Erklärung des Farbfensehens zu PAL Zeiten
Wir schreiben 2017 und diese analoge Zeit ist vorbei. Keiner außer uns hier im Museum (bzw. in den anderen Museen) arbeitet bzw. spielt noch SDTV (Standard Definition Tele-Vision).
Das "Warum" beschäftigt dennoch so manchen Leser und das will ich hier in erheblich vereinfachten Worten (und nicht immer ganz korrekt) zusammenfassen.
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Wir wollen (sollen) Zuhause bewegte farbige Bilder sehen.
Das ist die Aufgabe, die um 1960 bei uns in Mitteleuropa oportun war. Wie bekomme ich ein vernünftiges Fernsehprogram in Farbe auf den Bildschirm. Schon hier möchte ich "farbig" und "bunt" unterscheiden. Wir wollen aber farbige Bilder sehen, also "willkürliches " oder "zufälliges" bunt reicht nicht.
Wie bekommt es der Ingenieur hin, daß diese farbigen Bilder auch auf den bereits vorhandenen (alten und neuen) Schwarz- Weiß- Fernsehern noch akzeptabel gesehen werden können ? Und wie entwickle ich ein Gesamtkonzept, bei dem das Farb-Empfangsteil auch bezahlbar bleibt ?
Fangen wir ganz vorne an - mit der Farb-Kamera
Die NTSC, PAL, SECAM Farbfernsehkamera, egal welcher Technologie, erzeugt 50 mal pro Sekunde 3 einfarbige Bildsignale für die 3 Grundfaben Rot, Grün und Blau. Aus diesen 3 Farben setzt sich so gut wie jedes farbige Bild zusammen.
Jedes dieser 3 Farbsignale benögt eine Informations-Bandbreite von etwa 5 MHz, die auch am Ausgang der Kamera verfügbar ist. Jetzt könnte man 3 Fernsehsender damit füttern und im Empfänger gerade mal diese 3 Farbsignale wieder übereinander mischen und fertig wäre das Farbfernsehbild. Perfekt, aber leider nicht realistisch.
Die ganzen alten S/W Fernseher wären unbrauchbar. Also müsste man das Farbbild aufspalten in die schwarz-weiß Bildinformation und die 3 Farben dazu. Es wären dann 4 Fernsehsender notwendig. Das müsste so gesendet werden, daß der S/W Fernseher genau das alte bereits bekannte Bildformat bekommt.
Das könnte man auch so machen, das Farbbild in zwei Bereiche trennen - die Luminanz und 3 x die Chrominanz und mit 4 Sendern getrennt senden.
Damit würde aber die Übertragung der gesamten Farbe noch teurer, weil eigentlich 4 Sender senden müßten. Das kann und wollte keiner bezahlen. Ein Trick mußte her.
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Der Trick mit dem einen Sendekanal und Differenz-Signalen
Dieses Farb-Konzept hatten die RCA Ingenierue (mit NTSC) ab etwa 1953 ausgetüftelt, da die Amerikaner lange nicht so anspruchsvoll waren wie die Europäer, trotz des verheerenden Krieges, aus dem ja nur sehr wenig übrig blieb.
Vergleicht man das Schwarz-weiß - Helligkeits-Signal (Luminanz-Signal) des Fernsehbildes mit nur einem der 3 Farbsignale, so kann man jeweils eine (Farb-) Differenz errechnen bzw. erzeugen. Jede einzelne (Farb-) Differenz ist deutlich kleiner als das Schwarz-weiß-Signal und das komplette Farbsignal zusammen.
Folglich könnte man ja jeweils von dem jeweiligen Farbsignal (das ist größer) das kleinere Luminanz-Signal abziehen und hätte damit 3 einzelne erheblich kleinere Farbdifferenzsignale (in theoretisch voller Qualität).
Die könnte man vom Sender zum Fernseher übertragen und dort wieder alle 3 Farbsignale durch Addition vollständig zurückgewinnen und zwar verlustfrei.
Aber auch das ist zu aufwendig, weil man immer noch eine erhebliche Frequenzbandbreite brauchte und damit die Menge der Kanäle stark einschränken würde. Also hat man noch einen 2. Trick auf Lager.
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Der zweite Trick beim Farbfernsehen
Das obige Konzept verbraucht immer noch zu viel Bandbreite, denn im Rahmen der Kompatibilitäts-Forderung sind nur 5,5 MHz verfügbar.
Da haben pfiffige Ingeniere bei RCA herausgefunden, daß man sogar aus zwei Farbdifferenz-Signalen die dritte Farbe rückgewinnen könne und zusammen mit dem Luminanz-Signal das gesamte farbige Urbild zurück bekäme.
Das ginge dann so, daß man (aus bestimmten Gründen) nur die Farbdifferenzen von Rot und Blau benutzt, die zusammen in eine Bandbreite von 0,8 MHz hineinzwängt und so die bereits bei Schwarz-weiß benutzen maximalen Bandbreiten auslastet.
In unserem Farbfernseh-Sende-Signal ist also eine Schwarz-weiß Information (Luminanz) enthalten und 2 Farbdifferenz-Informationen (Chrominanz) sowie der Fernseh-Ton und noch ein paar Hilfs-Signale.
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Die Qualität hatte dadurch deutlich gelitten
Daß dabei gegenüber einem originalen Studio-Farbild direkt aus der Kamera per Coaxial-Kabel auf den "Klasse1"- (Edel-) Kontrollbildschirm deutlich sichtbare Abstriche zu machen sind beziehungsweise waren, hatten wir alle schon mal gesehen, als es PAL noch gab. Das ist aber bei DVB-T und auch bei DVB-T2 wieder oder immer noch der Fall. Das Codieren und Decodieren hat großen Einfluß auf die Bildqualität.
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Es gibt (gab) noch viel mehr Randbedingungen
Zum ersten ist es die Farbempfindlichkeit der Aufnahmesysteme, seien es Röhren oder Halbleiterchips. Jedes Aufnahmeelement liefert bei den drei Grundfarben unterschiedliche Pegel, die korrigiert werden müssen.
Als nächstes ist auch unser Auge sehr unterschiedlich in der Wahrnehmung von Farben. Auch das muß in die Berechnung der Helligkeit der einzelenen Farbstrahl-Systeme der Farbbildröhre eingebracht werden. Das gilt übrigens auch für die moderneren LCD Bildschirme.
Und drittens sind auch die Leuchtpartikel oder Leuchtstoffe sowohl in der Farbbildröhre wie auch bei den modernen Flachbildschirmen sehr unterschiedlich und müssen vom Pegel her korrigiert werden.
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Inhaltsverzeichnis des Telefunken Fachbuches (1966)
(über die ganz ausführliche Erklärung)
Übersicht über die Signale beim Farb-Fernsehen | ||
Seite | 9 | Nicht korrigierte Primär-Farbsignale |
10 | (Gammakorrigierte) Primär-Farbsignale | |
10 | Leuchtdichte-Signal | |
10 | Farb-Differenzsignale | |
11 | Nicht reduziertes Primär-Farbart-Signal | |
11 | Reduzierte Farb-Differenzsignale | |
11 | Primär-Farbart-Signal | |
12 | Farbart-Signal | |
12 | FBAS-Signal |
1. Schwarz-Weiß-Fernsehen als Grundlage
Seite | 15 | Vorbemerkung |
15 | Signale und Blockschaltplan der Sendeseite | |
17 | Signalfrequenzband | |
18 | Periodischer Charakter des beim Schwarz-Weiß-Fernsehen aufzumodulierenden Gesamtsignals | |
19 | Das Kammspektrum des BAS-Signals | |
21 | Empfänger-Blockschaltplan | |
23 | Bildschirmleuchten beim Schwarz-Weiß-Fernseh-Empfänger |
2. Die geforderte Kompatibilität
Seite | 25 | Begriffserklärung |
25 | Übereinstimmende Grenzlinien für die Spektren | |
25 | Übereinstimmung der Synchronisier-Impulse und der Austast-Impulse | |
26 | Frequenzverkämmung | |
27 | Farbträger-Unterdrückung bzw. Farbträger-Schwächung |
3. Farbwahrnehmung und die Signale beim Farb-Fernsehen
Seite | 29 | Mischen von Farblichtstrahlungen |
31 | Folgerungen für das Farb-Fernsehen | |
33 | Einfluß der Abmessungen von farbig leuchtenden Flächen | |
33 | Die Primär-Farbsignale | |
35 | Leuchtdichte-Signal und Farb-Differenzsignale | |
39 | Der Farbkreis | |
41 | Der Farbkreis im Zusammenhang mit dem Farb-Fernsehen | |
44 | Die Bandbreiten der für das Farb-Fernsehen wichtigen Signale |
4. Die Farbfernseh-Bildröhre
Seite | 47 | Aufbau der Lochmasken-Farbfernseh-Bildröhre |
52 | Das Steuern der Strahlströme | |
55 | Hochspannung, Strahlströme und Ballaströhre | |
56 | Besonderheiten der Ablenkung | |
56 | Farbreinheit | |
56 | Konvergenz | |
57 | Farbrein heitsmagnet | |
58 | Einstellen der Farbreinheit | |
59 | Bildzentrierung | |
59 | Konvergenzfehler | |
61 | Die Konvergenzsysteme | |
63 | Gesamtanordnung | |
63 | Die Abschirmkappe der Lochmasken-Farbfernseh-Bildröhre | |
64 | Entmagnetisierungswicklung |
5. Allgemeiner Überblick über Farbfernseh-Coder und Farbfernseh-Empfänger
Seite | 67 | Das Gemeinsame der Farbfernseh-Verfahren |
67 | Der allgemeine Blockschaltplan des Coders | |
69 | Prinzipieller Aufbau des Farbart-Signals | |
70 | Zwei Arten der Farbträger-Modulation | |
71 | Der allgemeine Blockschaltplan des Farbfernseh-Empfängers | |
73 | Varianten des Farbfernseh-Empfänger-Blockschaltplans |
6. Das NTSC-Farbfernseh-Verfahren
Seite | 75 | Vorbemerkung |
75 | Das NTSC-Farbart-Signal | |
77 | Unterdrückter Farbträger | |
78 | Reduzierte Farb-Differenzsignale | |
82 | NTSC-Farbträger-Frequenz | |
83 | Farb-Synchronisier-Signal (Burst) | |
84 | Ein vollständiges Zeigerdiagramm des Farbart-Signals bei Quadratur-Modulation mit Träger-Unterdrückung 86 I-Signal und Q-Signal beim NTSC-Verfahren | |
86 | Grenzlinien für die Spektren beim NTSC-Verfahren | |
87 | Blockschaltplan des NTSC-Coders | |
88 | Blockschaltplan des NTSC-Farbfernseh-Empfängers |
7. Das PAL-Verfahren
Seite | 91 | Grundsätzliches |
92 | Grundgedanke des PAL-Verfahrens | |
94 | Summen- und Differenz-Bildung der Farbart-Signale zweier aufeinander folgender Zeilen beim PAL-Verfahren | |
96 | Eliminieren eines Phasenfehler-Einflusses | |
99 | Farbträgerfrequenz beim PAL-Verfahren | |
99 | Farb-Synchronisier-Impuls beim PAL-Verfahren | |
100 | Das Speichern des Farbart-Signals | |
100 | Blockschaltplan des PAL-Coders | |
101 | Grenzlinien der Spektren beim PAL-Verfahren | |
102 | Blockschaltplan des PAL-Empfängers | |
104 | Varianten der PAL-Farbfernseh-Empfängerschaltung |
8. Das SECAM-Verfahren
Seite | 105 | Vorbemerkung |
105 | Prinzip des SECAM-Verfahrens | |
105 | Modulation beim SECAM-Verfahren | |
107 | SECAM-Schalter | |
107 | Blockschaltplan des SECAM-Coders | |
109 | Blockschaltplan des SECAM-Farbfernseh-Empfängers |
9. Kurzgefaßtes Lexikon zur Physik und Technik des Farb-Fernsehens
Seite | 113 | |
167 | Stichwörterverzeichnis |