Das Prinzip der Fernsehbildübertragung, hier bezogen auf die Schwarzweiß-Bildwiedergabe, läßt sich kurz folgendermaßen darstellen: Die optische Bildvorlage wird in kleine Bildelemente (Bildpunkte) aufgeteilt. Über einen optischelektrischen Wandler, meistens eine Bildaufnahme- Kamera-Röhre, werden die einzelnen Bildpunkte nacheinander entsprechend ihrem Helligkeitsgrad in ein elektrisches Signal umgewandelt. Es folgt die Übertragung dieses Signals in seiner eigentlichen Frequenzlage oder moduliert auf einem hochfrequenten Träger. Empfangsseitig wird nach entsprechender Aufbereitung (bzw. Rückgewinnung) das elektrische Signal dem elektrisch-optischen Wandler, der Fernsehbildröhre, zugeführt und als ein Abbild der Helligkeitsverteilung der Bildvorlage wiedergegeben. Die kontinuierliche Übertragung von bewegten Bildvorlagen erreicht man - wie beim Kinofilm - durch Aufnahme einer Anzahl von Teilbildern.

Die Abtastung der Bildvorlage geht zeilenweise von links nach rechts und dann von oben nach unten vor sich (BILD 1). Der Abtaststrahl wird dazu horizontal (waagrecht) und vertikal (senkrecht) abgelenkt. Es wird ein Zeilenraster geschrieben. Damit sich Lesestrahl und Schreibstrahl gleichzeitig in richtiger Zuordnung auf den jeweiligen Bildpunkt über die Bildfläche bewegen, werden Synchronzeichen übertragen.

Der Abtastvorgang bringt die einzelnen Bildpunkte von der geometrischen in eine zeitliche Zuordnung. In der Darstellung nach BILD 2 wird vereinfachend davon ausgegangen, daß der Abtaststrahl in vernachlässigbar kurzer Zeit an den linken Bildrand zurückkehrt (zurück läuft).

Im allgemeinen erhält man als Signalstrom eine sehr vielgestaltige Impulsfolge mit wechselndem zeitlichen Mittelwert, entsprechend dem mittleren Helligkeitswert der Bildvorlage. Dieser sowie auch sehr hohe Signalfrequenzkomponenten, bedingt durch feine Bilddetails, müssen dem Empfänger unverzerrt zugeführt werden. Daraus ergeben sich im wesentlichen die notwendigen Eigenschaften des Übertragungssystems.

Die Qualität des wiedergegebenen Bildes wird durch die Auflösung bestimmt. Die Auflösung ist um so besser, je höher die Zeilenzahl ist. Eine Mindestzeilenzahl ist notwendig, damit die Rasterstruktur nicht störend in Erscheinung tritt. Dies kann jedoch nur im Zusammenhang mit dem Betrachtungsabstand des Fernsehbildes und dem Auflösungsvermögen des menschlichen Auges erörtert werden.

Als optimalen Betrachtungsabstand findet man etwa den fünffachen Wert der Bildhöhe.(BILD 3). Bei diesem Betrachtungsabstand soll die Zeilenstruktur gerade nicht mehr sichtbar sein, das heißt, es soll die Grenze des Auflösungsvermögens des menschlichen Auges erreicht werden. Der Grenzwinkel beträgt unter normalen Bedingungen etwa 1,57.

Das bedeutet bei einem fünffachen Bastand eine Anzahl von Z = 500 sichtbaren Zeilen [1]. Nach der CCIR-Norm wurde ein Wert von 625 Zeilen für die gesamte Rasterfläche festgelegt, wovon wegen des vertikalen "Strahlrücklaufes" etwa 575 Zeilen im sichtbaren Bildfeld liegen (Nordamerika und Japan 525 Zeilen, davon etwa 475 sichtbar).

Die Bildwechselfrequenz von 25 Hz beim Fernsehbild reicht jedoch für eine flimmerfreie Bildwiedergabe nicht aus. Dieses Problem galt es auch beim Kinofilm zu lösen, wobei durch eine sogenannte Flimmerblende die Projektion jedes Einzelbildes einmal unterbrochen wird und somit der Eindruck der doppelten Bildwechselfrequenz entsteht.

Beim Fernsehen ist dies nicht möglich, hier hat man jedoch eine Lösung mit dem sogenannten „Zeilensprungverfahren" gefunden. Die Zeilen des gesamten Rasters werden auf zwei Halbraster aufgeteilt, die ineinander verschachtelt sind und die zeitlich nacheinander übertragen werden. Jedes Halbraster enthält Z/2 Zeilen und läuft in der Zeit Tw/2 ab. Das bedeutet, daß dem 1. Halbraster die ungeraden Zeilen 1, 3, 5,. und dem 2. Halbraster die geraden Zeilen 2, 4, 6,. zugeschrieben werden (geometrische Zeilennumerierung) (BILD 4).

Bei der Wiedergabe der beiden Halbraster muß dafür gesorgt werden, daß diese genau ineinander geschrieben werden, da andernfalls durch eine Paarigkeit der Zeilen das Halbraster sehr störend hervortreten würde. In einem System mit ungerader Zeilenzahl, beispielsweise bei 625 Zeilen, findet der Übergang vom 1. zum 2. Halbraster nach der Hälfte der letzten Zeile des 1. Halbrasters statt. Man erspart sich in diesem Fall ein besonderes Hilfssignal zum periodischen Versatz der beiden Halbraster. In Abschnitt 2.2 wird hierauf noch eingegangen.

Statt 25 Vollbilder mit je 625 Zeilen werden also 50 Halbbilder mit je 312 1/2 Zeilen übertragen. Es ergibt sich somit eine Halbbildwechselfrequenz (Rasterwechselfrequenz) oder Vertikalfrequenz von fv = 50 Hz. Daraus leitet sich eine Zeilenwechselfrequenz oder Horizontalfrequenz ab von

fh = 25 (Bildwechsel) • 625 (Zeilen) = 50 (Bildwechsel) • 312 1/2 (Zeilen)= 15.625 Hz.

Die Periodendauer der Horizontalablenkung beträgt Th = 64us, die der Vertikalablenkung Tv = 20ms. Horizontal- und Vertikalfrequenz müssen synchron und phasenstarr miteinander verkoppelt sein. Man erreicht dies durch Ableitung der beiden Frequenzen aus der doppelten Horizontalfrequenz (BILD 5).

Die Auflösung des zu übertragenden Bildes wird durch die Zeilenzahl bestimmt. Bei gleicher Auflösung in horizontaler und vertikaler Richtung ist die Bild- punktbreite b gleich dem Zeilenabstand a (BILD 6).

Der Abtaststrahl muß nach Durchlaufen jeder Zeile und jedes Teilbildes wieder zurückgeführt werden. Dazu sind (ganz kurze) Rücklaufzeiten notwendig. Während des Strahlrücklaufes werden sowohl der Lesestrah (in der Kameraqröhre) - als auch der Schreibstrahl (in der fersehbildröhre) ausgeblendet.

Die benötigten Rücklaufzeiten, bezogen auf die Periodendauer Th der Horizontalablenkung beziehungsweise Tv der Vertikalablenkung, sind in BILD 7 angegeben. Sie betragen gemäß CCIR-Norm:
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• tr h = 0,18 • Th = 11,52us,
• tr v = 0,08 • Tv = 1,6ms.

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Die höchste Bildsignalfrequenz tritt auf, wenn helle und dunkle Bildpunkte aufeinanderfolgen (BILD 9). Wegen des endlichen Durchmessers des Abtaststrahls ergibt sich eine "Verschleifung" der Hell-Dunkel-Kante, sodaß es genügt, die Grundschwingung des rechteckförmigen Bildsignals zu übertragen. Dies führt zu einer maximalen Bildsignalfrequenz von
fb max = 1/Tb = 7,3 MHz.

Unter Berücksichtigung eines endlichen Strahldurchmessers ergibt sich schließlich noch eine gegenüber dem Ansatz verminderte Vertikalauflösung, die durch den sogenannten Keil-Faktor K ausgedrückt wird. Mit einem Wert für K von etwa 2/3 erhält man dann die wirklich zu fordernde Bandbreite des Bild- oder Videosignals vom 5 MHz. Dieser Wert ist auch in der CCIR-Norm festgelegt.

LITERATUR
[1] Theile, R.: Fernsehtechnik, Bandf: Grundlagen. Springer-Verlag, Berlin - Heidelberg, New York, 1973.