FiM_WS1112_09-4_Medien_V1 - IDD

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9. Medien der Bildwiedergabe
Teil 4 – Fernsehtechnik
Farbwiedergabe in den Medien
9.4 Medien der Bildwiedergabe - Fernsehtechnik | Farbwiedergabe in den Medien
Gliederung
 Was ist
Fernsehen?
 Bedeutung
 Geschichte
 Bildaufnahme
 Bildwiedergabe
 ZeilensprungVerfahren
 Codierung des
Fernseh-Signals
 Was bedeutet
digitales
Fernsehen?
9.4 Medien der Bildwiedergabe - Fernsehtechnik | Farbwiedergabe in den Medien | 2
Begriff „Fernsehen“ (1)
 Im allgemeinen Sprachgebrauch wird unter Fernsehen meist nur der
Bildaufbau mit Hilfe elektrischer Signalfolgen auf Fernseh-Bildschirmen
verstanden.
 Tatsächlich sind jedoch Aufnahme, Übertragung und Wiedergabe beim
Fernsehen stark miteinander verknüpft und bedingen einander.
 Für diese Vorlesung soll der Begriff Fernsehen somit für den gesamten Komplex
aus Aufnahme, Übertragung und (nahezu) zeitgleicher Wiedergabe eines
dynamischen Bilds stehen.
A
 Fernsehen, englisch Television, Abkürzung TV
 drahtlose oder kabelgebundene Übertragung von Bildern bewegter und
unbewegter Objekte mit zugehörigem Begleitton für einen großen, mit
entsprechenden Empfangsgeräten ausgestatteten Teilnehmerkreis.
 Mittels Bildaufnehmern (Bildaufnahmeröhre) in der Fernsehkamera werden bei
zeilenweiser Abtastung die Bilder in elektrische Signale umgewandelt, verstärkt
und durch die ebenfalls elektrischen Ton- und Synchronsignale ergänzt.
 Zur Übertragung werden diese Signale über Kabel- oder Richtfunkverbindungen
einem Fernsehsender zugeführt, wo die Bild- und Synchronsignale im Bild-, die
Tonsignale im Tonsender je einem Träger aufmoduliert und als
elektromagnetische Wellen ausgestrahlt werden.
 Fernsehsendungen können nur mit hohen Sendefrequenzen (ultrakurze
elektromagnetische Wellen) übertragen werden, denn die Bildsignale selbst
benötigen zur Wiedergabe der Bildeinzelheiten analoge oder digitale elektrische
Signale sehr hoher Frequenz (bis zu mehreren MHz).
 Es werden Ultrakurz- (VHF) und Dezimeterwellen (UHF) verwendet, die sich
lichtähnlich ausbreiten, weswegen Sendeantennen auf Bergen oder Türmen
errichtet werden müssen.
 Empfang und Wiedergabe der Signale erfolgen über den Fernsehempfänger.
Quelle: www.lexikon.meyers.de
A
Fernsehsysteme
 Standardfernsehsysteme für das Farbfernsehen sind NTSC, PAL und SECAM. Bei
neueren Fernsehsystemen, wie dem analogen Breitwandverfahren PALplus und
dem hochauflösenden Fernsehen HDTV, stehen die Verbesserung der
Wiedergabequalität durch größere Bildschärfe, kräftigere Farben, verändertes
Bildseitenverhältnis, Flimmerfreiheit und CD-Qualität des Begleittons im
Vordergrund. Beim digitalen Fernsehen werden sowohl Bild- als auch Tonsignale
digital übertragen; über einen Rückkanal zum Sender wird interaktives
Fernsehen ermöglicht.
Kabel- und Satellitenfernsehen
 Stark verbreitet sind inzwischen das Kabelfernsehen und das
Satellitenfernsehen. In Deutschland verfügen inzwischen mehr als 40 % aller
Fernsehhaushalte über Satellitendirektempfang, mehr als 50 % über
Kabelanschluss. Anfang 2005 gab es in Deutschland 36,75 Mio. angemeldete
Fernsehgeräte.
Übertragungswege (1)
 terrestrische Übertragung
 Satellitenübertragung
 Kabelfernsehen
 analoge oder digitale Signale
terrestrische Übertragung
Satellitenübertragung
Quelle: www.schuelerlexikon.de; http://ipptravel.com/wp-content/uploads/wpress/2008/04/0077f847d0.jpg
Kabelübertragung
Übertragungswege (2)
nur
analoges
TV
a&d
Quelle: BITKOM 2007; ZAK: Digitalisierungsbericht 2009
nur
digitales
TV
Geschichte des Fernsehens (1)
 1888: Rollfilm auf Basis Nitrozellulose
 1891: erster Kinematograph für
Transport und Belichtung
 28.12.1895: erste öffentliche
Filmvorführung durch die Gebrüder
Lumière
 1897: größere Filmproduktionen, erste
Wochenschauen
Cinematograph der Gebrüder Lumiére
Quelle: http://www.xs4all.nl/~wichm/lumrear.jpg
Geschichte des Fernsehens (2)
 Im Jahr 1873 entdeckte
C. May die Lichtempfindlichkeit des Selens. Über eine
Photozelle ist es möglich,
elektrische Ströme in
Abhängigkeit der
Lichtintensität zu steuern.
 1884 erhielt Paul Nipkow ein Patent
zur Bildzerlegung. Mit der Nipkow-Scheibe
wird das Bild zeilenweise abgetastet und in
elektrische Signale zerlegt.
 Seit 1935 gibt es den regelmäßiger Fernsehdienst (Schwarz/Weiß)
 Das Farbfernsehen gibt es seit 1953 in den USA (NTSC) und seit 1967 in
Deutschland (PAL).
 Ab 1985 wird der Film als Informationsträger nach und nach durch digitale
Aufzeichnungsverfahren ersetzt.
Quelle: Schmidt, U.: Professionelle Videotechnik. 3. aktualisierte und erw. Aufl. Berlin: Springer, 2003.
Farbfernsehsysteme
 Das Farbsignal wird über ein Farbhilfsträgersignal zusammen mit dem Bildsignal
 übertragen. Dafür gibt es verschiedene Verfahren.
 NTSC (National Television System Committee, 1953 in den USA)
Signal für Schwarzweiß- und Farbempfänger nutzbar. Bei langen Übertragungsstrecken
traten jedoch Farbfehler auf, die vom Zuschauer nachgeregelt werden mussten.
 SECAM (séquentielle à mémoire, 1957 in Frankteich)
Die Farbinformationen werden nicht gleichzeitig übertragen, sondern sie werden in
jeweils aufeinanderfolgenden Zeilen sequentiell gesendet. Im Empfänger ermöglicht ein
Speicher, dass das Rot- und Blausignal jeweils gleichzeitig zur Verfügung stehen.
 PAL (Phase Alternating Line, 1967 in Deutschland) Weiterentwicklung des
NTSC-Verfahrens. Das PAL-System vermeidet
jedoch die Farbtonverfälschung infolge von
Phasenfehlern im Farbsignal.
 HDTV (High Definition Television)
 Heute können Fernsehempfangsgeräte
oft mehrere Verfahren empfangen.
Quellen: Morgenstern, B.: Farbfernsehtechnik. Stuttgart: B. G. Tubner, 1983; www.wikipedia.de
Prinzip der Fernsehübertragung
 Grundprinzip des Farbfernsehens:
 Umwandlung der Farben in elektrische Signale durch Kamera (Aufnahme)
 Speicherung der Signale
 Übertragung der Signale zum Empfangsort (drahtlos oder über Kabel)
 Rückwandlung der Signale in ein farbiges Bild durch Farbfernsehgerät
 In dieser Vorlesung beschäftigen wir uns nur mit der Bildübertragung.
Quelle: www.schuelerlexikon.de
Bildaufnahme
 Die Bildaufnahme für das Fernsehen
erfolgt durch Fernsehkameras. Dies sind
ursprünglich elektronische, heute meist
digitale Kameras (siehe Kapitel 9.2).
 Bild und Ton werden bei elektronischen
Kameras in ein elektrisches Signal
umgewandelt. Dieses kann entweder
sofort gesendet oder aufgezeichnet
werden.
 Bei digitalen Kameras werden Bild und
Ton in digitale Daten umgewandelt.
digitale Studiokamera
Bildaufnahme mit einer digitalen CCD-Kamera
Signalverarbeitung
 Bei einem CCD-Chip muss zusätzlich zur Signalverarbeitung der ausgehenden
RGB-Signale noch eine Synchronisierung für das Auslesen der Signale
durchgeführt werden.
 Bei dem hier gezeigten Prinzip werden die Signale für Rot, Grün und Blau aus
einem einzigen Chip erzeugt. Jeder Pixel des Chips ist mit einem Filter
versehen, welcher entweder eine rote, grüne oder blaue Charakteristik hat.
 Die Filtercharakteristik und die Empfindlichkeit des CCD-Sensors bestimmen die
Primärvalenzen des gerätespezifischen RGB-Farbraums.
Geräte-RGB und Farbwertsignale (1)
 Unter einem gerätespezifischen RGB-Farbraum soll im Weiteren der Farbraum
verstanden werden, der gebildet wird durch
 die spektralen Transmissionscharakteristiken sämtlicher optischer Bauteile,
die an der Bildentstehung beteiligt sind (Filter, Prismen, Spiegel, ...).
 die spektralen Empfindlichkeiten der Bildwandler (CCD-Chip, ...).
Transmissionskurven eines Farbteilers
Quelle: Lang, H.: Farbwiedergabe in den Medien. Göttingen: Muster-Schmidt Verlag, 1995.
Geräte-RGB und Farbwertsignale (2)
 Für den gerätespezifischen RGB-Farbraum werden die Farbwerte direkt als
Signale ausgegeben.
 Man nennt die spektralen Funktionen des gerätespezifischen Farbraums in der
Fernsehtechnik Farbmischkurven. Ihre Funktion entspricht der Funktion der
Spektralwertkurven.
typische Farbmischkurven einer CCD-Kamera
Signalverarbeitung in der Kamera (1)
 Die gerätespezifischen Farbwertsignale können jedoch so nicht verwendet
werden. Denn im Prinzip kann für jede Kamera der Geräte-RGB-Farbraum
unterschiedlich sein.
 Durch mehrstufige Signalverarbeitung in der Kamera wird der Geräte-RGB in
einen genormten technischen RGB-Farbraum umgewandelt.
 In weiteren Schritten werden
ein fernsehgerechtes
Synchronsignal und die
Ablenkspannungen für die
Röhre beziehungsweise der
Auslesetakt für den CCDBildwandler erzeugt.
Signalverarbeitung in der Kamera (2)
 Elektronische Matrix
 Durch additive und subtraktive Verknüpfung des Farbwertsignals in einer FarbMatrix werden die negativen Anteile der Farbmischung simuliert. Tatsächlich in
dieser Matrix gebildete negative Farbwertsignale werden allerdings begrenzt.
 Da die Farbmischkurven die Farbwertsignale bei monochromatischer
Beleuchtung darstellen, werden in der elektronischen Matrix auch die
Farbmischkurven transportiert.
 Mit Hilfe der elektronischen Matrix ist es
möglich, Farbmischkurven mit negativen
Anteilen zu realisieren und damit eine
weitgehende Übereinstimmung mit den
Spektralwertkurven zu erreichen.
Zeilensprungverfahren (1)
Aufbau eines Bilds
 Das Zeilensprungsverfahren baut das Bild mit einem zeilenförmigen Zick-ZackMuster in zwei Takten auf. Man spricht daher von zwei Halbbildern.
 Das Synchronisationssignal stimmt den Zeilengenerator der Wiedergabe mit der
Aufnahme ab.
 Die Helligkeit eines jeden Bildpunktes ruft im Bildwandler ein elektrisches Signal
hervor. Der Bildinhalt wird damit über die Helligkeit eines Bildpunkts
beschrieben.
 Aus dem räumlichen
Nebeneinander der
Bildpunkte wird ein
zeitliches Nebeneinander.
 Das Zeilensprungverfahren wird auch mit
Interlace (engl.)
bezeichnet, Abkürzung
50i, mit 50 Halbbildern
pro Sekunde (im
Unterschied zu 50
Vollbildern = 50p (p für progressiv)).
Zeilensprungverfahren (2)
 Die Bildfrequenz beträgt 50 Hz, die Bildwiederholrate beträgt jedoch nur 25 Hz.
HDTV – Zusammenfassung
 High Definition Television HDTV: hochauflösendes Fernsehen
HDTV ist nicht gleichbedeutend mit digitalem Fernsehen!
 Nomenklatur: Zeilenzahl + Bildaufbauverfahren + Bildwiederholrate
Beispiel: 1080i60 = 1080i/30
 Seitenverhältnis: 16:9
 Auflösung:
 1280×720: 2,2-fache Auflösung von PAL 1280 720 ⁄ 720
 1920×1080: 5-fache Auflösung von PAL 1920 1080 ⁄ 720
576 2,2
576 5
 Bildfrequenz: 25 und 30 Bilder pro Sekunde (Zeilensprungverfahren), bzw. 50
und 60 Bilder pro Sekunde (Vollbildverfahren)
 Bildwiederholfrequenz: Fernseher mit bis zu 400 Hz
 Zertifizierte HDTV-Labels: HD Ready, HD Ready 1080p, HD TV, HD TV 1080p
HDTV (1)
 HDTV ist ein Sammelbegriff, der eine Reihe von Fernsehnormen bezeichnet, die
sich gegenüber dem herkömmlichem Fernsehen durch eine erhöhte vertikale,
horizontale oder temporale Auflösung auszeichnen.
 HDTV sollte nicht mit 16:9 oder digitalem Fernsehen (DTV/DVB) verwechselt
werden, wie es durch die gemeinsame Einführung in manchen Ländern
geschieht. Mit EDTV werden manchmal Geräte beworben, die SDTV-Signale
digital aufbereiten oder HDTV-Signale zwar annehmen und verarbeiten können,
diese aber in geringerer Auflösung anzeigen. EDTV wird vor allem außerhalb der
EU in Ländern mit NTSC-Fernsehnorm auch zu HDTV gezählt, ist aber dennoch
nur die progressive Variante des SDTV.
 Zu verschiedenen Zeiten verstand man aufgrund des jeweiligen Standes der
Technik andere Auflösungen als hochauflösend. Aktuell sind Vertikalauflösungen
von 720 (Vollbilder) und 1080 Zeilen (Halbbilder) gebräuchlich. Die bisherigen
Fernsehstandards PAL und SECAM bieten zum Vergleich 576 Zeilen (50 Hz),
NTSC 480 Zeilen (60 Hz), jeweils im Zeilensprungverfahren.
 Abkürzungen:
 HDTV: High Definition Television / Hochauflösendes Fernsehen
 SDTV: Standard Definition Television / Fernsehen mit Standardauflösung
 DTV: Digital Television (Sammelbegriff) – DTTV: terrestrisch
 DVB: Digital Video Broadcasting (Europa) – DVB-T: terrestrisch
 EDTV: Enhanced/Extended Definition Television
Quelle: www.wikipedia.de
HDTV (2)
mehr Zeilen und Spalten
Quelle: www.ftd.de
2008
HD-fähige TVs in Deutschland
Quelle: www.tns-infratest.com (Presseinformation vom: 15.09.2010)
HDTV – Nomenklatur (1)
 Da die HDTV-Norm eine Zusammenfassung von Bildauflösungen und Bildwiederholraten ist, gibt es zur
Unterscheidung eine Grundnomenklatur, um diese zu benennen. Diese setzt sich wie folgt zusammen:
Zeilenzahl + Bildaufbauverfahren + Bildwiederholrate
 Zeilenzahl: die vertikale Bildauflösung (z.B. 720 oder 1080)
 Verfahren des Bildaufbaus: Vollbildverfahren (progressive) oder Zeilensprungverfahren (interlaced)
abgekürzt mit p bzw. i.
 Bildwiederholrate: Hier gibt es zwei verschiedene Konventionen. Oft wird die Anzahl der Bilder pro
Sekunde ohne Unterscheidung zwischen Halb- und Vollbildern angegeben. Die Nomenklatur der European
Broadcasting Union (EBU), die zusätzlich einen Schrägstrich verwendet, sieht hingegen die Angabe der
effektiven Vollbilder pro Sekunde vor (z. B. 720p/50, 1080i/25).
 Beispiele:
 1080i60 = 1080i/30 = 1920 × 1080 Bildpunkte, Zeilensprungverfahren, 30 Vollbilder oder 60
Halbbilder pro Sekunde
 1080p24 = 1080p/24 = 1920 × 1080 Bildpunkte, Vollbildverfahren, 24 (Voll-) Bilder pro Sekunde
 720p50 = 720p/50 = 1280 × 720 Bildpunkte, Vollbildverfahren, 50 (Voll-) Bilder pro Sekunde
 1152i50 = 1152i/25 = 2048 × 1152 Bildpunkte, Zeilensprungverfahren, 50 Halbbilder pro Sekunde
(Alte HD-MAC-Norm)
 Es gibt noch zwei alternative Nomenklaturen:
 Filme in Vollbildern (vorrangig Kinoproduktionen) werden zwar im Zeilensprungverfahren übertragen,
aber der Vollbildcharakter lässt sich unverändert aus diesen beiden Halbbildern rekonstruieren. Die
Bezeichnung würde zum Beispiel 1080i50 bzw. 1080i/25 lauten, man findet hierfür auch 1080psf25.
Das Kürzel psf steht für das Bildaufbauverfahren progressive segmented frame. Die Bildwiederholrate
muss hierbei halbiert werden.
 Bei digitalen Kinoproduktionen mit HD-Kameras findet man die Bezeichnung 24p. Damit kann
1080p24 gemeint sein oder eine noch höhere Auflösung.
HDTV – Nomenklatur (2)
HDTV – Auflösung
A
 HDTV ist mit 1080 aktiven Zeilen in Zeilensprungmodus oder 720 Zeilen im
Vollbildmodus bei einem Seitenverhältnis von 16:9 festgelegt (ITU-R BT.709).
Der Ausdruck „high-definition“ kann sich sowohl auf die Auflösung beziehen als
auch auf Medien mit ähnlicher Schärfe wie Spielfilme.
 Die beiden HDTV-üblichen Bildauflösungen sind 1280×720 Pixel
beziehungsweise 1920×1080 Pixel (Vollformat).
 Das Seitenverhältnis des Bildes beträgt 16:9.
 Auflösungunterschied zu PAL (nach CCIR 601) :
 1280×720: 2,2-fache Auflösung 1280 720 ⁄ 720 576 2,2
 1920×1080: 5-fache Auflösung 1920 1080 ⁄ 720 576 5
 Da die zumeist (USA) verwendete MPEG-2-Komprimierung das Bild in Blöcke
von 16×16 Pixel aufteilt, werden bei 1920×1080 tatsächlich 1088 Zeilen
übertragen.
 Beim progressiven Format werden pro Zeiteinheit doppelt so viele
Informationen gesendet wie beim Zeilensprungverfahren. Insbesondere bei viel
Bewegung im Bild lassen sich also Progressive- und Interlaced-Formate nur
bedingt vergleichen.
 HDTV-Bilder müssen in der Praxis häufig entzerrt werden: Die Übertragung
eines 16:9-Bildes wird häufig in ein 4:3-Verhältnis gestaucht, so dass bei
1080 Zeilen nur 1440 statt 1920 Punkte und bei 720 Zeilen nur 960 statt
1280 Punkte zur Verfügung stehen. Der Schärfeverlust kann durch ein gutes
Mastering gelindert werden.
HDTV – Bildfrequenz & Bildwiederholfrequenz
 Die typischerweise verwendeten Bildfrequenzen betragen bei der Vollbilddarstellung 23,976 Hz, 24 Hz,
25 Hz, 29,97 Hz und 30 Hz, und bei der Halbbilddarstellung 50 Hz, 59,94 Hz und 60 Hz. Wenn es die
Kapazität des Übertragungsmediums erlaubt, ist optional auch eine Vollbilddarstellung mit den
Halbbildfrequenzen möglich.
 Allerdings übersteigt die erforderliche Datenrate von 1080p50 und 1080p60 bei der Verwendung von
MPEG-2 das von den eingesetzten Übertragungsverfahren (DVB und ATSC) vorgesehene Maximum.
 Die traditionelle Frequenz von 50 bzw. 25 Hz wird für eine Darstellung des deutlich größeren dargestellten
Bildes von einigen Experten als zu gering angesehen, weswegen auch in Europa die Nutzung von 60 bzw.
30 Hz erwogen wird.
 Die PAL- und SECAM-kompatiblen 50 Hertz haben gegenüber den NTSC-kompatiblen 60 Hertz den
offensichtlichen Nachteil eines leichter bemerkbaren Flimmerns, aber den Vorteil einer geringeren
Datenrate bei gleicher Kompression. Kinofilme in 24p müssen bei PAL vier Prozent schneller abgespielt
werden, bei NTSC können hingegen trotz korrekten Tempos wegen des nötigen Telecine-Verfahrens (3:2Pull-up) ruckelige Bewegungen auftreten.
 Bei CRT-Fernsehgeräten beträgt die Bildwiederholfrequenz 25 Hz im Zeilensprungverfahren.
 Flachbildschirme (LCD oder Plasmadisplay) sind darauf nicht angewiesen. Diese speichern die
empfangenen Bilddaten zunächst digital und rechnen dann in das benötigte Format um (z. B. von 5:4 auf
16:9). Inzwischen sind Fernsehgeräte mit Bildwiederholraten von 100, 200 oder 400 Hz auf dem Markt.
Bei einer Bildwiederholfrequenz von 200 Hz werden die Bilddaten also 200 mal pro Sekunde aus dem
Bildspeicher ausgelesen. Je nach Fernsehgerät kann dabei noch eine Interpolation der Bilddaten (z.B. zur
Korrektur schneller Bewegungen) erfolgen.
 Bei einigen Fernsehgeräten können daher im Zeilensprungverfahren ausgestrahlte Sendungen auch im
Vollbildmodus ausgegeben werden.
 Die Speicherung der Bilddaten erfordert Zeit, so dass die Ereignisse auf dem Bildschirm mit einer kleinen
Zeitverzögerung ankommen.
HDTV (9)
 Mit den Modelljahren 2009 kommen Fernsehgeräte verstärkt auch mit HDtauglichen Tunern auf den Markt. Es wird unterschieden:
DVB-T, DVB-C, DVB-S, DBV-T(HD), DVB-C(HD) DVB-S(HD)
Die Schreibweisen sind in den Beschreibungen und Werbeanzeigen oft sehr
unterschiedlich.
Quelle: Werbung Media Markt 11/2009
HDTV – HD Labels
A
 HD ready (engl. „HD-bereit“) ist ein von der EICTA* Anfang 2005 geschaffenes Label für Geräte,
die hochauflösendes Fernsehen (HDTV) wiedergeben können. Das „HD ready“-Logo ist zurzeit das
einzige herstellerübergreifende Siegel in Europa, das eine Mindestkonfiguration für HDTVEquipment ausweist.
 Das Empfangsteil bleibt dabei unberücksichtigt. Das HDTV-Signal kommt also von einer externen
Set-Top-Box (HD-STB) über die erwähnten Eingänge, die als Anschlussbuchsen ausgeführt sind,
zum Anzeigeteil.
 Auf Geräte, die in sich (wie beim analogen Antennen- und Kabelfernsehen) Bildschirm und HDTVEmpfänger vereinen („HD IRD“), trifft das Siegel nur bedingt zu. Für diese kombinierten und
reinen Empfangsgeräte gibt es von der EICTA das ähnlich aussehende HD TV Logo.
 Der aus dem Englischen stammende Begriff Full HD bedeutet „Vollständig hochauflösend“. Damit
wird zumeist die Eigenschaft eines HDTV-fähigen Gerätes (Fernseher, DVD-Player, Videokamera,
Set-Top-Box, Spielkonsole, etc.) bezeichnet, die höchste heute für den Konsumbereich
angebotene HD-Auflösung ausgeben oder aufzeichnen zu können. Hierfür kann bspw. ein
Fernsehgerät über eine reale physikalische Auflösung von 1920 × 1080 Pixeln verfügen; oder ein
hochauflösender DVD-Player die für diese Auflösung tatsächlich erforderlichen Signale vollständig
ausgeben.
 Dem gegenüber wird gelegentlich auch der Begriff Half HD verwendet. Dieser bezeichnet eine
niedrigere (etwas weniger als die Hälfte gegenüber Full HD) Auflösung von 1280 × 720 Pixeln.
Diese ist z. B. schon für den Erhalt des HD ready Labels ausreichend.
 EICTA hat am 30. August 2007 zusätzlich das Label HD ready 1080p eingeführt. Viele Hersteller
hatten bereits eigene Labels wie Full HD eingeführt, es gab jedoch keine einheitlichen
Mindestanforderungen. Zudem war EICTA der Ansicht, dass es kein Full HD gibt (Full wäre ein
endlicher Begriff).
*European
Information, Communications and Consumer Electronics Industry Technology Association
Quelle: www.tvfacts.de, www.digitaleurope.org, www.wikipedia.de
HDTV – Mindestanforderungen der HD Labels
Mindestanforderungen
Einführung
Bildschirmformat
Auflösung
analoger Eingang
digitaler Eingang
akzeptierte Bildfrequenz
akzeptierte Bildauflösung
unterstützt digitalen Kopierschutz
HD ready*
2005
16:9
1280x720
YPbPr (HD)
DVI oder HDMI
50 & 60 Hz
1280x720 (720p) &
1920x1080 (1080i)
HDCP
weitere Anforderung
*EICTA-zertifiziertes
HD ready 1080p*
Full HD
2007
16:9
1920x1080
1920x1080
YPbPr (HD)
DVI oder HDMI
24, 50, 60 Hz
1280x720 (720p) &
1920x1080 (1080i, 1080p)
HDCP
alle Videoformate können
verzerrungsfrei dargestellt,
1:1-Abbildung der Pixel
Label
Quelle: www.tvfacts.de, www.digitaleurope.org, www.wikipedia.de
A
Digitales Fernsehen (1)
 digitales Fernsehen, Fernsehverfahren und -systeme, mit denen anstelle
analoger Signale digital codierte Signale zwischen Sender und Empfänger
übertragen werden. Dazu werden nach dem europäischen Standard DVB die
akustischen und optischen Signale moduliert, komprimiert und über Satellit
(DVB-S), Kabel (DVB-C) oder terrestrisch über Funktürme (DVB-T)
übertragen. Vorteile des digitalen Fernsehens gegenüber der analogen
Übertragung sind u. a. deutlich höhere Qualitätsparameter (z. B. Nutzung von
hochauflösendem Fernsehen [HDTV], weitestgehende Störungsfreiheit, Ton in
CD-Qualität), eine Vervielfachung des Programmangebots in den verfügbaren
Frequenzbändern und Zugriffsmöglichkeit auf weitere Serviceleistungen. Um die
Übertragungskapazität zu erhöhen, werden Verfahren der Datenkompression
genutzt.
 Konventionelle Fernsehempfänger sind für die unmittelbare Aufnahme digital
codierter Sendungen nicht geeignet. Zur empfangsgerechten Aufbereitung der
Signale muss ein Decoder (Set-Top-Box) vorgeschaltet werden; auch
Videorekorder, Hi-Fi-Anlage und Computer können an den Decoder
angeschlossen werden. Auch die Fernsehempfänger selbst werden mit
Digitalreceivern ausgestattet.
 Weblinks:
 www.digitalfernsehen.de
Digitales Fernsehen – Normen und Verbreitungswege
A
 Die meisten digitalen Übertragungsnormen arbeiten mit Datenkomprimierung, d.h. dass die Datenmengen
der digitalen Ursprungssignale je nach Qualitätsansprüchen vor der Verbreitung reduziert werden, um
Bandbreite zu sparen (durch Verringerung der Bit-Rate). Das heute allgemein verwendete
Datenreduktionssystem heißt MPEG und existiert sowohl für Audio- wie Videosignale; Die verschiedenen
MPEG-basierten Codes lassen sich zur Datenspeicherung sowie zur Datenübertragung nutzen. Auch das
beliebte MP3-Format oder die gängigen DVD-Normen beruhen auf MPEG. Je nach Übertragungsplattform
unterscheidet man beim digitalen Fernsehen (DVB) folgende technischen Varianten: DVB-S (Satellit), DVBT (terrestrischer Antennenempfang), DVB-C (Kabel), DVB-H (Handy TV), DVB-IPTV (IPTV); alle beruhen
(derzeit) auf der MPEG-2 Norm.
 Durch die digitale Sendetechnik lassen sich zahlreiche Zusatzdienste mit den bestehenden
Fernsehprogrammen kombinieren: Z. B. Datendienste mit Zusatzinformationen und Illustrationen im
Design von Webseiten; erweiterte Teletext-Angebote; Senderkennungen, die das rasche Auffinden z. B. im
automatischen Suchlauf digitaler Receiver ermöglichen; und nicht zuletzt digitale Programmzeitschriften
und Informationen zum Programmablauf (EPG). Durch die Einrichtung eines Rückkanals (im Kabel oder via
Satellit) können diese Dienste interaktiv gemacht werden – das heißt, man kann mit dem Anbieter in
Verbindung treten, E-Mails versenden oder als Nutzer registriert werden. Als Triple-Play bezeichnet man
die parallele Verbreitung von Rundfunk, Telefon und Internet über denselben Übertragungsweg (z. B.
Kabel).
 Digitale Datenströme lassen sich auch in computerbasierten Netzen, z. B. im Internet verbreiten und mit
entsprechender Software auf dem Bildschirm darstellen oder auf Datenträger aufzeichnen (z. B. IPTV).
Digitale Signale (englisch Streams) lassen sich in verschiedenen Normen übertragen, die zwar verwandt
aber untereinander nur begrenzt kompatibel sind. Die meisten Empfangsgeräte lassen sich jedoch mittels
einer Update-Funktion über Satellit, Internet oder Kabel aktualisieren oder um andere Sendecodes
erweitern. Da heutzutage viele Programme verschlüsselt senden, benötigt man zum Empfang des
Angebots ein sogenanntes Empfangsmodul, meist in Form einer Steckkarte, die in den Receiver
eingeschoben wird. Wegen der großen Vielfalt an Verschlüsselungssystemen verfügen viele moderne
Geräte über mehrere Kartenschächte ("Steckplätze"), um die Dienste verschiedener Anbieter empfangen
zu können.
Digitales Fernsehen – Fernsehen über das Internet
A
 Mit dem IPTV-Verfahren (Internet-Protokoll-TV) werden bereits heute zahlreiche Fernsehprogramme unter
Verwendung des Internet-Protokolls weltweit verbreitet. Derzeit werden über 200 Themenkanäle in
deutscher Sprache angeboten, die über jedes webfähige Endgerät mit ausreichender Rechenleistung
empfangen werden können. Dazu gehören unter anderem Informationskanäle größerer Unternehmen wie
Markenhersteller oder Reisebüros; mittlerweile werden jedoch auch bereits viele journalistisch hochwertige
Spartenkanäle zu unterschiedlichsten Themenbereichen angeboten.
 Noch sind die Programme ausschließlich für den Internetempfang konzipiert, sie können jedoch in naher
Zukunft auch problemlos in Kabelbouqets eingebunden oder auf anderem Wege weiterverbreitet werden.
So kann das Internet künftig auch als reiner Übertragungsweg genutzt werden, Aufbereitung und Empfang
der Dienste lägen dann bei den Kabelgesellschaften. IPTV ist noch nicht für den Massenempfang konzipiert,
kann jedoch durch Aufrüstung mit Multicast-fähigen Servern bereits in wenigen Jahren massentauglich
gemacht werden. In letzter Zeit hat sich ein Quasi-Monopol rund um den Münchner Medienunternehmer
Ingo Wolf etabliert, der zahlreiche Spartenprogramme gestützt auf die IPTV-Technologie meist
unverschlüsselt anbietet oder weiterverbreitet.
 Künftig dürfte das Internet für alle Fernsehanbieter zum hart umkämpften Terrain werden, RTL und
SAT1/Pro7 werden ihre Programme schon in Kürze auch im Internet verbreiten (siehe auch IPTV). Einige
Netzbetreiber wie der Kabelanbieter Hansenet mit seinem Fernsehbouquet Alice oder die Deutsche
Telekom mit ihrem breitbandigen Übertragungsstandard VDSL bieten bereits heute IPTV-Fernsehen (die
Telekom einschließlich des hochauflösenden HDTV) auf Basis von IP Multicast, wegen der derzeit noch
ungenügenden Internetkapazitäten allerdings nur innerhalb des eigenen Netzes.
Begriff „DVB“
A
 Digital Video Broadcasting (DVB) steht für Digitaler Videorundfunk.
 DVB bezeichnet in technischer Hinsicht die standardisierten Verfahren zur
Übertragung von digitalen Inhalten (Fernsehen, Radio, Mehrkanalton,
Raumklang, interaktive Dienste wie MHP, EPG und Teletext und weitere
Zusatzdienste) durch digitale Technik. Durch Datenkompression (MPEG-2 und
für HDTV vor allem H.264) können im Vergleich zur analogen
Fernsehübertragung mehr Programme pro Sendekanal (Frequenz) übertragen
werden. Die Qualität ist dabei vielfältig anpassbar; je stärker die Daten
komprimiert werden, desto mehr Programme können gleichzeitig auf einem
Transponder (Satellit) übertragen werden, im Gegenzug sinkt die Qualität oder
steigt der Rechenaufwand.
 Ferner sind Angebote wie Abonnenten- beziehungsweise Bezahlfernsehen, Payper-View, Video-on-Demand durch Verschlüsselung des Signals für die Sender
wesentlich kostengünstiger und sicherer möglich.
DVB – Übertragungswege
 Es gibt mehrere technische Unterarten von DVB für die unterschiedlichen
Übertragungswege, die sich hauptsächlich im Modulationsverfahren, dessen
optimale Wahl entscheidend vom Frequenzbereich und Übertragungskanal
abhängt, und bei der Fehlerkorrektur unterscheiden:
 DVB-S: Übertragung durch direktstrahlende Satelliten
 DVB-C: Übertragung über Kabelnetze (Cable)
 DVB-T: Übertragung durch terrestrische Senderketten (VHF* bzw. UHF*)
 DVB-H: asynchrone Übertragung auf mobile Endgeräte (handheld devices),
ebenfalls terrestrisch
 DVB-IPI: Übertragung über IP-basierte Netzwerke, zum Beispiel Internet
(Internet Protocol Infrastructure)
 DVB-RC(S/C/T): Rückkanal (Return Channel) für die Übertragung von
Datendiensten, zum Beispiel Breitbandinternet
 DVB-SI: Übertragung der Service Informationen
 DVB-SH: Übertragung über Satellit auf mobile Endgeräte (handheld
devices)
*VHF:
very high frequency – 177,5-226,5 MHz; UHF: ultra high frequency – 306-858 MHz
Fernseh- und Videosignale








Videosignal
Gradation
RGB-Signal
Farbbalken-Prüfsignal
YUV-Signal
Crominanz-Signal
Y/C-Signal
FBAS-Signal
BAS-Signal
 Der Bildinhalt (Helligkeit) und die
Informationen der Synchronisation
werden im sogenannten BASSignal kodiert.
 B:
Das Bildsignal enthält den
Bildinhalt (die Helligkeit eines
jeden Bildpunktes).
 A:
Das Austastsignal schaltet den
Elektronenstrahl beim
Zeilenrücklauf aus.
 S:
Das Synchronisiersignal dient der
Zeilensteuerung beim Bildaufbau
und wird in der Fernsehkamera
erzeugt.
Quelle: www.schuelerlexikon.de
Videosignal: B-Signal
 Videosignalverlauf einer Bildzeile (schwarz/weiß)
Videosignal: BA-Signal
 Horizontalaustastung
Videosignal: S-Signal (Horizontal)
 Horizontal-Synchronimpuls
Videosignal: Kontrast und Helligkeit
 Kontrast und Helligkeit können am Bildschirm eingestellt werden.
Videosignal: Schwarz- und Weißwerteinstellung
Exkurs: Kontrast
Kontrast [ital., zu lat. –ital. contrastare „entgegenstellen“] der, -(e)s/-e,
1. Fotografie: i. Allg. Verhältnis (logarithmisch: Differenz) zw. den Lichtwerten der hellsten und dunkelsten
Stelle im Objekt (Objekt-, Motivkontrast) bzw. Differenz zwischen der zugeordneten optischen Dichte
in einer bildmäßigen Übertragung des Objektes. Der bei der Aufnahme maßgebliche Gesamtkontrast
(zwischen den hellsten Lichtern und den tiefsten Schatten) ist das Produkt von Eigenkontrast des Motivs
und Beleuchtungskontrast. Die Kontrastwiedergabe lässt sich wesentlich durch die Steuerung der
Gradation beeinflussen.
2. Optik: Sammelbezeichnung für photometrisch bewertete Helligkeits- und Farbunterschiede zwischen
leuchtenden Stellen des Gesichtsfeldes. Leuchten zwei Stellen mit Leuchtdichte
bzw. , so ist ihr
photometrischer Helligkeitskontrast K die auf die Leuchtdichte der einen Stelle bezogene
⁄ oder
⁄
Leuchtdichtedifferenz beider Stellen:
Der photometrische Farbkontrast ist analog festgelegt; es ist lediglich jede Leuchtdichte mit einem
Faktor zu multiplizieren, der von der Farbe der leuchtenden Stelle abhängt.
3. Wahrnehmungspsychologie: als Wahrnehmungskontrast das Sich-voneinander-Abheben zweier
gleichartiger Wahrnehmungsinhalte, verbunden mit einer gegenseitigen Beeinflussung der
Sinnesempfindungen bei gleichzeitiger Reizung benachbarter Sinneszellen (Simultankontrast) oder bei
kurz aufeinander folgenden Reizung derselben Sinneszellen (Sukzessivkontrast) durch Reize
unterschiedlicher Qualität oder Quantität (z.B. Lichtreiz unterschiedlicher Farbe bzw. Helligkeit), wobei
diese Beeinflussung zum Wahrnehmen oder Erleben von tatsächlich nicht vorhandenen Erscheinungen
führen kann (Kontrasttäuschungen).
Die Beeinflussung verläuft stets in gegensinniger Weise zur beeinflussenden Empfindung, wobei größere
Reizflächen ein Übergewicht über kleinere erlangen. Z.B. erscheint ein grauer Fleck in einer dunklen
Umgebung heller, in einer hellen Umgebung dagegen dunkler, als es seiner tatsächlichen Helligkeit
entspricht. In farbiger Umgebung nimmt er den Farbton der Gegenfarbe an. Ferner kommt es besonders
in den Grenzbereichen kontrastierender Flächen zu gegenseitigen, als Grenz- oder Randkontrast
bezeichneten Kontrasttäuschungen.
Gradation (1)




Schwarzpunkt: U = 0 und E = 0 beziehungsweise U = 0 und L = 0
Weißpunkt:
U = Umax und E = Emax beziehungsweise U = Umax und L = Lmax
L = Leuchtdichte
E = Beleuchtungsstärke
Gradation (2)
 Der Zusammenhang zwischen dem Signal (Spannung U) und der Helligkeit bei
der Bildwiedergabe (Leuchtdichte L) ist nicht linear, und es gilt:
L Lmax  U U max  W

 Dieses Verhalten resultiert aus der Steuerkennlinie der zur Bildwiedergabe
eingesetzten Kathodenstrahlröhre.
 Anstatt diese Nichtlinearität in jedem Empfänger auszugleichen, wird auf der
Aufnahmeseite die so genannte -Vorentzerrung eingesetzt.
 Für die Aufnahmeseite gelten für Beleuchtungsstärke E und Signalspannung U:
U U max  E Emax 
A
Index A: Aufnahmeseite
Index W: Wiedergabeseite
Gradation (3)
A
 Die Gammakorrektur wird benötigt, um nichtlineare Aufnahme- bzw.
Wiedergabecharakteristiken auszugleichen.
 Heute ist jeder Fernseh-CRT-Bildschirm mit einer -Korrektur von  = 2,2
versehen. Dies hat einen historischen Hintergrund.
 Damit man in den frühen Fernsehzeiten mit sehr beschränkten elektronischen
Möglichkeiten (Röhren) nicht jeden Fernsehapparat aufwändig korrigieren
musste, wurde die Korrektur bei den (wenigen) Aufnahmekameras im Studio
vorgenommen. Das Signal wurde auf der Aufnahmeseite „vorentzerrt“.
 Die Korrektur von  = 2,2 ist nur für Fernsehgeräte definiert. Für
Computermonitore gibt es keine einheitlichen Festlegungen.
 Zum Nachdenken: LCD-Fernsehgeräte haben eine andere Gradation als CRTMonitore. Wie kann dennoch eine korrekt korrigiertes Bild auf dem LCDFernsehgerät dargestellt werden?
RGB-Signal
 Das RGB-Signal besteht aus drei BAS-Signalen.
 Das RGB-Signal benötigt drei Übertragungswege (Leitungen).
 Kennzeichen:
 höchste Übertragungsqualität
 nur für kurze Strecken
RGB-Farbbalken-Prüfsignale
 Die RGB-Videosignale werden mit Hilfe von so genannten 100/100- und 100/75Farbbalken-Prüfsignale getestet. Definierte Signale werden vorgegeben und mit
den zu erwartenden Werten verglichen.
YUV-Signal (1)
 Das YUV-Signal basiert auf den RGB-Signalen. Diese werden zu einem Signal für
Helligkeit (Y) und zwei Signalen für Chrominanz (U und V) verknüpft.
 Aufbau eines Farbbilds:
U
V
Chrominanz
(Mischfarbsignal)
+
Luminanz
(Helligkeitssignal,
Schwarz-Weiß-Fensehen)
=
Farbbildaustastsignal
(FBAS, Farbfernsehen)
 Durch die Verknüpfung der drei RGB-Farbsignale zu zwei Chrominanzsignalen
und einem Helligkeitssignal (Luminanz) ist die Übertragung mit einem Kanal
möglich.
HLS-System (1)
 Hue – Buntton (Farbton)
 Luminance – Helligkeit
 Saturation – Sättigung
 Helligkeit: 0 – 100
 Sättigung: 0 – 100
 Buntton: 0 – 360o
 Die mögliche Zeigerlänge der Sättigung
hängt auch von der Helligkeit ab.
 Unbunt: S = 0
 Weiß: S = 0, L = 100
 Schwarz: S = L = 0
 Anwendung beispielsweise in der SignalCodierung für Farbfernsehen.
Buntton
HLS-System (2)
A
 Beim HLS- (auch HSL-) Farbraum wird die Farbe mit Hilfe des Bunttons (hue),
der Farbsättigung (saturation) und der Helligkeit (luminance) beschrieben.
 Ähnlich definiert sind der HSV-Farbraum mit der Dunkelstufe (value), der HSBFarbraum mit der absoluten Helligkeit (brightness) und der HSI-Farbraum mit
der Lichtintensität (intensity).
 Die übliche Darstellungsmethode ist ein auf der Spitze stehender Kegel, bei dem
die Helligkeit von unten nach oben zunimmt. Zur Darstellung werden auch
Zylinder, Pyramiden, Doppelkegel, Kugel und andere verwendet.
 Beim HLS-System ist die Kegelfläche eine Fläche gleicher Sättigung. Die Fläche
gleicher Buntheit ist ein Zylinder um die Helligkeitsachse.
YUV-Signal (2)
 Bei der Einführung des Farbfernsehens sollte das Farbsignal Schwarz-Weißkompatibel sein.
 Es wurde die Helligkeitsinformation (Luminanz Y) und die Farbinformation (zwei
Chrominanzsignale U und V) eingeführt (für das PAL-System).
 Es besteht ein YUV-Signal mit
Y = 0,299 · R + 0,587 · G + 0,114 · B
U = (B – Y) · 0,493
V = (R – Y) · 0,877
 Die Chrominanzsignale U und V werden auch als Farbdifferenzsignale
bezeichnet.
 Man spricht somit auch von einem YCC-Farbmodell:
Weiß: Y = 100%, U = V = 0
Unbunt: R = G = B = Y und (R - Y) = (B - Y) = 0
YUV, YCbCr, YPbPr
 Das YUV-Farbmodell wird beim analogen Farbfernsehen nach den Normen PAL
und NTSC verwendet.
 Das YCbCr-Farbmodell wurde für das Digitalfernsehen nach der Norm PAL
entwickelt, heute aber auch beim digitalen NTSC-Fernsehen genutzt. Außerdem
wird es verwendet beim CCIR-601-Standard für digitale Bild- und
Videoaufzeichnung, bei JPEG-Bildern, MPEG-Videos und damit auch bei DVDs,
Video CDs sowie den meisten anderen digitalen Videoformaten.
 Das YPbPr-Farbmodell wird vor allem bei der analogen Übertragung von
Videosignalen aus digitalen YCbCr-farbkodierten Quellen wie DVD oder DVB
verwendet, die meist per Component-Video-Anschluss erfolgt.
YUV-Signal (3)
 Gewinnung des Helligkeitssignals (Luminanz) und der Farbdifferenzsignale
(Chrominanz):
A
YUV-Signal (4)
 Farbsignalaufbereitung nach dem PAL-Verfahren
Quelle: Steinmetz, R.: Multimedia-Technologie. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2000 .
A
YUV-Signal (5)
A
YUV-/RGB-Signalwandlung
 Matrix zur Gewinnung der RGB-Signals aus dem Komponentensignal YUV
A
Chrominanzsignal (1)
 Chrominanzsignale beim 100/100
Farbbalken
 Die Länge des Chrominanzvektors C hängt
von der Farbsättigung ab. Bei Unbunt ist
die Länge gleich Null.
 Die Länge des Chrominanzvektors C
berechnet sich wie folgt:
C  U 2 V 2
 Zeigerdarstellung der Chrominanzkomponenten bei Rot und Grün
 Chrominanzvektor in Abhängigkeit von Helligkeit und Farbsättigung
Farbsignale mit Farbhilfsträger
 Spektrale Verkämmung von Y-Signalen und C-Signalen
 Die Farbdifferenzsignale (Chrominanzsignale) und das BAS-Signal wurden aus
Gründen der Kompatibilität zu einem Farb-Bild-Austast-Synchron-Signal (FBAS)
zusammengefasst.
 Die Chrominanzsignale werden in den Lücken des Übertragungsspektrums des
BAS-Signals übertragen.
 Die technischen Details der Übertragung sind nicht Gegenstand der Vorlesung.
Y/C-Signal: S-Video (1)
 Das gesamte Farbvideosignal besteht aus den beiden Anteilen Luminanz Y und
Chrominanz C.
 Wenn beide Anteile separat auf eigenen Leitungen übertragen werden, spricht
man vom Y/C-Signal oder von S-Video.
 Anwendung: hochwertige Heimsysteme, semiprofessionelle Geräte (S-VHS, Hi8,
…)
 Das Signal ist qualitativ schlechter als RGB, aber besser als YUV.
Y/C-Signal: S-Video (2)
 Luminanz- und Chrominanzsignal beim 100/100 Farbbalkensignal
FBAS-Signal (1)
 Durch die Zusammenführung von Luminanzsignal und Chrominanzsignal
entsteht das zusammengesetzte Farb-Bild-Austast-Synchron-Signal (FBAS bzw.
Composite Video).
 In der frequenzabhängige Darstellung wird deutlich, dass die Y-Amplitudenwerte
und C-Amplitudenwerte addiert werden.
 In der zeitabhängigen Darstellung wird deutlich, dass Luminanzsignal und
Chrominanzsignale untereinander verkämmt werden.
 Es wird eine Übermodulation bis zum Wert 133%
beziehungsweise bis -33% zugelassen.
 In der Graustufendarstellung wird das überlagerte
Farbsignal durch ein leichtes Störmuster sichtbar.
 Das FBAS-Signal ist das Standardvideosignal, es
wird auch als Composite-Signal oder einfach
Videosignal bezeichnet. Der Signalspannungswert
beträgt 0,7 V mit zusätzlich 33% Übermodulation
durch den Chrominanzanteil.
FBAS-Signal (2)
 FBAS-Signal beim 100/100-Farbbalkensignal
 Burst: Besteht aus ca. 10 Schwingungszügen der Farbträgerfrequenz mit fester
Phasenlage zur Synchronisation zwischen Phase und Frequenz beim Empfänger.
Standards bei der Farbdarstellung am Bildschirm (1)
 Die Farbarten der Wiedergabe-Primärvalenzen für den Fernseh-Rundfunk kann
standardisiert werden. Damit wird gewährleistet, dass die vom
Farbfernsehempfänger empfangene Signale auf jedem Bildschirm die gleichen
Farben erzeugen.
NTSC – National Television System Committee
EBU – European Broadcasting Union
HDTV – High Definition Television („hochauflösendes Fernsehen“)
Impressum
Farbwiedergabe in den Medien
Vorlesung im WS 2011-12
Prof. Dr.-Ing. E. Dörsam
Technische Universität Darmstadt
Fachgebiet Druckmaschinen und Druckverfahren
Magdalenenstr. 2
64289 Darmstadt
http://www.idd.tu-darmstadt.de
9.4 Medien der Bildwiedergabe - Fernsehtechnik | Farbwiedergabe in den Medien

FiM_WS1112_09-4_Medien_V1 - IDD

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