Fernsehsignal

Spektrum des Fernsehsignals

In diesem Bild wird das Frequenzspektrum eines Fernsehsignals dargestellt -- CCIR-Norm für den Bildsender-Amplitudenfrequenzgang (oben) und die Empfänger-Durchlasskurve (unten). Angegebene Frequenzen beziehen sich auf die in Deutschland verwendete PAL B/G-Fernsehnorm und beziehen sich relativ zum Bildträger.

Die Abbildung bezieht sich so nur auf das bereits hochfrequent aufmodulierte Signal, wie es über Antenne oder Fernsehkabel ins Haus kommt. Ein Basisband-Videosignal, wie es z.B. über SCART-Kabel von einem Videorekorder oder einer Spielkonsole zu einem Fernseher übertragen wird, hat keinen Bildträger und der entsprechende Punkt entspricht genau 0 Hz, in diesem Fall sind die angegebenen Frequenzen als absolute Werte zu verstehen. Da es keine negativen Frequenzen gibt, hat ein Basisband-Videosignal natürlich kein unteres Restseitenband. Auch das Tonsignal ist bei Basisband nicht im Videosignal vorhanden, sondern wird ohne Träger über eigene Leitungen geschickt; dadurch kann die Frequenz eines Basisband-Videosignals nach oben theoretisch unbegrenzt sein.

1. Das untere Restseitenband. Das Fernsehsignal wird amplitudenmoduliert, wobei von einem Seitenband nur ein Teil übertragen wird. Die ansteigende Flanke ist die Nyquistflanke. Das untere Restseitenband ist ca. 0,75 MHz breit (übertragen werden 1,25 MHz).
2. Der Bildträger. Der Punkt, wo die Nyquistflanke den Träger schneidet, heißt Nyquistpunkt. Er sollte höhenmäßig genau mittig liegen.
3. Das Helligkeitssignal. Dieses geht bis ca. 5 MHz.
4. In den oberen Teil des Helligkeitssignals ist das Farbsignal eingeschachtelt. Der Farbträger liegt bei ca. 4,43 MHz und ist unterdrückt -- er wird im Empfänger neu erzeugt.
5. Das Tonsignal. Der Tonträger liegt bei 5,5 MHz. Sein Pegel liegt 12dB niedriger als der des Bildträgers.
6. Der zweite Tonträger, falls stereo oder eine Zweikanaltonübertragung vorliegt. Er liegt 250kHz oberhalb des 1. Tonträgers und sein Pegel ist 6dB geringer als dieser.

Beide Tonträger sind mit einem Frequenzhub von 50kHz frequenzmoduliert.

==BAS-Signal== Unter dem BAS-Signal versteht man das komplette Fernsehsignal für die Schwarzweiß-Bildübertragung, das sich aus dem Bildsignal (B), dem Austastsignal (A) und dem Synchonisationssignal (S) zusammensetzt. (Bild-Austast-Synchron-Signal, vulgo "Schwarz-Weiß-Signal")

Dieses Bild zeigt eine Zeile eines Fernsehsignals, wie man es mit einem Oszilloskop darstellen könnte, wenn ein Graubalkentestbild verwendet wird.

1. Das Bild fängt an mit einem weißen Balken. 10% der Trägeramplitude.
2. Daran schließen sich immer dunkler werdende graue Balken an.
3. Schwarz ist erreicht bei einer Trägeramplitude von 73%, dahinter liegt die vordere Schwarzschulter des Signals bei 75% des Trägers.
4. Der Horizontalsynchronimpuls. Der Spannungspegel liegt noch höher als bei "Schwarz", diese Tatsache wird von einer Synchronisationsschaltung im Empfänger bemerkt, die dann den Rücklauf des Elektronenstrahls zum linken Bildrand bewirkt. Der Horizontalimpuls liegt bei 100% der Trägeramplitude.
5. Die hintere Schwarzschulter. Bei 75% der Trägeramplitude. Die Schwarzschulter wird auch "Ultraschwarz" genannt, da der Spannungswert etwas höher als bei Schwarz liegt.
6. Anfang der neuen Zeile, wieder mit weiß.

Das Bild oben zeigt nur die positiven Halbwellen des Trägersignals (rot dargestellt) mit dem aufmodulierten BAS-Signal. Die negativen Halbwellen beeinhalten nocheinmal das selbe BAS-Signal. Deshalb müsste man es "herunterklappen".

Zeilensynchronimpuls:

Der Elektronenstrahl zeichnet zuerst das 1. Halbbild ("ungerade Zeilen" = Zeilen 1, 3, 5, 7,... usw.), danach das 2. Halbbild ("gerade Zeilen" = Zeilen 2, 4, 6,...usw.). Dabei beginnt er immer am linken Bildrand. Ist er mit dem "zeichnen" des Zeileninhaltes fertig, so wird er von der ansteigenden Flanke des Zeilensynchronimpulses wieder an den Zeilenanfang links gebracht (Zeilenrücklauf). Dies geschied sehr schnell und der Elektronenstrahl wird dabei dunkel getastet. Ist das 1. Halbbild fertig, so gibt es einen sogenannten Bildrücklauf (Vertikalrücklauf).

vordere Schwarzschulter:

Ist das Zeilende Weiß (Pegel bei 10%), so muss der Pegel sehr schnell auf 75% ansteigen. Dies ist zum Beispiel in unserem Bild der Fall. Dies kostet Zeit und es würde zu einem verzögerten Zeilenrücklauf kommen. Das Ergebnis würde eine falsche Synchronisation zwischen Sender und Fernsehgerät bedeuten. Um die Zeit auszugleichen fügt man die vordere Schwarzschulter mit einer Dauer von 1,5µs ein. Dies verkürzt aber die sichtbare Zeile um den gleichen Betrag.

hintere Schwarzschulter:

Das Vorhandensein der hinteren Schwarzschulter hat eine schaltungstechnische Ursache. Nach dem besonders schnellen Zeilenrücklauf treten am Anfang des Zeileninhaltes (Hinlauf) Einschwingerscheinungen auf. Durch die hintere Schwarzschulter sind diese im unsichtbaren Bereich der Zeilenaustastlücke.

Zeilenaustastlücke:

Zeilensynchronimpuls, vorder und hintere Schwarzschulter bilden zusammen die Zeilenaustastlücke. Diese kann sichtbar gemacht werden, wenn man das Fernsehbild nach links verschiebt und die Helligkeit voll aufdreht. Dabei ist die vordere und hintere Schwarzschulter als graue senkrechte Balken und dazwischen der Zeilensychronimpuls als schwarzer senkrechter Balken zu erkennen.

FBAS-Signal

Farb-Bild-Austast-Synchron-Signal, vulgo "Farbfernsehen"; engl. CVBS: Colour Video Blanking Signal

In diesem Bild sehen wir eine Zeile eines PAL-modulierten Fernsehbildes für die Normbalkenfolge mit einer Farbsättigung von 75% (European Broadcasting Union-Testsignal).

1. Das Bild beginnt mit einem weißen Balken.
2. Daran schließen sich weitere Balken mit den Farben in abnehmender Helligkeit an. Man erkennt, im Bild blau eingefärbt, die übertragene Farbinformation. Die Farbintensität äußert sich in der Stärke des Farbsignals (hier: Höhe des grauen Bereichs im Diagramm), der Farbton in der Phasenlage relativ zu dem Farbträger (im Diagramm nicht dargestellt).
3. Schwarz und die vordere Schwarzschulter. Bei Schwarz und bei Weiß ist keine Farbmodulation zu erkennen, Schwarz und Weiß enthält auch nur Helligkeits- und keine Farbinformation. Da bei der von PAL und NTSC verwendeten Quadraturmodulation auch kein Träger übertragen wird, im Gegensatz zu der bei SECAM verwendeten Frequenzmodulation, kann anhand diesen Merkmals PAL/NTSC von SECAM unterschieden werden. Bei SECAM wäre auf dem Helligkeitssignal für Weiß und Schwarz der (unmodulierte) Farbträger zu erkennen, auf dem Oszilloskop würden diese für das bloße Auge genauso wie ein farbiger Balken aussehen.
4. Der Synchronimpuls.
5. Die hintere Schwarzschulter mit dem PAL-Burst (engl. für "plötzlicher Durchbruch"). Normalerweise ist der Farbträger wie oben erwähnt unterdrückt, nur während dieses kurzen Zeitraums "bricht er durch"; es werden ca. 10 Sinuswellen des Farbträgers direkt übertragen; der Zweck ist folgender: der Schaltkreis, der im Empfänger den Farbträger neu erzeugt, wird während dieses Zeitraums jeweils auf den Farbträger des Senders abgestimmt, für den Rest der Zeile kann er dann auf Basis dieser Abstimmung selbständig arbeiten. Das Bild für SECAM wäre ähnlich, da dort zwecks Erkennung, dass eben SECAM vorliegt und nicht PAL oder NTSC, während dieser Phase unmoduliert der Träger übertragen wird. (In der Anfangszeit von SECAM dienten zur Erkennung spezielle Bildzeilen während der Vertikalaustastlücke, diese wollte man aber später für Videotext, VPS und andere Dienste zur Verfügung haben.)
6. Der Anfang der nächsten Zeile.

Horizontales Timing für PAL

Es werden genau 15.625 Bildzeilen pro Sekunde übertragen, das heißt: eine komplette Bildzeile dauert im PAL-System genau 64µs (Mikrosekunden). Davon werden 52µs lang Bilddaten übertragen, dazu kommen 1,5µs vordere Schwarzschulter, 4,7µs Synchronimpuls und 5,8µs hintere Schwarzschulter. Die beiden Schwarzschultern und der Synchronimpuls werden zusammen als "horizontale Austastlücke" bezeichnet, diese dauert insgesamt 1,5+4,7+5,8=12µs. Die Übertragung des Bursts liegt innerhalb der hinteren Schwarzschulter und beginnt 5,8µs nach dem Anfang des Syncimpulses, also bei korrektem Timing 1.1µs nach dem Anfang der hinteren Schwarzschulter. Der Burst enthält ca. 10 Sinuswellen und dauert 2.25µs. Am Ende der hinteren Schwarzschulter beginnen dann wieder die Bilddaten der nächsten Zeile. Bei Schwarzweiß-Sendungen gibt es keinen Burst; der Empfänger erkennt dieses Fehlen und schaltet seine Farb-Dekodierungs-Schaltkreise ab.

Vertikales Timing für PAL

Es werden genau 25 Vollbilder je Sekunde übertragen, jedes Vollbild besteht aus 15.625/25=625 Zeilen, von denen jedoch nur maximal 575 Zeilen sichtbar sind; der Rest stellt die "vertikale Austastlücke" dar. Auf den meisten realen Fernsehern sind nur gut 550 Zeilen tatsächlich zu sehen, der Rest der theoretisch sichtbaren Zeilen verschwindet "hinter dem Bildrand".

Jedes einzelne Vollbild besteht aus zwei "Halbbildern" zu je 312,5 Zeilen. Das erste Halbbild enthält nur die ungeradzahligen Zeilen des Vollbildes, das zweite nur die geradzahligen Zeilen. Die beiden Halbbilder werden nacheinander angezeigt, wie zwei ineinander verschachtelte Kämme. Diese als Zeilensprung bekannte Maßnahme diente zur Zeit der Entwicklung des Fernsehens dazu, das mit dem damaligen Stand der Technik unvermeidliche Flimmern zu minimieren. Heute hat sie sich leider zu einem Hindernis auf dem Weg zu besserer Bildqualität entwickelt, jedoch müssen die Fernsehanstalten weiterhin mit Zeilensprung senden, da fast alle bisher produzierten Fernseher dies erwarten und mit einem anderen Signal nichts anfangen können. Würden die Anstalten Zeilensprung aufgeben, so würden auf einen Schlag alle bisherigen Fernseher wertlos, was wirtschaftlich gesehen unsinnig wäre.

Funktionsweise

Die Impulse für die vertikale Synchronisation liegen in einem Pegelbereich zwischen 75% und 100% des Trägersignals. Um eine Unterscheidung zwischen Zeilen- und Vertikalimpuls hinzubekommen ist Letzterer von der Dauer her 2,5 Zeilen (2,5 x 64µs) lang. Damit die Horizontalablenkung während des vertikalen Rücklaufes nicht ausfällt ist dieser in 5 Impulse aufgeteilt. Diese 5 Impulse können dabei zur horizontalen Ablenkung eingesetzt werden. Nun man hat mehrere Impulse für den Vertikalrücklauf aber man benötigt eigentlich nur einen. Dies erreicht man durch Integration dieser Impulse zum Beispiel durch ein RC-Glied welches ein Spannungswert erzeugt den man als Schaltniveau bezeichnet. Folgende Impulse sind für die Vertikalablenkung zuständig:

• 5 Vortrabanten
• 5 Hauptimpülse
• 5 Nachtrabanten

Hier möge ein Experte bitte noch etwas über die technischen Details der vertikalen Synchronisation schreiben -- Vor-, Haupt- und Nachtrabanten, deren Timing, Vertikale Schwarzschultern, Unterscheidung zwischen den beiden Halbbildern, etc. Vielen Dank im voraus

Siehe auch

• Frequenzen der Fernsehkanäle

Weblinks

• Analoge Übertragungformate / Anschlüsse im Überblick