Analoge Bildübertragung
Testbild Graubalken
Das Video- oder Fernsehsignal transportiert die Informationen der Helligkeits- und Farbimpulse in elektronischer Form. Bei vielen Fernsehgeräten, Monitoren und den meisten Videogeräten geschieht dies in analoger Form. Dabei werden bei der analogen Bildübertragung die hellsten Bildpunkte mit der höchsten elektrischen Spannung (ca. 0,7 Volt) und die dunkelsten entsprechend mit der niedrigsten, also 0 Volt, codiert. Das bedeutet konkret, dass für die Darstellung von Schwarz über diverse Graustufen bis hin zu Weiß genau 700 mV zur Verfügung stehen.
Die Definition über Spannungswerte stammt noch aus den Zeiten der analogen Videosignale und Röhrenfernseher, grundsätzlich sind aber die Prinzipien dahinter auch heute noch gültig. Auch in der digitalen Welt sind Grau- und Farbbalken verbreitet, um Geräte einzumessen, den richtigen Gamma und Kontrastwert einzustellen etc.
Graubalken
Spannungskurve des Graubalken
Der für Messzwecke sehr hilfreiche Graubalken, der in verschiedenen Varianten Verwendung findet, hilft uns, dieses Prinzip zu erläutern. Eine einzelne Zeile unseres Fernsehbildes sieht auf einem Oszillograf (Messgerät für schnell variierende Spannungen) dargestellt wie eine Treppe aus. Allerdings gibt es außer den reinen Bildinformationen auch noch Signale, die der Synchronisation des Bildes dienen. So ist der unterste Impuls, der auf dem Oszillograf zweimal knapp unterhalb der mittleren 0-Volt-Linie auftaucht, der so genannte Austastimpuls (H). Danach folgt ein so genannter Burst, das Farbreferenzsignal.
Diese Austast- und Synchronimpulse haben einen negativen Spannungswert, der liegt also unterhalb der 0 Volt bei -300 mV im sogenannten Superschwarz. Dann saust der Elektronenstrahl nach oben (oberste orange Linie) und beginnt, unsere Treppe darzustellen: Die Breite der Stufen repräsentiert die Breite des jeweiligen Balkens, die Höhe, auf der sich die Stufe befindet, repräsentiert ihre Helligkeit. Die oberste Stufe steht für das Weiß des linken Balkens unseres Fernsehbildes, die unterste Stufe für das Schwarz. Ja, und dann ist schon eine Zeile vorüber. Es folgt wieder der Austastimpuls, dann der Burst, und die nächste Zeile wird geschrieben. Und wie wir wissen, besitzt unser PAL- Fernsehbild 625 Zeilen. So viele Zeilen müssen geschrieben werden, um ein Bild darzustellen. Und da wir pro Sekunde 25 Bilder (bzw. 50 Halbbilder) zu sehen bekommen, ist eine ganze Menge los in so einem Videosignal.
Farbbalken
Farbbalken
Auf unserem Fernsehschirm bilden wir jetzt einen Farbbalken ab. Dieser sollte übrigens auf keinem Masterband (Video) fehlen.
Wie sind nun die Farbinformationen codiert? Da zuerst das Schwarzweiß-Fernsehen entwickelt und eingeführt war, musste man, als Jahrzehnte später die Entwicklung des Farbfernsehens anstand, auf die vielen Besitzer von S/W-Geräten Rücksicht nehmen. Man musste ein Verfahren finden, welches sowohl den Besitzern von S/W-Geräten als auch den Besitzern neuer Farbgeräte gleichzeitig das Fernsehen ermöglichen sollte. Deshalb überlagerte man das bestehende schwarzweiße Fernsehsignal mit einem Farbsignal (4,43 MHz). Es wird quasi auf das Schwarzweißsignal, welches aus unterschiedlichen Spannungswerten besteht, aufaddiert. Die Farbinformation wird in Form von Schwingungen hinzugefügt, über die Treppenstufen des Schwarzweißsignals lagert man also Schwingungen, welche mit ihrer Frequenz den Farbton definieren und mit ihrer Amplitude (also dem Pegelwert in mV) die Sättigung der Farbe festlegen.
In unserem PAL-Fernsehsystem darf das Farbsignal nicht höher als 133 % des Videosignals betragen, also nicht höher als 931 mV liegen (wir erinnern uns: Das Weiß hat 700 mV). Im Negativ-Bereich darf das Farbsignal maximal bei -231 mV liegen.
Spannungskurve des Farbbalken
Auf unserem Oszillograf sind die Farben als schmale Balken erkennbar. Weiß und Schwarz sind genauso codiert, wie im Schwarzbild oben abgebildet. Die Länge der Balken gibt die Sättigung der jeweiligen Farbe wieder. Das bedeutet: Wären die Farben unseres Farbbalkens auf dem Fernsehschirm weniger intensiv, weniger gesättigt, so wären die entsprechenden Balken auf dem Oszillograf kürzer. Die angegebenen Werte markieren den erlaubten Rahmen innerhalb des PAL-FBAS-Signals, auch Composite genannt, weil hier die Farb- und Helligkeitsinformationen nicht getrennt, sondern zusammen aufgezeichnet oder übertragen werden. Man sollte also bei seinem Messgerät den höchsten Ausschlag bei 931 mV und den niedrigsten bei -231 mV festlegen.
PAL
Da die Farbsignale mit hoher Frequenz transportiert werden, sind sie sehr anfällig gegen Störungen. Damit eine sichere Farbwiedergabe möglich ist, wird jede zweite Zeile phasenverkehrt übertragen. Daher rührt auch der Name PAL (Phase-Alternate-Line). Dieses System verhindert, dass Farbstiche durch Phasenfehler entstehen können. Bei Empfang über Fernsehantenne kann so etwas schon durch die nächste Hausmauer, die Antenne des Nachbarn oder einen anderen TV-Sender verursacht werden. Hätte eine Zeile einen Farbstich (z. B. Rotstich) in Folge eines Phasenfehlers, so hätte die nächste Zeile den entgegengesetzten Farbstich (Grünstich). Gemeinsam betrachtet, neutralisieren sich dann die Farbstiche.
Das amerikanische Fernsehsystem NTSC verfügt übrigens nicht über ein derartiges Korrekturverfahren. Daher können die Farben dort ganz schön schwanken. Diese Eigenheit hat dem System auch die eigenwillige Übersetzung zu „Never The Same Color“ eingebracht.
Digitale Werte
Bei der Digitalisierung wird übrigens der Spannungsbereich bis 700 mV durch digitale Werte zwischen 16 und 235 repräsentiert. Die digitalen Werte von 0 bis 15 entsprechen den Negativwerten in der analogen Welt unterhalb der 0 Volt, dem Superschwarz-Bereich, auch Footroom genannt. Werte, die über der 235 liegen, sind Weißwerte, die außerhalb des Normpegels liegen, vielleicht noch nicht klippen, aber bereits keine Differenzierung mehr zulassen. Camcorder, aber auch Codecs kennen zur Vermeidung des digitalen Klippens eine sogenannte Knee-Funktion, eine Art sanften Begrenzer bei zu hellen Bildanteilen.
