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von H.-R Richter in der FERNSEH- UND KINO-TECHNIK Nr. 6/1991
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Auch wenn die Komponenten-Technik in den Fernsehstudios bereits verstärkt Einzug hält, so gibt es eine Reihe von Anfragen an die Redaktion, dieses in vielen Einzelbeiträgen in dieser Zeitschrift behandelte Thema in einer übergeordneten Darstellung zu behandeln.

FKTG-Mitglied Dipl.-Ing. Hans-Peter Richter von der Broadcast Television Systems GmbH (BTS), Darmstadt, zeigt im vorliegenden Beitrag Eigenschaften, Vorteile gegenüber der geschlossenen Codierung (FBAS), aber auch wahrscheinliche Weiterentwicklungen und noch vorhandene Schwachpunkte der Komponententechnik auf. - Dipl.-Ing. Hans-Peter Richter ist Leiter des Bereichs Produktentwicklung bei der BTS Broadcast Television Systems GmbH, Darmstadt
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Sind Komponentensignale im Studio also doch ein nur aufgewärmtes Thema? Das "FBAS"-Signal - oftmals auch als geschlossen codiertes Signal bezeichnet - ist aus der Not heraus entstanden, über einen bereits belegten Kanal mit fester Bandbreite zusätzliche Information (Farbe) übertragen zu müssen.

Die Codierung wurde so gewählt, daß der kompatible Schwarzweiß-Empfang mit nur geringen Qualitätseinbußen möglich war. Die FBAS-Systeme NTSC, PAL und SECAM sind also in erster Linie Übertragungsverfahren.

Aus verschiedenen Gründen haben sich diese Verfahren aber auch im Produktionsbereich etabliert (Tabelle I). Als wichtigster Faktor sind hier die - im Vergleich zu Komponentensignalen - günstigen Ökonomischen Randbedingungen vor allem im Bereich der Signalspeicherung und Signalverteilung zu nennen.
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• >>> technische/technologische Probleme
  • Signalspeicherung
  • Signalverteilung und -Verarbeitung
• >>> mangelnde Ökonomie
  • Aufwandserhöhung um den Faktor zwei bis drei
  >>> Akzeptanzproblem
• • geringer Qualitätsabstand zu FBAS (PAL)
• • Einführung von HDTV wird verzögert

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Wenn heute über die Einführung der Komponententechnik im Produktionsbereich diskutiert wird, so ist damit eine durchgehende Signaldarstellung im Komponentenformat gemeint - angefangen bei den Bildquellen über die Verteil-, Verarbeitungs- und Speichereinrichtungen, bis hin zu den Displays - ein durchaus revolutionärer Ansatz !
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Zweifelsohne haben sich in den letzten zwanzig Jahren (etwa ab 1971) aufgrund der technischen Weiterentwicklung die Randbedingungen für die Einführung der Komponententechnik deutlich verbessert.

Aber auch bislang akzeptable Einschränkungen des FBAS-Signalformats sind aufgrund neuer Entwicklungen in der Produktions- und Übertragungstechnik nicht mehr länger tolerierbar (Tabellen II und III).

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• >>> qualitative Mängel
  • Luminanz-Chrominanz-Übersprechen
  • reale horizontale Luminanzauflösung ist unzureichend
  • eingeschränkte Chrominanzauflösung beeinträchtigt Chromakey-Qualität
  • reduzierter Chrominanz störabstand bei FM-Äufzeichnung
• >>> operationelle Mängel
  • komplexes Signalformat erschwert Nachbearbeitung und den Einsatz digitaler Signal Verarbeitungstechniken
  • Kompatibilität der verschiedenen Systeme zueinander ist unzureichend

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• >>> Einsatz moderner Produktionstechniken
  • Computergraphik und Animation, Multilayer-Compositing
• >>> verbesserte Systemkompatibilität bei der Programmverbreitung
  • MAC-Verfahren, PALplus
• >>> steigende Qualitätsanforderungen auf der Konsumentenseite
  • größere Displays
  • digitale Nachverarbeitung im Empfänger
  • verbesserte Bild/Ton-Qualität über Videokassetten

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So erfordern zum Beispiel moderne Produktionstechniken, wie Animation, Computergraphik und Multilayer-Compositing einen wahlfreien Einzelbildzugriff, der mit dem komplexen FBAS-Signalformal nur bedingt und verbunden mit QualitätsVerlusten realisiert werden kann.

Generell gilt die Feststellung, daß digitale Systeme, insbesondere solche mit Bildspeicherapplikationen, mit weniger Aufwand und qualitativ besserem Ergebnis auf der Basis von Komponentensignalen realisiert werden können.

Was das Qualitätsempfinden des Fernsehzuschauers anbelangt, so hat die These von der vergleichsweise schlechteren Bildqualität anderer Videoquellen heute sicher noch ihre Gültigkeit. In Anbetracht der jüngsten Fortschritte auf dem Heimvideorecorder-Sektor, dem Trend zu größeren Bildschirmen und einer digitalen Nachverarbeitung, die fehlerverdeckende Effekte reduziert, muß bezweifelt werden, ob diese Aussage auch noch in der nahen Zukunft hält.

Ausschlaggebend für den starken Trend in Richtung Komponententechnik sind aber nicht zuletzt die in der Diskussion befindlichen Übertragungsstandards D/D2-MAC und PALplus. Beide basieren auf einer Komponentensignalverarbeitung im Studio.

Auf der Geräteseite sind es im wesentlichen zwei Entwicklungen, die der Komponententechnik den Einzug in die Fernsehstudios ebneten. Der 1/2"-Analogrecorder als Arbeitspferd im Studio sowie der D1-Digitalrecorder für höhere Qualitätsansprüche.
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Nicht zuletzt aus diesem Grund gibt es auch erhebliche Schwierigkeiten, eine einheitliche Bezeichnung für analoge Komponentensignale durchzusetzen (Tabelle VI).
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Im Einflußbereich der EBU ist Cr, Cb bzw. Ecr, Ecb verbreitet, während das 525-Zeilen-Lager die Pr, Pb-Variante bevorzugt. Die anderen Spielarten können ihre Legitimation aus keinem der Standardisierungsvorschläge ableiten.
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Bedingt durch die Entwicklungshistorie gibt es einen wesentlichen Unterschied zwischen der 625- und der 525-Zeilen-Norm:

Die ursprünglich als Schnittstellennorm für ENG-Anwendungen erarbeitete N 10 versteht unter "Komponenten" allein die Kombination von Helligkeitssignal und Farbdifferenzstgnalen, also Y, Ecr, Ecb, während die spätere SMPTE-Norm sowohl die Y, Ecr, Ecb- als auch die R,G,B-Codierung als zulässig ansieht.

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Nachsatz zu Tabelle VII : (1) Faktor 5 Bandbreitenreserve, (2) technologieabhängig, (3) Probleme resultierend aus vertikalem Bildversatz
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Bezüglich einer künftigen Verteilung von HDTV-Signalen im Studio ist bei keinem der vier Formate eine direkte Abwärtskompatibilität gegeben. Lediglich das analoge Parallelformat wäre mit einem Faktor fünf Bandbreitenreserve als Übertragungsmedium für HDTV-Signale geeignet.
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Der Aufwand bzw. die Kosten für die Signalverteilung können untergliedert werden in die Bereiche

1. Kanalcodierung (Kanalcoder und -decoder),
2. das eigentliche Übertragungsmedium (Kabel und Geräteadaption) sowie
3. Schalt- und Verteileinrichtungen (Kreuzschiene, Verteiler).

Hier ergeben sich eindeutige Vorteile für die seriellen Verteilkonzepte, wobei das S-MAC-Format aufgrund seiner relativ aufwendigen Kanalcodierung gegenüber dem digital/seriellen Signalformat doch erheblich abfällt.
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Systematische oder verfahrensbedingte Qualitätseinbußen sind bei keinem der vier Verfahren in großem Umfang zu erwarten (Tabelle VIII).
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Nachsatz zur obigen Tabelle VIII
P ~ potentielle Qualitätseinbußen, s ~ systematische Qualitätseinbußen

Bezüglich potentieller Qualitätsmängel haben die digitalen Systeme aufgrund der besseren Signalreproduzierbarkeit Vorteile im Vergleich zu den analogen Verfahren.
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Als letzter Punkt in der vergleichenden Übersicht ist das Handling angeführt. Darunter fallen zum Beispiel die mechanischen Parameter des Übertragungskanals ebenso wie elektrische Systemeigenschaften, die eine nachfolgende Verarbeitung beeinflussen (vertikaler Bildversatz bei S-MAC).

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß jedes der vier Verteilformate Vor- und Nachteile hat; die meisten Pluspunkte sind in einer Gesamtwürdigung aber dem digital/seriellen Format zuzuschreiben.

Wie in Tabelle VII dargestellt, kann die Technik der Signaldelegation in zwei Problemfelder unterteilt werden: Da ist zum einen das Übertragungsmedium in Form einer Koaxialleitung oder Glasfaserverbindung sowie die eigentliche Gerätetechnik der Schalt- und Verteileinrichtungen.

Die Tabellen IX und X zeigen in zusammengefaßter Form die Zusammenhänge zwischen diesen beiden technischen Parametern einerseits und den im Einsatz bzw. in der Diskussion befindlichen Videonormen andererseits.
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Mit der Einführung neuer Video-Normen und der gleichzeitigen Standard-Diversifikation in Abhängigkeit vom jeweiligen Einsatzgebiet geht eine rasche Zunahme der Video-Schnittstellen einher.

Bezogen auf die Komponententechnik kann man grob zwischen zwei Schnittstellen- kategorien unterscheiden (Bild 7).

1. Es sind dies einmal die komponenteninternen Schnittstellen, die im wesentlichen den Übergang zwischen unterschiedlichen Schaltungstechniken und Verteilformaten abdecken (zum Beispiel Analog/Digital-Wandler, Serializer für Digitalsignale, MAC-Coder).
   
   
2. Zum zweiten gibt es die Schnittstellen zu anderen Videonormen und hier im besonderen die Schnittstellen zum bestehenden FBAS-System (PAL-Coder/Decoder) sowie das Interface zum künftigen HDTV-Standard (Down-Converter und Up-Converter).

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Erläuterungen zu Bild 7
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• 1 FBAS-Decoder,
• 2 FBAS-Coder,
• 3 4:2:2-Coder
• 4 4:2:2-Decoder
• 5 FBAS-Prazisions-Decoder
• 6 FBAS-Präzisions-Coder
• 7 D2-Decoder
• 8 D2-Coder
• 9 Up-Konverter
• 10 Down-Konverter
• 11 HDTV-Digital/Analog-Konverter
• 12 HDTV-Analog/Digital-Konverter

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Der Problemkreis Videoschnittstellen stellt aus standardisierungspolitischen als auch qualitätsrelevanten Gründen eine interessante und zum Teil auch brisante Thematik dar, die allerdings im Rahmen dieses Beitrags nicht weiter vertieft werden soll.

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Wird also heute über Komponentensignale in der Videotechnik diskutiert, dann kann man auf einer Reihe von Standards, Defacto-Standards und anderweitigen Festlegungen aufbauen.

Dazu gehören beispielsweise die grundlegenden Parameter der CCIR-Empfehlung 601 ebenso wie die Aufzeichnungsformate der 1/2"-Analog-Recorder. Sehr viele andere Parameter und Einflußgrößen sind aber noch keineswegs ausdiskutiert (wir schreiben das Jahr 1991) oder befinden sich im Zustand einer fortlaufenden Weiterentwicklung.

Tabelle XI zeigt in schlaglichtartiger Betrachtungsweise die aktuellen Diskussionsschwerpunkte:
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• • CCIR-Empfehlung 601/656
  - 8 bit -» 10 bit
  - 243 Mbit/s -> 270 Mbit/s
  - Ton und Zusatzdaten im seriellen Datenstrom
• • 4:2:2-Noxm -» 4:4:4:4-Norm (4 x 4}
• • Bandbreitenbedarf für 16:9-Bildformat
• • Zwischenzeilenabtastung -> Progressivabtastung?

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• und jetzt -» HDTV ???

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Die Forderung nach einer größeren Amplitudenauflösung (10 bit anstelle von 8 bit) kommt aus dem Bereich der Computergraphik. Die CCIR-Empfehlung 601/656 läßt sich in dieser Beziehung leicht nacharbeiten und 10-bit-Equipment ist heute (1991) im Bereich der Signalverarbeitung bereits Stand der Technik (auch wenn bis heute keine Bandmaschine für diese Bitbreite zur Verfügung steht).

Der Übergang von der in der CCIR-Empfehlung 656 festgeschriebenen seriellen Digitalnorm mit 243 Mbit/s auf die 270-Mbit/s-Norm hat dagegen neben der technischen auch eine politische Komponente.

Gegenstand aktueller Standardisierungsbemühungen ist auch die Übertragung von Ton und Zusatzinformationen im seriell-digitalen Videosignal.
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Eine grundlegende Erweiterung der 4:2:2-Digitalnorm fordern Gerätehersteller und Anwender im Bereich der Videoeffekttechnik und Animation. Der Wunsch geht hier in Richtung höherer Chrominanzauflösung (4:4:4) zur Vermeidung von Aliasstrukturen bei Stanz-Vorgängen (zum Beispiel Chromakey) und einem zusätzlichen Kanal für Key-Signale (4:4:4:4).

Ein ganz aktuelles Thema im Rahmen der PAL-plus-Überlegungen ist der Bandbreitenbedarf für 16:9-Anwendungen sowie die Vor- und Nachteile im Zusammenhang mit der Einführung neuer progressiv und/oder hochzeiliger abtastender Produktionsstandards.

Da die damit aufgeworfenen Fragen aber vielmehr die Grundlagen von Medien- und Industriepolitik ansprechen als die Grundlagen der Videokomponententechnik, sei darauf nicht weiter eingegangen.
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Ein Artikel von Dipl.-Ing. Hans-Peter Richter von der Broadcast Television Systems GmbH (BTS) in 1991
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