. Die Gegentakt-Modulatoren liefern an den Ausgängen nur die Modulations-Produkte FU und FV. Der Träger ist unterdrückt (Abb.30). Durch die Phasenverschiebung der beiden Träger haben auch die Modulations-Produkte FU und FV 90° Phasen-Unterschied. Sie werden in einer weiteren Stufe zusammengeführt und ergeben als vektorielle Summe das Farbart-Signal F. Die Amplituden und Phasenlagen der Farbbalken sind in Abb.31 dargestellt. Betrachten wir als Beispiel wieder das Farbart-Signal für Purpur. Es läßt sich folgern: Die Amplitude (= Sättigung) des Zeigers wird bestimmt von den Werten V und U. Bei 100 % gesättigten Farben habern diese ihre maximale Größe. Je kleiner die Amplituden werden, desto weniger farbig bzw. desto blasser wird das Farbbild. Im Punkt 0 fehlt jegliche Farbe.

 

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Tabelle_bei_Abb._30.jpg

 

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Polarität und Verhältnis von V und U ergeben die Phasenlage der Zeiger und damit die Farbe. Wird z.B. der V-Wert für Purpur konstant gehalten und U von +0,29 über 0 bis -0,29 verändert, bestreicht der Farbartzeiger den Farbbereich von Purpur über Rot bis Orange (Abb.31). Der Bildschirm wir jeweils in der Farbe leuchten, auf die der Zeiger in Farbkreis hindeutet. Auch diese Zusammenhänge werden in den nächsten Kapiteln noch deutlicher.

PAL-Schalter

Beim PAL-Verfahren wir senderseitig FV von Zeile zu Zeile (halbe Zeilenfrequenz) um 180° geschaltet. Auf die U-Phase bezogen ± 90° (über die Bedeutung gibt das Kapitel "Demodulation" die entsprechende Auskunft). Es ergibt sich eine Spiegelung des Farbart-Signals von Zeile zu Zeile an der U-Achse. Das Farbart-Signal hat dann z.B. für die aufeinanderfolgenden Zeilen 51, 52, 53 Phasenlagen laut Abb.32

 

Abb32.jpg

 

Um das Farbart-Signal als Modulationsprodukt im Empfänger demodulieren zu können, wird der im Sender unterdrückte Träger phasengleich wieder hinzugefügt. Der dazu erforderliche Oszillator muß deshalb phasen-synchronisiert werden. Dafür wird ein sogenannter Farbsynchron-Impuls (Burst) mitgesendet. Er besteht aus 10 — 12 Schwingungen des Farbträgers mit der Phase ± 45° zur - U-Achse und wird ebenfalls geschaltet (PAL-Norm, Abb.31). Die Synchronisierstufen bilden aus dem geschalteten Burst eine Regelspannung die den Oszillator auf den Phasen-Mittelwert  —U (180°) synchronisiert, und außerdem den Kennimpuls für den Gleichlauf des PAL-Schalters.

Empfänger

Das Farbart-Signal gelangt an die U- und V-Demodulatoren. Der U-Demodulator erhält den synchronisierten Farbhilfsträger in U-Phase, der V-Demodulator um 90° phasenverschoben und von Zeile zu Zeile durch den synchronlaufenden PAL-Schalter um 180° phasengedreht. Dieser Schalter ist natürlich auch im Empfänger erforderlich, um aus dem geschalteten Signal die demodulierte V-Spannung in der richtigen Polarität zurückzugewinnen.

Demodulation

In Abb.33 erhält der U-Demodulator den Farbträger in Phase 0°. Die gleichgerichteten Spannungen ergeben sich auf der U-Demodulator-Achse als Projektion des Farbart-Zeigers. Am Ausgang steht dann diese gleichgerichtete Spannung als U-Signal oder um den Reduktionsfaktor verstärkt wieder als B-Y. Genauso spielen sich die Vorgänge bei der V-Demodulation ab (Abb.34). Am Ausgang ergibt sich das gleichgerichtete V-Signal aus der Projektion des F-Signals auf die V-Demodulator-Achse, oder um den Reduktionsfaktor verstärkt R-Y.

Man muß sich dabei immer vorstellen, daß die Darstellungen Augenblicks-Zustände sind. Die Zeiger drehen sich im ungeschalteten Zustand entgegen, im geschalteten mit dem Uhrzeigersinn. Ist der Farbträger-Oszillator richtig synchronisiert, so wird im Demodulator immer genau zu dem Zeitpunkt gleichgerichtet, zu dem das Farbart-Signal den richtigen Phasenwinkel mit dem Burst einnimmt. Die dabei entstehenden Spannungen haben das richtige Verhältnis von U und V, aus denen nach Verstärkung und Matrizierung die Farbdifferenz-Signale R-Y, G-Y und B-Y entstehen. Sie ergeben im Zusammenhang mit dem Helligkeits-Signal Y die richtige Farbe am Bildschirm. In Abb.35 Fall 1 ist dieser Vorgang skizziert.

Tritt auf dem Übertragungsweg eine Phasenverschiebung zwischen Burst und Farbartsignal ein, sind Farbverfälschungen die Folge. Fall 2 verdeutlicht das. Angenommen es sei ein Phasenunterschied φ gegeben. Die Demodulation setzt um den Zeitpunkt φ später ein. Der Zeiger F hat sich weitergedreht. Die Projektionen auf die Demodulatorachsen entstehenden Gleichspannungen U und V haben ein anderes Verhältnis als für das Beispiel Purpur erforderlich.

Demzufolge ergeben sich auch die Ansteuer-Signale in einem anderen Verhältnis, und die daraus resultierenden Steuerspannungen bilden eine Farbe, auf die der Pfeil im Farbkreis zeigt. Die Richtung des Pfeils bestimmen die Werte für B-Y und R-Y. Derartige Farbverfälschungen korrigiert das PAL-Verfahren automatisch. Man ging dabei von der Überlegung aus, daß die Farbinformation zweier benachbarter Zeilen praktisch gleich ist. Spiegelt man diese Farbinformation (Farbart-Signal) von Zeile zu Zeile (vgl. Kapitel "PAL-Schalter") an der Modulationsachse U (Normalfestlegung), so ergeben sich bei Phasenfehlern für die aufeinanderfolgenden Zeilen falsche Farben, deren additiver Mittelwert die Ursprungsfarbe leicht entsättigt zurückbildet.

 

Abb33-Abb34.jpg

 

Die Beispiele 2 und 3 zeigen diesen Vorgang. Fall 2 gilt für alle ungeraden Zeilen (nichtgeschalteter Zustand). Fall 3 betrifft das geschaltete F-Signal. Die Richtung der Phasenverschiebung  (℘) zur ursprünlichen Phasenlage bleibt wie in Fall 2 die gleiche. Bei dieser Demodulation entsteht eine Farbe, auf die der Pfeil im Farbkreis hindeutet. Die beiden falschen Farben liegen —wie deutlich zu erkennen ist — Symmetrisch zur Ursprungsfarbe. Es werden die ungeraden Zeilen einen bläulich-purpurnen Farbbalken schreiben. Im normalen Betrachtungsabstand sehen wir aber  die richtige Purpur-Farbe. Hier hat unser Auge die Farbkorrektur durch Mittelwert-Bildung vorgenommen (Simple-PAL). In der Praxis arbeiten die Empfänger nach dem "Standard-PAL" -Verfahren, bei dem im PAL-Decoder mittels einer Verzögerungsleitung der Mittelwert elektrisch gebildet wird. 

PAL-Decoder

Vervollständigen wir dazu vorerst die Schaltung des Empfängers in Abb.29.

 

Abb35.jpg

 

Das Farbart-Signal F wird im PAL-Decoder in seine Komponenten FU und FV zerlegt. Diese werden im allgemeinen durch Verstärkung bereits in FB-Y und FR-Y stehen grundsätzlich im richtigen Verhältnis zueinander. Ein Phasenfehler bei der Demodulation ändert daran bei den gleichgerichteten Signalen R-Y und B-Y nichts. Beispiel 4 der Abb.35 zeigt das deutlich. Es ergibt sich lediglich je nach Größe des Phasenfehlers eine dazu proportionale Amplituden-Verminderung und diese drückt sich bekanntlich nur als Entsättigung aus. Das Verhältnis B-Y zu R-Y — auch bei verminderten Amplituden — bleibt richtig und damit auch die Farbe.

Aufspaltung von F in seine beiden Komponenten (Abb.37)

Addition zu F (B-Y): Das Farbart-Signal F wird in einer Addierstufe mit dem durch die Verzögerungsleitung gespeicherten Farbart-Signal der jeweils vorhergehenden Zeile vektoriell addiert. Wies aus der Darstellung hervorgeht, entsteht dadurch die U-Komponente und durhc Verstärkung U x 2,03 = FB-Y.

Addition zu F(R-Y): Hier muß eines der beiden Signale (F oder Fverzögert) um 180° gedreht werden. Im vorliegenden Fall ist es das verzögerte Signal. Es ergibt sich die V-Komponente; daraus nach 1,14 facher Verstärkung FR-Y 

Farbsättigung

Sie wird durch die Amplitude des Farbart-Signals bestimmt. In der Abb.38 sind verschiedene Sättigungsgrade für Fpurpur angedeutet. Die danebenstehende Tabelle enthält die dazugehörigen Amplitudenwerte für die Farbdifferenz-Signale R-Y, B-Y und G-Y. Das Helligkeits-Signal -Y für Purpur bleibt konstant -0,41.

 

Abb36.jpg

 

Abb37.jpg

 

Abb38.jpg

 

Abb39.jpg

 

Abb.39 stellt die Vorgänge dar. Die Entsättigung einer Farbe geschieht durch Hinzumischen von Weiß oder der jeweiligen Komplementärfarbe.
Bei hundertprozentiger Farbsättigung werden die Farbpunkte Rot und Blau mit maximaler Intesität angeregt. Grün dagegen bleibt dunkel. Je geringer die Farbsättigung bei gleicher Helligkeit wir, eine desto größere Steuerspannung ergibt sich für Grün. Damit kommt die Komplementärfarbe mit zur Wirkung. Die Spannung von Grün ist aber in beiden anderen ebenfalls enthalten. Die drei gleichen Anteile ergeben einen bestimmten Weißwert. Für die Farbe bleiben nur noch die Differenzspannungen wirksam. Bei Sättigung 0 ist die Steuerspannung das Y-Signal.

Die Blockschaltbilder für den Farbfernseh-Sender (Bildung des FBAS-Signals) und den Farbfernseh-Empfänger auf den Seiten 19-21 fassen das bisher Besprochene zusammen und zeigen die komplette Übertragung von der Vorlage bis zum Farbferseh-Bild am Bildschirm der Farbbildröhre. Im Sender sind nur die Stufen aufgeführt, die unmittelbar an der Erzeugung des FBAS-Signals beteiligt sind. Die Empfängerseite dagegen stellt ein komplettes Blockschaltbild für ein GRUNDIG Farbfernseh-Gerät dar. Dazu eine kurze Beschreibung.

Sender

Kamera-Vorlage: Farbbalken-Testbild. An den Kamera-Ausgängen stehen die Farbspannungen, die in der Matrix zu dem Helligkeits-Signal und den Farbdifferenz-Signalen umgeformt werden. Aus U und V entstehen nach der Modulation die Komponenten FU und FV (Modulations-Produkte). Die beiden Modulatoren erhalten außerdem das Burst-NF-Signal, aus dem sich die U- und V-Komponenten für den geschalteten Burst ergeben.
In der Addierstufe wird das Farbart-Signal und der geschaltete Burst durch vektorielle Addition gebildet.

Das Farbart-Signal hat, dem Farbauflösungs-Vermögen der Augen entsprechend, nur eine Bandbreite von ca. 1,3MHz. Das Helligkeits-Signal dagegen ca. 5MHz. Unterschiedliche Bandbreite der Verstärkerstufen bedeutet unterschiedliche Signal-Laufzeiten  (große Bandbreite — kleine Laufzeit und umgekehrt). Da die Signale zeitmäßig genau übereinstimmen müssen, ist für das Y-Signal eine Stufe zum Laufzeit-Ausgleich erforderlich. In einer letzten Addierstufe wird das komplette Farb-Bild-Austast-Synchron-Signal (FBAS) erzeugt, das über den Sender ausgestrahlt wird. Man erkennt, daß sich das Farbart-Signal der jeweiligen Helligkeits-Treppe überlagert und der Farbsynchron-Impuls auf der Rückflanke des Zeilenaustast-Impulses sitzt. In der Praxis wird ein derartiges Farbbalken-Testbild mit auf 75% reduzierten Helligkeits- und Farbart-Signal-Amplituden für die Farben gesendet. Weiß dagegen bleibt 100%. Die Abb.40 zeigt den Vergleich zwischen dem theoretischen, 100% gesättigten und auf 75% reduzierten FBAS-Signalen.

Das reduzierte FBAS-Signal hat drei für die Praxis wichtige charakteristische Merkmale:
1. Die Amplituden des Helligkeits-Signals für Weiß und der Farbart-Signale Gelb und Cyan bilden eine Linie.
2. Das gleiche gilt für die Farbart-Signale Rot und Blau.
3. Die Amplitude des Farbart-Signals Grün erreicht den Schwarzwert.

Diese Eigenschaften erleichtern u.a. eine Kontrolle der HF-Stufen im Farbfernseh-Empfänger.

Farbfernseh-Empfänger

Die vom SW-Empfänger her bekannten Stufen werden nicht weiter erwähnt.

Helligkeits-Signal

Das Fbas-Signal gelangt vom Video-Gleichrichter zu einer Verzögerungsleitung. Genau wie im Sender muß auch im Empfänger ein Laufzeit-Ausgleich stattfinden. Die Video-Endstufe verstärkt das Signal auf den zur Aussteuerung der Farbbildröhre erforderlichen Wert. Die 4,43-MHz-Sperre unterdrückt das Farbart-Signal — übrig bleibt das reine Helligkeits-Signal mit negativer Polarität.

 

Abb40.jpg

 

Farbart-Signal

Aus dem FBAS-Signal wird über eine kleine Kapazität C das Farbart-Signal ausgesiebt. Es gelangt über den Farbart-Verstärker zum PAL-Decoder. An den Demodulator-Ausgängen ergeben sich die Farbdifferenz-Signale -(B-Y) und -(R-Y). Negative Polarität ist erforderlich, da diese Signale in den Farbendstufen verstärkt werden und an den VerstärkerAusgängen dann in richtiger Polarität erscheinen müssen. Die G-Y-Farbendstufe erhält die zur Matrizierung erforderlichen Teilspannungen B-Y und R-Y unter Berücksichtigung des Verstärkungs-Faktors (v). Damit stehen alle zu Ansteuerung der Farbbildröhre notwendigen Spannungen zur Verfügung.

Synchron-Stufen

Aus dem Farbart-Signal wird in einer Burst-Auftaststufe das Farbsynchron-Signal gewonnen. Diese Stufe enthält einen Impuls, der aus dem Zeilenrückschlag-Impuls gewonnen wird und durch Umformung so schmal wird, daß er nur zur Burst-Zeit das Farbsynchron-Signal passieren läßt. Um die notwendige Amplitude zu erhalten, muß es noch verstärkt werden und gelangt dann an den Phasen-Diskriminator. Dieser liefert für den Farbhilfsträger-Oszillator die erforderliche Regelspannung. Außerdem entsteht auf Grund des geschalteten Bursts eine Sägezahnspannung mit der halben Zeilenfrequenz. Dieser Sägezahn wird in einer weiteren Stufe in eine Sinus-Schwingung mit halber Zeilenfrequenz umgewandelt. Sie dient zur Synchronisierung des PAL-Schalters. Der PAL-Schalter selbst wird angesteuert vom Zeilenrückschlag-Impuls. Der Halbzeilen-Sinus steuert außerdem noch die automatische Farbsperrung.

Wenn keine Farbe übertragen wird — bei SW-Sendungen —, fehlt das Farbsynchron-Signal. Demzufolge liefert der Phasendiskriminator keinen Sägezahn. Die Bildung der Sinus-Schwingung bleibt aus und die Stufe zur automatischen Farbsperrung — auch Colorkiller genannt — regelt den Farbart-Verstärker zu. Damit werden Störungen aus dem Farbkanal im Schwarz-Weiß-Bild vermieden.

Ablenkteil

Der Farbfernseh-Empfänger hat Zeilenkipp-Endstufe und Hochspannungserzeugung getrennt. Die Zeilen-Ablenk-Endstufe lierfert gleichzeitig die Fokussierspannung. Die Farbbildröhre erfordert gegenüber der SW-Bildröhre eine elektrische Raster-Korrektur (Kissenverzeichnungen) und eine Konvergenz-Korrektur. Beide Stufen werden von Signalen aus der Zeilen- und Bildkipp-Endstufe angesteuert. Zur automatsichen Entmagnetisierung der Lochmaske befinden sich auf dem Bildröhrenkolben Entmagnetisierungs-Spulen, durch die bei jedem Einschalten kurzzeitig ein starker Wechselstrom fließt, der ein starkes Magnetfeld aufbaut, das in sehr kurzer Zeit auf 0 abgeschwächt wird und damit die Entmagnetisierung bewirkt.

Farbbildröhre

Den prizipiellen Aufbau und die Ablenkmittel zeigt Abb.41. Der Bildschirm enthält ca. 400000 Farbtripel (ca. 1,2 Millionen Farbpunkte). Die Zahl der Löcher in der Lochmaske entspricht der Farbtripel.
Durchmesser eines Farbpunktes ca. 0,4 mm
Durchmesser eines Loches ca. 0,3 mm
Anordnung der Elektronenkanonen 120° um die Bildröhrenachse, 1,5° zur Bildröhrenachse.

Durch diesen Aufbau der Elektroden-Systeme wird erreicht, daß bei genauer Justierung die Elektronenstrahlen nur die zugehörigen Farbpunkte (in Bildschirmmitte) treffen. Jede mechanische Abweichung bedeutet Farbreinheits- und statische Konvergenz-Fehler. Da in der Fertigung trotz größter Sorgfalt eine hundertprozentige Justierung der Elektronenkanonen nicht möglich ist, muß die Richtung der Elektronenstrahlen auf magnetischem korrigiert werden. Welche Einstellmittel dazu erforderlich sind, enthält die Tabelle Abb.42.

Konvergenz

Bedeutet Überschneidung der drei Elektronenstrahlen in Lochmaskenebene über den gesamten Bildschirm. Wird diese Forderung nicht erfüllt, ergeben sich Konvergenzfehler (Abb.41, 44 und 45). Es werden wenn die Farbreinheit stimmt — wohl die richtigen Farbpunkte getroffen, jedoch nicht die zu einem Tripel gehörigen Punkte. Die Folge sind mehrfarbige Konturen oder Schwarz-Weiß-Bild des Farbfernseh-Empfängers.

 

Abb41.jpg

 

  Abb42.jpg

Konvergenz-Korrektur:

Statisch - gilt nur für Bilschirmmitte.

Mechanische Ungenauigkeiten werden durch drei statische Magnetfelder für axiale Strahlverschiebung und ein statisches Magnetfeld für horizontale Strahlverschiebung ausgeglichen. Aus der Abb.43 erkennt man, weshalb vier Korrekturen erforderlich sind. In horizontaler Richtung wird nur der Blaustrahl beeinflußt.

Dynamisch

Durch die gemeinsame Strahl-Ablenkung verändert sich die Konvergenz. Die Konvergenz-Ebene wäre ein Kugelfläche mit dem Ablenkradius (Abb.41). Die Bildschirm Krümmung ist jedoch viel flacher. Dadurch ergeben sich -ohne Korrektur- für die drei Abbildungen R, G, B Rasterverzeichnungen etwa lt. Abb. 44 (bedingt durch die Schräglage zur Bildröhren-Achse). Für die Einstellung der Konvergenz ist ein Bildmuster aus feinen weißen Streifen (Gitter) auf dem dunklem Untergrund erforderlich. Stimmt die Konvergenz - d.h. die drei Raster überdecken sich - erscheinen die Streifen weiß. Andernfalls farbig (Abb.45).

Damit ist das Thema Farbfernsehen in diesem Rahmen abgeschlossen. Es ist ein Überblick, den wir als Grundlage - neben der Schwarz-Weiß-Fernseh-Technik- bei den Teilnehmern an GRUNDIG Farbfernseh-Service-Lehrgängen voraussetzen.

 

Abb43.jpg

 

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