7.1 Grundlagen der Fernsehtechnik

7.1.1 Die Bildzerlegung

Um Bewegungsabläufe als solche zu erkennen, müssen Einzelbilder mit einer bestimmten Geschwindigkeit dem menschlichen Auge vorgeführt werden. Das Minimum stellen dabei 16 Bilder pro Sekunde dar. Beim Film werden normalerweise mit 24 Bildern pro Sekunde gearbeitet, allerdings treten auch hierbei noch starke Flimmererscheinungen auf, die erst ab einer Frequenz von 50 Bildern pro Sekunde nicht mehr als störend empfunden werden. Da in der Fernsehtechnik 25 Bilder pro Sekunde übertragen werden, wird dort ein kleiner Trick eingesetzt, um dem menschlichen Auge eine höhere Bildwiederholfrequenz vorzutäuschen. Ein Fernsehbild besteht aus 625 Zeilen, das mit der 1. Zeile am oberen linken Bildschirmrand beginnt und mit der 625. Zeile am unteren Bildrand endet; der Aufbau eines kompletten Bildes dauert eine 25stel Sekunde. Da während dieser Zeit die oberen Zeilen des Bildes schon wieder verblassen, die unteren aber gerade in voller Helligkeit auf dem Bildschirm erscheinen, würde es gerade bei besonders hellen Bildern zu starkem Flimmern kommen. Um dieses nun zu vermeiden, teilt man das Vollbild aus 625 Zeilen in zwei Halbbilder aus je 312,5 Zeilen auf, die dann nacheinander übertragen werden. Es erscheinen somit 50 Halbbilder pro Sekunde, wobei das erste Halbbild alle ungeradzahligen Zeilen und das zweite alle geradzahligen Zeilen umfaßt. Am Beispiel eines 13-Zeilen-Systems soll das Prinzip kurz dargestellt werden. Das erste Halbbild beginnt im Punkt A und endet im Punkt B. Von dort springt der schreibende Elekronenstrahl nach oben und beginnt im Punkt C mit dem zweiten Halbbild, welches dann im Punkt D endet. Durch diesen Zeilensprung sind beide Halbbilder korrekt ineinander verschachtelt und bilden somit dann das 13-Zeilen-Vollbild.

  

Abbildung 7.1: Zwei Halbbilder eines 13 Zeilen-Systems

7.1.2 Das FBAS-Signal

Da das Fernsehbild nicht als ganzes durch einen einzigen elektrischen Signalwert repräsentiert werden kann, muß jeder einzelne Bildpunkt durch Spannungswerte beschrieben werden. Hierfür wurde das FBAS-Signal entwickelt. (Manchmal auch composite genannt) Jeder Buchstabe steht dabei für ein bestimmtes Merkmal dieses Signal. F - Farbsignal
Im Farbsignal werden die drei Farben Rot, Grün, Blau zu einem Signal zusammengefaßt.
B - Bildsignal
Die Hell- und Dunkeltönung eines jeden Punktes wird durch eine Spannung festgelegt (Weiß=100%, Schwarz=30%). Diese wird mit Bildsignal bezeichnet.
A - Austastsignal
Um den Zeilenrücklauf und Vertikalrücklauf zu definieren, werden diese Signale mit 0 Volt codiert. Dieses Signal wird mit Austastsignal bezeichnet.
S - Synchronisation
Synchronisierzeichen zwischen Sender und Empfänger.

7.1.3 Frequenzbedarf bei der Bildübertragung

Um Aussagen über die Bildqualität einer Videobandaufzeichnung machen zu können, muß man wissen, welche Bildqualität sich mit Hilfe des Fernsehens realisieren lassen. Dabei wird zum einen die Auflösung angeben, oder wie in der Video- und Fernsehtechnik üblich die Bandbreite des gesendeten Signals. An dieser Stelle soll nun gezeigt werden, welche Bandbreite das Fernsehsignal besitzt. Das Fernsehbild besteht aus 625 Zeilen. Als Annahme gelte, der Fernsehbildschirm habe die Höhe a, so ergibt sich für die Höhe einer Zeile a/625. Die Breite des Fernsehbildes sei bezeichnet mit b. Unter der Voraussetzung, die Breite jedes Punktes sei gleich seiner Höhe, ergibt sich für die Anzahl der Punkte einer Zeile

$\frac{b}{(\frac{a}{625})} = b \cdot \frac{625}{a}$

Für die Gesamtzahl der auf der Bildfläche befindlichen Punkte ergibt sich somit

$625 \cdot b \cdot \frac{625}{a} = 390625 \cdot \frac{b}{a}$

Nach der europäischen Fernsehnorm (PAL, siehe nächster Abschnitt) ist das Bildformat durch das Verhältnis von Breite und Höhe festgelegt, und zwar ist b zu a gleich 4 zu 3. Damit ergibt sich für die Anzahl der Bildpunkte pro Bild 520.833.

Pro Sekunde werden 25 Bilder (50 Halbbilder) übertragen. Somit müssen je Sekunde 13.020.833 (520.833 mal 25) übertragen werden. Für die Übertragungsfrequenz ergibt sich somit

$f=\frac{\mbox{Anzahl der Bildpunkte pro Sekunde}}{2}=\frac{13.020.833}{2}\mbox{Hz}=6,51\mbox{MHz}$

Diese Frequenz repräsentiert den Extremfall, daß abwechselnd schwarze und weiße Punkte übertragen werden. Aus der Entfernung, bei der dieses Schachbrettmuster normalerweise betrachtet wird, kann das menschliche Auge die einzelnen Punkte aber nicht mehr auflösen, so daß der Eindruck von einheitlich grau entsteht. Die Praxis hat gezeigt, das 75 möglichen Bildpunktzahl für ein qualitativ einwandfreies Bild ausreicht; das entspricht einer Bandbreite von ca. 5 MHz. Diese Angaben beziehen sich auf die Darstellung von Schwarz-Weiß-Bildern. Damit aber seinerzeit bei der Einführung des Farbfernsehens die Kompatibilität zum alten System gewährleistet blieb, gelten die oben gemachten Aussagen auch für das Farbfernsehen. Durch geschickte Codierung konnten die Signale für die drei Farben Rot, Grün, Blau (aus denen sich alle Farben bilden lassen) so zusammengefaßt, daß sie in einem Signal gesendet werden können. ( weitere Erklärungen siehe [Bau83])

7.1.4 Fernseh-Normen

Die weltweit gebräuchlichen Fernsehsysteme unterscheiden sich voneinander durch unterschiedliche technische Spezifikationen, die in Normen festgelegt sind. In der Bundesrepublik Deutschland und zahlreichen anderen Ländern der Welt wird der 1950 vom CCIR (Comité Consultarif International des Radiocommunications) empfohlene europäische 625 Zeilen Standard verwendet. Zur Übertragung des Farbsignals sind weltweit drei Verfahren in Betrieb. NTSC aus den USA, SECAM aus Frankreich und PAL aus Deutschland. Das PAL-System (Phase Alternation Line) wurde 1961 von Walter Bruch vorgestellt und ermöglicht - weitgehender als bei den anderen Verfahren - eine naturgetreue Farbwiedergabe. Es stellt eine Weiterentwicklung des amerikanischen NTSC-Verfahrens dar. Durch Phasenumschaltung von Zeile zu Zeile vermeidet es die als Folge von Phasenfehlern auftretenden Farbverfälschungen.