1. IKS
Broadcast Systems
Kapitel 2
Analoge Fernsehtechnik - Grundlagen
Dipl.-Ing. Peter Schrotter Broadcast Systems, SS 2011 1
Bildzeilen IKS
• Prinzip: Zerlegung des Bildes in Zeilen
• geringe Zeilenzahl in den ursprünglichen Systemen
• Fernsehnormen nach Standard Definition:
– NTSC: 525 Zeilen (480 sichtbar)
– PAL, SECAM: 625 Zeilen (576 sichtbar)
• Fernsehnormen nach High-Definition:
– nahezu einheitlich: 1080 Zeilen
– Ausnahme: ATSC-Varianten
• Beschränkungen der analogen Standard-Definition Verfahren:
– geringe Zeilenzahl und Horizontalauflösung: Detailwiedergabe
– Großflächenflimmern (50 Hz)
– Zeilenflackern (25 Hz)
– Luminanz/Chrominanz-Übersprechen (Cross-Colour-Effekt)
Dipl.-Ing. Peter Schrotter Broadcast Systems, SS 2011 2
2. Bildaufbau IKS
• Repräsentation durch örtliche Verteilung von Leuchtdichtewerten
– Zeilenweise und zeitdiskrete Abtastung möglich (Trägheit des Auges)
• Qualität: Auflösung bzw. Zeilenzahl
• Betrachtungsabstand entscheidend
Dipl.-Ing. Peter Schrotter Broadcast Systems, SS 2011 3
Berechnung der Zeilenzahl IKS
• optimaler Betrachtungs-
abstand:
– 5fache Bildhöhe
d=5h
– Zeilenstruktur gerade
nicht mehr sichtbar
(Auflösungsgrenze
des Auges)
h
1 h
• Grenzwinkel des Auges: tan z
40 d dz
h 1
Zeilenzahl z 500
d tan 5 4 10 4
• in Europa: 576 sichtbare Zeilen
Dipl.-Ing. Peter Schrotter Broadcast Systems, SS 2011 4
3. Bewegungsauflösung IKS
• min. 15 - 20 Bilder/s erforderlich
• Film: 24 Bilder/s
• Fernsehen: 25 Bilder/s (Europa) bzw. 30 Bilder/s (USA)
– Bildwiederholrate vom üblichen Wechselstromnetz abhängig
1
Bilddauer: s = 40 ms
25
1 / 25
Zeilendauer: Th 64 µs
625
horizontale Zeilenfrequenz: fh = 15625 Hz
• Telecine: optische Filmabtastung -> analoger / digitaler Videosignale
– PAL Speedup: etwas schneller abspielen, kürzere Spielzeit (96%)
– 3:2 Pull-Down bei NTSC: aus 4 Bildern werden 5 Bilder gemacht, Probleme
bei Inverse Telecine (LCD, Plasma, 100 Hz)
Dipl.-Ing. Peter Schrotter Broadcast Systems, SS 2011 5
Zeilensprungverfahren (Interlacing) IKS
• Bewegungsauflösung: 25 Bilder/s
• Bei hohen Leuchtdichten stören Leuchtdichteänderungen
-> Großflächenflimmern
• Wäre Nachleuchtdauer der Schirmbeschichtung länger:
– Schleier bei Bewegungen (Röhrengeräte)
– kein Problem bei LCDs
• Statt 25 Bilder/s (frames/s):
50 Halbbilder/s (fields/s)
– 1. Halbbild: ungerade Zeilen
– 2. Halbbild: gerade Zeilen
– 625/2 nicht ganzzahlig
erleichtert Wiedergabe bei
konstant durchlaufendem
Oszillator
Dipl.-Ing. Peter Schrotter Broadcast Systems, SS 2011 6
4. Bildflimmern IKS
• Zwei Flimmerstörungen:
– 50 Hz Großflächenflimmern
– 25 Hz Kantenflackern: waagrechte helle Linien, nur in einem Halbbild
Reduktion des Bildflimmerns:
• Erhöhung der Bildwiederholrate
– Auge kann durch Trägheit Einzelbilder integrieren
– 100 Hz Bildwiedergabe: 50 Vollbilder/s dargestellt
– 200 Hz Bildwiedergabe: 100 Vollbilder/s dargestellt
• Verdopplung der Zeilenzahl
– Projektionstechnik: Linedoubler, De-Interlacer
– Prinzipien: Line Insert, Interpolation, Field Insert
Dipl.-Ing. Peter Schrotter Broadcast Systems, SS 2011 7
Funktionsweise: 100 Hz Bildwiedergabe IKS
• Beispiel: Bewegung von
links nach rechts:
• 2 aufeinander folgende
Bilder A, B mit Halb-
bildern ,A1, A2, B1, B2
100 Hz- Großflächen- Kanten- Speicher- Bewegungs-
Verfahren flimmern flackern bedarf tauglichkeit
Typ a beseitigt bleibt 1 Halbbild Ok
Typ b beseitigt beseitigt 1 Vollbild Schmiereffekt
Dipl.-Ing. Peter Schrotter Broadcast Systems, SS 2011 8
5. Synchronisation IKS
• Gleichlauf von Abtaststrahl (Kamera) und Schreibstrahl (Fernseh.)
• Bild- und Synchronisationsimpulse zur H- und V-Ablenkung nötig
Dipl.-Ing. Peter Schrotter Broadcast Systems, SS 2011 9
H- und V-Impulse IKS
• Strahlrücklauf muß beim Empfänger unsichtbar bleiben
– während Strahlrücklauf: keine Bild-Information übertragen, da dies
der Empfänger nicht darstellen könnte
• Nach Abtastung: Bildsignal mit vorläufiger Austastlücke > B-Signal
• Videoverstärker des Bildgebers: normgerechte Austastung (0 V)
=> BA-Signal
Dipl.-Ing. Peter Schrotter Broadcast Systems, SS 2011 10
6. Bild-Austast-Synchron-Signal (BAS) IKS
• Synchronimpulse H+V mit neg. Potential in Austastlücke gelegt ->
BAS-Signal
Dipl.-Ing. Peter Schrotter Broadcast Systems, SS 2011 11
BAS = Schwarz-Weiß-Signal IKS
• Bildsignal
– Zeilenweise Informationen über die Helligkeitsverteilung der
Bildvorlage
– Analoge Spannung 0 – 0,7 V, Schwarz: 0 V, Weiß: 0,7 V
• Austastsignal
– während Strahlenrücklauf
(Signalpegel wird auf definiertem Austastwert gehalten)
– Austastsignal wird unterhalb des Schwarzpegels gesendet
=> Elektronenstrahl wird in Dunkelphase zurückgeführt
– horizontal: Zeilenrücklauf | vertikal: Rücklauf nach jedem Halbbild
• Synchronisationssignal
– Synchronisation der Darstellung des Zeilenrasters
– Synchronisationssignal für jede Bildschirmzeile
– Übertragung während horizontaler Austastung, -0,3 V während 4,7 µs
Dipl.-Ing. Peter Schrotter Broadcast Systems, SS 2011 12
7. H- und V-Synchronsignale IKS
• Kameraaussteuerung: Schwarzwert 2 - 3% über 0 V, damit
Austastwert von Schwarz unterscheidbar
Bildvorlage mit zugehörigem H- und V-Oszillogramm
Dipl.-Ing. Peter Schrotter Broadcast Systems, SS 2011 13
Zeiten IKS
ganze Bildzeile: Th = 64 µs
Bildinhalt: tb = 52 µs
horizontale Austastlücke: ta,h = 12 µs
Amplitudenverhältnisse:
0,7 VSS (BA) + 0,3 VSS (S) = 1 VSS (BAS)
Dipl.-Ing. Peter Schrotter Broadcast Systems, SS 2011 14
8. Auflösung in horizontaler Richtung IKS
• max. Auflösung in V-Richtung: 576 sichtbare Zeilen (SW-Streifen)
• Bildseitenverhältnis: 4:3
4
horizontale Auflösung : 576 768 Bildpunkte pro Zeile
3
• horizontales Schwarz-Weiß-Punktemuster:
max. Frequenz: 768 / 2 = 384 Grundschwingungen pro Zeile
52 µs Bildinhalt pro Zeile
768 1
f 7,4 MHz horizontale Auflösung
2 52 s
Aber: 576 Zeilen zu optimistisch. Realistisch ist max. Auflösung 400 Zeilen
Aufgrund von Leitungseigenschaften und endlicher Ausdehnung des
Abtaststrahls bzw. CCD-Sensors (siehe Kell-Experimente)
übertragbare Zeilenzahl 4 1
f 5 MHz 520 Grundschwingungen
2 3 52 s
Dipl.-Ing. Peter Schrotter Broadcast Systems, SS 2011 15
Modulation des BAS-Signals IKS
• Bild ist amplitudenmoduliert (AM), allerdings negativ, da:
1. Impulsstörungen weniger sichtbar (schwarz)
2. Synchronimpulse mit voller Sendeleistung abgestrahlt, damit auch
bei stark verrauschtem Signal noch Synchronisation möglich
(Synchronisation wichtiger als Inhalt)
3. Negativmodulation: günstige Leistungsbilanz, da Spitzenleistung nur
kurzfristig für Synch-Impulse benötigt.
Dipl.-Ing. Peter Schrotter Broadcast Systems, SS 2011 16
9. Auflösungen IKS
• 3 Dimensionen der Auflösung:
• Horizontal: 5 MHz
• Vertikal: 576 Zeilen
• Zeitlich:
• 25 Vollbilder (Frames) pro Sekunde
• 50 Halbbilder (Fields) pro Sekunde
Dipl.-Ing. Peter Schrotter Broadcast Systems, SS 2011 17
IKS
Broadcast Systems
Kapitel 2
ENDE
Dipl.-Ing. Peter Schrotter Broadcast Systems, SS 2011 18
