High Definition Television

High Definition Television (HDTV, Hochauflösendes Fernsehen) ist ein Sammelbegriff, der eine Reihe von Fernsehnormen bezeichnet, die sich gegenüber dem herkömmlichem Fernsehen durch eine größere (sichtbare) Zeilenzahl (720[750], 1035[1125], 1080[1125], 1152[1250] Zeilen), erhöhte Auflösung und ein verändertes Bild-Seitenverhältnis (16:9) auszeichnen. HDTV kann mit den bekannten Bildwechselraten 25/50 Vollbilder pro Sekunde/50 Halbbilder pro Sekunde (EBU) und 24/30/60 Vollbilder pro Sekunde/60 Halbbilder pro Sekunde (FCC/ATSC-System) arbeiten.

Die höhere Zeilenzahl ermöglicht einen geringeren Betrachtungsabstand von etwa dem 2,5-fachen der Bildhöhe und damit einen eher dem breitwandigem Kinobild entsprechenden Gesamtbildeindruck. Insgesamt bietet HDTV also wesentliche Verbesserungen der Bildqualität.

Siehe auch: Digital Video Broadcasting (DVB).

Geschichte

Ende der 40er Jahre bis Anfang der 80er Jahre

Der Traum von hochauflösendes Fernsehen ist genauso alt wie das Fernsehen selbst. Schon bei der Festlegung der normalauflösenden Fernsehnormen der Welt Ende der 40er Jahre mußte man sich bei der Festlegung der Zeilenanzahl und Videobreite gegenüber dem Wünschenswerten deutlich einschränken, praktisch hatte man zur Übertragung von Fernsehen 80 bis 90 MHz HF-Bandbreite. Beherrschbare und bezahlbare Hochfrequenztechnik endete bei 200 bis 300 MHz.

Das Ergebnis waren damals unzählige nationale Fernsehnormen mit 405 bis 819 Zeilen und Videobandbreiten von 3 MHz bis 10 MHz. Besonders die Franzosen taten sich in dieser Zeit im Inkompatiblitätswettwerb hervor. Die Bildfrequenzen wurden den örtlichen Frequenzen des Stromnetzes angepasst. Das ist zwar unschön, weil es davon weltweit zwei verschiedene gibt (50Hz und 60Hz), aber es ist sinnvoll, um Geflacker bei Kunstlicht zu vermeiden. So schaffte man es schon damals, ohne Farbe und Stereo oder gar Mehrkanalton, auf beachtliche 12 verschiedene Schwarzweißnormen.

Von diesen 12 Normen sind zwar bis heute immerhin 2 Stück ausgestorben (die alten französischen und britischen Varianten) und im UHF-Bereich (470...890 MHz) ist im Gegensatz zum älteren VHF-Bereich zumindest die Frequenzbelegung etwas weniger nationalistisch geraten -- es gibt nur noch 2 Varianten -- aber das ganze wurde mit vielfältigen Farbfernsehnormen (NTSC sowie jeweils mehrere PAL- und SECAM-Versionen) und mehreren Methoden zur Übertragung von Stereo/Zweikanal-Ton ver(un)ziert. Hinzu kommen noch unzählige Videotext/Teletext-Versionen und Erweiterungen dieser (unzählige EPG-Versionen, teilweise von Sender zu Sender unterschiedlich, ist die neueste Kreation).

Weitweg von diesem Kuddelmuddel, in dem damals die Buchstaben DD, dts, MP3, WMA, NEO, DPL, AC3, AAC, MPEG, DVD-V, DVD-A, CD, DVD+-R/RW/ROM etc. noch gar nicht vorkamen, fanden die ersten Versuche zu HDTV Ende der 70er bis Anfang der 80er Jahre statt. Treibende Kraft war die IEEE und die SMPTE.

Die damaligen Versuche waren rein analog, obwohl schon damals in die digitale Richtigung gesehen wurde mit dem Wissen, daß das in Kürze eine realisierbare Utopie sein würde. Vor 25 Jahren gab es schon Vorstellungen, die ziemlich dem entsprechen, was heutzutage realisierbar ist.

Mit HDTV wollte man damals zur Genüge bekannte Fehler des normalen Fernsehens beheben, die da wären:

• Sichtbarkeit der Zeilenstruktur durch zu geringe Auflösung und Zeilensprung, besonders auf großen Bildschirmen
• mäßige Detailauflösung, unbefriedigende Bildschärfe
• Flimmern größerer heller Flächen und von horizontalen bzw. fast horizontalen Linien im Bild
• Cross Color-Störungen: Übersprechen von Helligkeitsinformation in die Farbübertragung
• Cross Luminance-Störungen: Übersprechen von Farbinformation in die Helligkeitsübertragung
• Bildseitenverhältnis von 4:3, was nicht dem im normalen Kino projezierten Bild entspricht (Volksmund: entspricht nicht dem Gesichtsfeld des Menschen, das Gesichtsfeld des Menschen hat aber ein Seitenverhältnis von etwa 1,4:1)
• deutlich sichtbares Rauschen im Bild
• Geisterbilder und andere durch die terrestrische Übertragung auftretende Störungen

Die damaligen Ansätze liefen alle auf folgendes hinaus:

• Erhöhung der Zeilenzahl auf 1125 bis 1501 Zeilen (Farbe) oder 2125 Zeilen (Schwarzweiß)
• Seitenverhältnisänderung auf 5:3 bis 2:1
• Erhöhung der Halbbildfrequenz auf 60 Hz zur Reduktion des Flimmerns
• Option für die nahe Zukunft: Digitaltechnik zur weiteren Erhöhung der Bildfrequenz durch mehrfaches Auslesen und Anzeigen digitaler Bildspeicher
• Erhöhung der Videobandbreite für das Helligkeitssignal auf 20...50 MHz
• Vom Helligkeitssignal getrennte Farbart-Übertragung mit Bandbreiten zwischen 5,5...12,5 MHz
• Frequenzmodulation statt Amplitudenmodulation der Videosignale

Ohne die heutzutage übliche Video-Irrelevanzkodierung (MPEG-2 und MPEG-4) klingt das ganze betreffs der notwendigen HF-Bandbreite etwas utopisch und unrealistisch, allerdings ist es nicht so schlimm:

• die notwendige Bandbreite im Basisband beläuft sich auf 32 bis 63 MHz
• die notwendige HF-Bandbreite beläuft sich auf 100 MHz bis 250 MHz
• terrische On-Air-Ausstrahlung war nie beabsichtig worden
• Als Übertragungsmethoden wurde Satellit und Glasfaser in Betracht gezogen bzw. erprobt
• technisch wurde damals 60 Standard-Sender und 30 HDTV-Sender

pro Hot Spot bzw. Glasfaser als völlig ausreichend empfunden *Bruce Springsteen hatte damals den Titel "57 channels (and nothin' on)" noch nicht geschrieben

Die gesamten mir bekannten Unterschungen liefen im Zeitraum 1978 bis 1982. Danach wurde es plötzlich sehr still um HDTV. Allerdings war es damals auch schwer an Informationen heranzukommen. Mögliche Gründe (Spekulation!) könnten aber sein

• in den 70er Jahren gab es einen Trend zu hoher Qualität bei Ton- und Bildwiedergabe, der in den 80er Jahren spürbar nachließ
• der Aufwand für HDTV war für die damalige Zeit wirklich ziemlich hoch und für den Normalbürger kaum bezahlbar
• die notwendigen Bildröhren bzw. Bildwiedergabeeinrichtungen waren zu teuer bzw. noch nicht geboren (für die Versuche wurden 56 cm...76 cm Röhren mit Lochmasken verwendet, die heutzutage bei Computermonitoren verwendet werden)
• der für diese Röhren sinnvolle Betrachtungsabstand liegt bei maximal 1,50 m, das ist nicht kompatibel mit einem typischen Wohnzimmer

Ende der 80er bis Mitte der 90er

Ende der 80er Jahre wurde es auf einmal wieder etwas lauter um HDTV. Bei diesem Vorstoß konzentrierte man sich im Gegensatz zu den Machbarkeitsstudien 10 Jahre zuvor mehr auf einen gangbaren Upgrade-Pfad. HDTV sollte die zweite Stufe einer Verbesserung sein, deren erste Stufe D2MAC hieß. Die HDTV-Version sollte HDMAC heißen. Das Kunstwort MAC ist die Abkürzung von "Multiplexed Analog Components".

D2MAC benötigt die gleiche Bandbreite wie normale Sender, die PAL benutzen. Die grundlegenden Ideen waren:

• Helligkeits- und Farbartsignal werden nacheinander übertragen
• Es gibt keine Horizontalaustastlücken, d.h. es wird die gesamte Zeilenzeit von 64 µs für die Bildübertragung genutzt
• Zukünftige Fernseher werden ohnehin das Bild digitalisieren, so daß das kaum Mehraufwand bedeutet

Die Probleme von D2MAC waren:

• die Bildauflösung bleibt die gleiche, vergleichen mit Fernsehgeräten mit Comb-Filtern sinkt sie sogar
• Bildunruhe durch Zeilensprung und 50 Hz bleiben
• mir ist kein einziges tatsächlich gebautes Fernsehgerät mit D2MAC bekannt gewesen
• nicht Zukunftsfähige Nischenlösung im Umbruchzeitalter zwischen rein nalogen und rein digitalen Lösungen
• D2MAC und HDMAC hätten ein Seitenverhältnis von 4:3 gehabt

Der verbleibende Vorteil, fehlende Cross Color-Störungen, ist verglichen mit dem Aufwand und der Anzahl der Sender, die in D2MAC gesendet haben, marginal. D2MAC war übrigens über TV-SAT empfangbar. IIRC 5 Sender. Später ist TV-SAT, der zu 100% aus Steuermitteln finanziert wurde, von der Telekom an einen skandinavischen Anbieter verscherbelt worden. Damit war das Kapitel D2MAC beendet.

HDMAC sollte genau die doppelte Auflösung von D2MAC und PAL haben. D.h. 1250 (+/-1) Zeilen, davon 1152 Zeilen sichtbar. Dazu sollten zusätzliche Informationen über einen weiteren Übertragungskanal mit einem D2MAC-Signal verrechnet werden. Wie dieses Signal zu übertragen ist, wurde nie näher erläutert. Praktisch realisierbar wäre nur 2 bis 3 Nachbarkanäle gewesen. Auf Grund des Bandbreitebedarfs von ca. 30 MHz HF-Bandbreite ist auch hier von Kabelempfang und Satellitendirektempfang auszugehen.

Ein letzter Anlauf einer Analogtechnik zur Qualitätverbesserung war Mitte der 90er Jahre PALplus. Das Prinzip ist einfach und verbessert die vertikale Auflösung von Spielfilmen mit Seitenverhältnissen von 16:9 und größer. Im Prinzip ist es eine anamorphe Kodierung von Filmmaterial wie bei der DVD-V ohne Aufgabe der Rückwärtskompatiblität. Das Quellsignal ist anamorph kodiert, das ausgestrahlte, direkt sichtbare Fernsehbild ist allerdings nicht anamorph. Das beim Bildzusammendrücken (vertikales Subsampling) herausgefilterte hochfrequente Signal wird optisch unauffällig in den schwarzen Balken verstaut. Das geschieht durch Pegelverringerung und Modulation mit dem Farbträger. Wenn man genau hinsieht, sieht man das Signal als farbig (dunkelblau) schillernde Stellen in den Balken.

An sich ist PALplus sinnvoll. Encoder (in den Sendeanstalten) und Decoder (in Fernsehgeräten) würden heutzutage kaum Geld kosten, das teuerste sind wahrscheinlich Lizenzgebühren.

Trotzdem hat sich PALplus nicht durchgesetzt. Die Gründe, teils belegt, teils Spekulation:

• Boykott durch die Sendeanstalten (nur die öffentlich-rechtlichen und Pro7 nutzen es)
• die ersten PALplus-Geräte waren viel zu teuer (Aufwand!), die zweite Generation dieser Technologie ist dann gleich ganz aus den Geschäften rausgefallen
• Lizenzpolitik ???

Die Qualitätsunterschiede sind deutlich sichtbar -- vergleichbar mit denen zwischen DVD anamorph abgespielt und nicht anamorph abgespielt.

Anfang der 90er bis heute

Heutige Verfahren basieren auf reiner Digitaltechnik zwischem dem Sendestudio und dem Wohnzimmer. Bei rein digitalen Filmen wie "Toy Story" und "Das große Krabbeln" wird das Signal erst im Wohnzimmer des Zuschauers zum ersten mal in ein analoges Signal gewandelt.

Ende der 80er Jahre sind die ersten größeren Anstrengungen für eine vollständig digitale Übertragung unternommen worden. Aufbauend auf den Erfahrungen der JPEG-Gruppe (Standbildkompression) wurde die MPEG-Gruppe (Bewegtbild + Audio) gegründet. Ziel war die Schaffung von weltweiten Standards, die bei niedrigen Datenraten und bezahlbarer Elektronik eine gute Bildqualität erlauben. Die in den frühen 80er Jahren angedachten Verfahren (ADPCM) sind dafür vollständig ungeeignet, da sie kaum Redundanzen des Bildes ausnutzen. Zum Überblick mal ein paar übliche Datenraten in Bit pro Pixel:

• RGB 24: 24 bit
• YUV 420: 12 bit
• ADPCM: 5...6 bit
• M-JPEG: 2,4...3 bit (DV: 2,4 bit)
• MPEG-1: 0,4...0,8 bit (Video CD: 0,47 bit)
• MPEG-2: 0,3...0,6 bit (DVD: 0,4...0,8 bit)
• MPEG-4 (H.263): 0,2...0,4 bit
• MPEG-4 (H.264): 0,1...0,15 bit

Der angegeben Bereich ist etwas das, was für befriedigende bis gute Wiedergabe notwendig ist. Wie man leicht sieht, sind die modernen Lösungen mindestens eine Größenordnung von ADPCM entfernt. Auf Grund dieser hohen Effizienz entsteht die paradoxe Situation, daß man in einem Frequenzbereich, wo früher ein analoger Kanal übertragen wurde, auf einmal 6 digitale Kanäle übertragen werden können, und das in deutlich besserer Qualität. Leider verführt die mögliche flexible Bitratenzuteilung auch immer mehr dazu, nicht 6x sehr gute Qualität, sondern 8x brauchbare oder 10x mittelmäßige Qualität zu senden, weil das mehr Einnahmen bringt und die meisten Kunden, die beim Fernsehen eh kein gutes Bild gewohnt sind, sich das problemlos bieten lassen.

Euro1080, what's wrong?

Die Fehler reichen von indiskutablen Marketing über fehlende Gedanken über den Übergang zu HDTV bis hin zu technischen Problemen. Fangen wir in dieser Reihenfolge an:

Marketing

Ohne Kommentare nur ein paar Stichpunkte

• es gibt kaum Endgeräte
• Ausnahmen sind Computer sowie ein spezieller HD-DVB-Receiver sowie eine handvoll Fernsehgeräte, die an diesen HD-DVB-Receiver angeschlossen werden können.
• außer ein paar Neugierigen gibt es keine Kunden, geschweige denn einen Kundenstamm
• ab Mai 2004 wird verschlüsselt, neben der psychologischen Seite bewirkt das, dass kein bekanntes Gerät diese Signale mehr anzeigen kann
• keine Pressearbeit
• es ist kaum das gesendete Programm in Erfahrung zu bringen
• auf Anfragen und E-Mails wird nicht reagiert

Übergang zu HDTV

Der Übergang zu HDTV sollte idealerweise so erfolgen, dass man etwa zum Sendestart von HDTV zwei Gattungen von Geräten auf den Markt wirft:

• HDTV-optimierte Geräte, die die volle Qualität aus HDTV herausholen
• normale hochwertige Geräte sollten für wenig Aufpreis auch als Modelle mit HDTV-Unterstützung angeboten werden

Das könnten z.B. HDTV-DVB-Empfänger, dazu geeignete Beamer sowie "normale" 82 cm-16:9-100 Hz-Fernseher sein, die HDTV mit geringerer Bildwiederholrate als Standard-TV ausgeben können, HDTV in den USA wurde zum Beispiel so dimensioniert. Beispiele sind im Anhang 2 "100 Hz-Fernsehgeräte mit 31,2...33,8 kHz" und "Fernsehgeräte mit 45 bis 48 kHz". Der technische Aufwand dafür ist vergleichsweise gering. Der Kunde kann sich dann überlegen, ob er für 1200 Euro das "normale" Modell oder für 1300 Euro das HDTV-taugliche Modell mit außerdem einem zusätzlichen YUV-Eingang nimmt.

Technische Probleme

Zum einen ein sehr objektives Problem: Mit 18 Mbps ist die Datenrate für 1080i50 im MPEG-2-Verfahren deutlich zu niedrig. Schon bei normalen Spielfilmen sind Artefakte bei dieser Datenrate zu erkennen, bei Bühnenshows mit typischen Problemfällen ist die Bildqualität regelrecht mies. 18 Mbps im HDTV-Verfahren entsprechen etwa 3,75 Mbps bei 1,85:1-DVD-Filmen bzw. 3 Mbps bei 2,35:1-DVD-Filmen, wobei die Filme auf DVD den Vorteil einer dynamisch anpaßbaren Bitrate haben, die bei Sendungen nicht möglich ist. Wenn man die Sendungen auf einem 82cm-Fernsehgerät wiedergibt, sind bei normalem Abstand diese Fehler zwar nicht so auffällig wie bei einer 3&nbsp&;1/2-Stunden-Film-Raubkopie auf einer DVD-R, wenn allerdings richtige HDTV-Beamer zum Einsatz kommen, dann sind diese deutlich sichtbar bis ziemlich störend. Normalerweise wird für 1080i 27 Mbps empfohlen, bei geringeren Qualitätsanforderungen 22 Mbps. Europ sendet dennoch nur mit 18 Mbps.

Im Studio arbeitet man übrigens auf DVs mit 54 Mbps, und mir sind Berichte zu Ohren gekommen, in denen das als zu knapp bezeichnet wird, weil damit bei kritischen Passagen schon in der Originalaufnahme, wenn auch geringe, Fehler zu sehen sind.

Weiterhin sind die 50 Hz für eine Darstellung des deutlich größeren Bildes zu wenig, und 100 Hz-HDTV-Fernseher werden noch etliche Zeit auf sich warten lassen. Ein Wechsel auf 60 Hz hätte dieses Problem gelöst und man hätte in ein paar Jahren weltweit nur noch eine Bildfrequenz gehabt.

Vor- und Nachteile: 50 Hz:

• kompatibel zu CCIR (im Volksmund PAL)
• etwas geringere Datenrate
• Kinofilme ohne Telecine darstellbar

60 Hz:

• kompatibel zu FCC/IAC (im Volksmund NTSC)
• kompatibel zu ATSC
• Kinofilme ohne Speedup darstellbar
• akzeptables Flimmern ohne Bildfrequenzverdopplung (die in den ersten Jahren außer in Highend-Produkten nicht zu finden sein wird)

Wenn man es schon unterschiedlich zur US-Norm machen will, dann hätte man das ganze auch gleich für die CCIR-Norm optimieren können. Das Ergebnis wäre 1152i50 gewesen statt 1080i50.

Die "bunte" Welt der HDTV Receiver in Europa

Es könnte alles so schön sein: Wenn die EU-Politik JA gesagt hätte. Hat sie aber nicht. Und: wird sie auch nicht.

Werfen wir kurz einen Blick in die USA. Vor Jahren lächelte Europa noch Müde über deren NTSC. Heute lacht Amerika über Europa und unser PAL. In Amerika vollzog sich vor einigen Jahren ein entscheidender Schritt für die Einführung von HDTV. Per Gesetz wurden alle Nationalen Sender verpflichtet mindestens 80 Prozent ihrer Sendungen in HD-Norm abzustrahlen. Hintergrund für dieses Gesetz war wohl die begründete Befürchtung, dass es ohne klare Rahmenbedingungen kaum Käufer für HDTV-Receiver und produzierende Sender geben würde.

Das Gesetz zeigt Wirkung: Die Verbraucher entschieden und entscheiden sich für HD-TV und heute senden "NBC", "NBC-HD", "Discovery-HD", "CBS-HD", "ABC-HD", "MSG-HD" und Co. Hochauflösendes Fernsehen hat sich durchgesetzt. Über 90 Prozent der Sendungen laufen in HD und die kommende WM 2004 wird komplett in HDTV übertragen.

Zurück nach Europa. In die Urzeit.

Kein Gesetz regelt hier die Einführung von HDTV. Der Zug ist eigentlich verpaßt. Anstatt ganz Deutschland zum Umstieg auf Digital-TV zu bewegen (DVB-T, DVB-S, DVB-C), hätte man gleich auf HDTV setzen sollen. Doch die europäische Union sah keine Notwendigkeit für ein Gesetz. Und deshalb sehen Gerätehersteller und TV-Sender keine Notwendigkeit für HDTV-Technik. Und der Kunde? Nun, der ahnt ja nichts von den Möglichkeiten und legt sich während dessen digital TV zu. Es wird wohl kaum möglich sein Endkunden zu erklären, dass ihre neue Set-top-Box bereits veraltet ist, denn HDTV gibt’s damit nicht.

Dennoch machte sich eine kleine belgische Produktionsfirma auf den HDTV-Himmel über Europa zu erobern. "Euro 1080" soll den Durchbruch bringen. Mit großen Zielen, aber ohne Zuschauer und Empfangsgeräte, ging der Sender an den Start. Die Pressearbeit blieb kläglich und das Interesse gering. Deutsche Sender müssen sparen, die Kunden auch.

Bald will TF-1 in Frankreich einen HD-Sender starten. Bald. ... vielleicht aber auch nie. Deutsches als HD ist bei RTL, ARD und Co in den nächsten 10 Jahren nicht geplant.

Doch zurück zur Gegenwart und dem Receiver-Markt.

Auch wenn in der Online-Tauschbörse eBay oder beim Fachhändler "um die Ecke" einige HDTV-Receiver angeboten werden, so ist doch höchste Vorsicht geboten. Das, was derzeit auf den europäischen Markt gebracht und angeboten wird, gleicht einem "Test am lebenden Objekt".

Die Geräte sind technisch unterstes Niveau und wurden "in Windeseile" für Europa umgerüstet. Zwar lebt der HDTV-Markt in Asien und Amerika sein Jahren, doch die dortigen Geräte eignen sich für uns überhaupt nicht. Also wurden einige Module ausgetauscht. Dementsprechend die Lücken in der Ausstattung. Kein wirkliches EPG, kein VPS. Das haben nämlich Amis und Asiaten nicht.

Größtes Problem: Fehlende CI-Schächte. Erst diese ermöglichen mit entsprechenden Modulen (ZB. Alphacrypt) Pay-TV sichtbar zu machen und Anbieterunabhängig zu bleiben.

Derzeit wird, und auch nur bei einem Gerät, ein einziges Verschlüsselungssystem angeboten. Irdeto. Bei QS-1080-R ist ein Irdeto -CA eingebaut. Damit kann man "Euro 1080" sehen. Und nur "Euro 1080". "Euro 1080", zum empfangen über Astra 19,2 Ost.

Doch das Programm wird codiert. Passende Karten kosten über 600 Euro und was dann über den Kanal einen TV-Kanal flimmern soll, wird selbst von "Euro 1080" noch schwammig formuliert. Die Belgier haben wohl nicht erwartet, dass das Interesse gering ist.

Halten wir also fest: Mit einem HDTV-Receiver bekommen sie nur ein Programm in HDTV. Vorausgesetzt Sie erwerben ein Abo.

Der deutsche Pay-TV-Anbieter "Premiere" zeigte vor Kurzem ein Game aus den Staaten in HDTV. Allerdings blieben Besitzer von HD-Geräten außen vor. Grund: die erwähnten fehlenden CI-Schächte. Nix da mit Vielfalt. Wann es entsprechende Geräte geben wird, ist völlig offen. Welcher Hersteller will schon für die Tonne produzieren, denn der Markt in Europa ist dank fehlender politischer Rahmenbedingungen gering.

Vergleichen wir nur mal Sendungen 4:3 und 16:9. Hier wird deutlich, dass nicht einmal 16:9 anklang findet. Während die BBC selbst Nachrichten, Frühstückssendungen und Events in 16:9 überträgt, erlebt man in Deutschland "Wetten dass...", Tagesschau, Talkshows und Co weiterhin im Müden 4:3. Und das seit 10 Jahren.

Also Abwarten. HDTV nicht kaufen. Die Geräte sind zu teuer und schlecht ausgestattet. Sie können weder Diseq 1.3 (USALS) noch sonstige Standards.

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