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Das bundesdeutsche Farbfernsehen startete im Aug. 1967

Der Farb-Start im Aug. 1967
Walter Bruch und die Farbe
die Philips LDK 3 Kamera

Und die Vorgeschichte ist - im Nachhinein gesehen - nicht so besonders rühmlich verlaufen. Telefunken setzte etwa ab 1960 seine gesamte Marketing Kraft ein, um uns ein paar Legenden zu liefern (zu "verkaufen").

Der zentrale Held des "deutschen" Farbfernsehens war Walter Bruch. Er bekam auf einmal Dinge angedient, die sich - aber erst 40 Jahre später - als überhaupt nicht wahr und nicht haltbar darstellten. Walter Bruch bekam den Ehrendoktor und auch den Professor ehrenhalber, wobei dieses "ehrenhalber" relativ schnell "verschwand". Er war auf einmal Doktor und Diplom- ingenieur und hatte das Fernsehen erfunden, neín, nicht ganz, nur das Farbfernsehen und die Olympia-Kamera von 1936 und was noch alles. Walter Bruch nahm das alles auf sich und schwieg. Er hatte ganz andere und wirklich bewunderungswürdige Qualitäten, die aber auch erst sehr viel später ans Licht kamen.

Weiterhin viel schwerwiegender war,
daß unser deutsches PAL Farbfernsehen nicht mit deutschen, sondern mit mit holländischen Farbkamers begonnen werden mußte, - weil die weltweit einmaligen Fernsehspezialisten von der FESE aus Darmstadt ihre Super-Orthicon Farbkameras einfach nicht fertig bekamen, die Holländer mit den Plumbicons (von Valvo aus Hamburg) aber schon. - Auch dieser 5-teilige Artikel von Dipl.-Ing. Peter Pils aus November 1967 ist nicht ganz frei von einigen der obigen korrekturbedürftigen Ausführungen.

Gleich beim ersten Lesen der 5 Artikel fällt unangenehm auf, daß es sehr schwierig ist, "die Farbe" im schwarz-weiß Druck verständlich darzustellen. Die hier ergänzten Farb-Abbildungen sind im Original Artikel nicht enthalten.

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VDI-NACHRICHTEN - Nr. 47/22. November 1967

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Wie das Farbbild entsteht - I

Die Bedeutung der Farbinformation für den Zuschauer - 1. Folge
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Der Start des Farbfernsehens ist ein weiterer entscheidender Schritt in der Geschichte der Rundfunktechnik, die 1923 mit der Ausstrahlung der ersten öffentlichen Sendungen begann. Spätere Höhepunkte waren die Einführung des UKW-Rundfunks um 1951, der Beginn des Schwarzweiß-Fernsehens und die Ausstrahlung stereophoner Rundfunksendungen ab 1963.

Von der Rundfunk-Stereophonie abgesehen, wandte sich bisher ein neues Medium zunächst an einen kleinen Kreis von Hörern oder Sehern, der Start der Farbe im Fernsehen aber geschieht vor den Augen einer breiten Öffentlichkeit.

Dank der Kompatibilität - über die später noch zu reden sein wird - sind ja alle bisherigen Fernsehzuschauer in der Lage, die neuen Farbsendungen mitzusehen, wenn auch nur in schwarzweiß. Das bedeutet aber für die Gestalter der Sendungen, daß sie diese nicht allein auf die „Farbe" ausrichten dürfen, sondern auf die zunächst noch weit überwiegende Zahl der Schwarzweiß-Seher Rücksicht nehmen müssen.

Was aber bringt nun die Farbe auf dem Bildschirm für den Zuschauer? Zunächst einmal ist es eine zusätzliche Information, die vor allem in Dokumentarberichten von Nutzen sein wird. Von noch größerer Bedeutung aber ist die Farbe als künstlerisches Ausdrucksmittel.

Hier bietet sich ein weites Anwendungsgebiet für das neue Medium Farbe an. Dem unbefangenen Zuschauer aber wird das farbige Fernsehbild plastische Bilder von größerer Tiefenwirkung bieten.
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Was erwarten wir von einem Farbfernseh-System ?

Um das Fernsehbild in Farben übertragen zu können, braucht man ein spezielles Farbfernsehsystem, an das auch vom Zuschauer her eine Reihe von Anforderungen gestellt wird.

Die erste Forderung ist selbstverständlich die nach einer naturgetreuen Wiedergabe. Zum Glück allerdings ist gerade dieser Punkt nicht so sehr kritisch, da das menschliche Auge oder besser das Gehirn als Auswerter der vom Auge wahrgenommenen Eindrücke in der Lage ist, Farbverfälschungen zu korrigieren, ohne daß wir es merken. Eine Wiese bleibt für uns grün, auch wenn sie vom Licht der untergehenden Sonne glutrot angestrahlt wird. Nur bei der menschlichen Hautfarbe ist unser Auge kritisch, und deshalb ist gerade diese Farbwiedergabe am schwierigsten.

Da vor allem in der Anfangszeit noch sehr viele Sendungen in schwarzweiß ausgestrahlt werden, soll der Farbempfänger in der Lage sein, eine gute Schwarzweiß-Wiedergabe zu bieten. Schließlich erwartet der Besitzer eines Farbfernsehgerätes, daß es sich ebenso einfach bedienen läßt wie ein Schwarzweiß-Gerät und daß es hinsichtlich Stabilität, Lebensdauer und Reparaturanfälligkeit etwa gleichwertig ist.

Die Farben und ihre Wahrnehmung

Wir Menschen sind es gewohnt, unsere Umgebung im natürlichen weißen Sonnenlicht oder in einem diesem ähnlichen, künstlichen Licht zu sehen. Gegenstände, die dieses Licht vollständig reflektieren, erscheinen uns als weiß oder - bei geringerer Helligkeit - als grau.

Lichteindrücke, die davon abweichen, nennen wir farbig. Wenn ein Gegenstand überhaupt kein Licht reflektiert, ist er für uns schwarz.

Unser Auge ist für die verschiedenen Farben des Spektrums unterschiedlich empfindlich. Obwohl alle Spektralfarben im Sonnenlicht mit gleicher Energie vorhanden sind, erscheinen uns die Farben im gelbgrünen Bereich am hellsten, während uns die Farben am ultravioletten und infraroten Ende des Spektrums am dunkelsten erscheinen.
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Das natürliche Licht

Isaac Newton wies im Jahre 1704 nach, daß das uns weiß erscheinende Sonnenlicht aus vielen Lichtsorten verschiedener Färbung zusammengesetzt ist.

Er ließ das Sonnenlicht durch einen schmalen Spalt auf ein Prisma fallen. Durch unterschiedliche Beugung der im Sonnenlicht enthaltenen Wellen im Prisma erhielt Newton das bekannte Regenbogenspektrum.

Diese Lichtzerlegung führte zu der Erkenntnis, daß Licht eine elektromagnetische Welle ist, bei der die Farbe durch die jeweilige Wellenlänge bestimmt wird.

Unser Auge reagiert auf Lichtstrahlungen im Wellenlängenbereich von 0,38 Nanometer (violett) bis 0,78 Nanometer (rot). Das gesamte Spektrum des Sonnenlichts umfaßt nebeneinander die Farben violett, blau, blaugrün, grün, gelb, orange und rot.

Gegenstände, die vom auffallenden weißen Licht nur eine bestimmte Komponente, beispielsweise Blau, reflektieren, erscheinen uns in dieser Farbe. Die anderen Farbanteile des Spektrums werden absorbiert.
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Die Art der Farbbildung

Man bezeichnet diese Art der Farbbildung als subtraktiv, weil dem Gesamtspektrum des Sonnenlichts alle Farben bis auf den Bereich der reflektierten Strahlung "entzogen" werden.

Die subtraktive Farbdarstellung ist die wichtigste, sie kommt allgemein in der Natur vor und wird auch in der Malerei, Farbdrucktechnik und Farbphotographie angewendet.

Die andere, speziell für das Farbfernsehen wichtige Farbdarstellung ist die additive Farbbildung. Bei ihr werden Lichtstrahlungen unterschiedlicher Farben zusammengesetzt.

Das Auge

Bild 1 - Das menschliche Auge (stark schematisch): C die Hornhaut (cornea), A die vordere Augenkammer, L die Augenlinse, V der Glaskörper (corpus vitreum), R die Netzhaut (retina), F Netzhautgrube (fovea centralis), I die Irisblende, N der Sehnerv (nervus opticus). - Zeichnung: Verfasser

Im menschlichen Auge wird mit Hilfe der Linse ein farbiges Abbild des betrachteten Gegenstandes auf der Netzhaut abgebildet.

In der Netzhaut liegen Stäbchen (75 bis 170 Millionen) und Zäpfchen (3,3 bis 7 Millionen), von denen Nervenleitungen zum Sehzentrum im Gehirn führen.

Die über die gesamte Netzhaut verteilten Stäbchen sind nur helligkeitsempfindlich, ihre Lichtempfindlichkeit ist etwa zehntausendmal höher als die der Zäpfchen. Die farbempfindlichen Zäpfchen liegen vor allem in der Mitte der Netzhaut, weshalb man Gegenstände am äußersten Rande des Gesichtsfeldes nur grau sieht.

Der größte Teil der Zäpfchen ist speziell grünempfindlich, der Rest je zur Hälfte rot- und blauempfindlich. Bei sehr kleiner Helligkeit treten die Zäpfchen hinter die Stäbchen zurück, farbige Gegenstände erscheinen uns daher in der Dämmerung nur noch grau.

Betrachten wir eine gelbe Farbe, so werden die grün- und die rotempfindlichen Zäpfchen je zur Hälfte angeregt. Unsere Sehnerven registrieren dabei den Farbeindruck Gelb. Daraus erkennt man, daß derselbe Eindruck Gelb entsteht, wenn selbstleuchtende Farben in grün und rot in gleicher Intensität auf unser Auge gelangen. Wir haben hier das Prinzip der additiven Farbmischung.
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Die Grundbegriffe der Farbenlehre

Eine in einer bestimmten Farbe leuchtende Fläche ist durch ihre Farbart und ihre Leuchtdichte definiert. Die Leuchtdichte gibt die Helligkeit der leuchtenden Fläche an. In der Schwarzweiß-Technik stellt sie die alleinige Information dar.

Mit der Farbart läßt sich eine Farbe exakt definieren. Die Farbart setzt sich aus zwei Größen zusammen; dem Farbton und der Farbsättigung.

Jeder Farbton hat im Farbspektrum eine genau definierte Lage, die der Wellenlänge der betreffenden Farbe entspricht. Dies gilt allerdings nur für die reinen, im Spektrum enthaltenen Farben.

Mischfarben entstehen durch Zusammensetzen mehrerer Einzelfarben. Die Farbsättigung kennzeichnet die Dichte einer bestimmten Farbe. Reine Farben bezeichnet man als gesättigt. Mischt man zu einer gesättigten Farbe, zum Beispiel Rot, weißes Licht hinzu, so wird sie blasser (Rosa).

Entsättigte Farben nennt man Pastellfarben. Der Farbsättigungsgrad gibt den Mangel an Weißanteil einer Farblichtstrahlung an. Eine völlig gesättigte Farbart (Farbsättigungsgrad 1) hat keinen Weißanteil. Ein Farbsättigungsgrad 0 ergibt je nach Leuchtdichte farbloses Weiß, Grau oder Schwarz.
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Die Dreifarbentheorie

Bild 2 - Additive Farbmischung - Zeichnung: Verfasser


Nach dieser Theorie können die sichtbaren Farben aus drei Primärfarben durch Mischung gebildet werden. Diese Farben müssen dabei so ausgewählt werden, daß sich keine davon aus den beiden anderen mischen läßt.

Dies gilt für die drei Primärfarben Rot (Wellenlänge 0,7um), Grün (0,5461 um) und Blau (0,4358 um). Durch additive Mischung dieser drei Farben in den richtigen Anteilen lassen sich fast alle Spektralfarben mischen.

Die durch additive Farbmischung aus zwei Primärfarben mit gleicher Intensität entstehenden Farben nennt man Komplementärfarben:

  • Rot und Grün ergibt Gelb,
  • Grün und Blau ergibt Blaugrün (Cyan) und
  • Blau und Rot ergibt Purpur (Magenta).


Die Mischung aller drei Primärfarben ergibt weiß, ebenso die Mischung aller drei Komplementärfarben. Der Farbeindruck Weiß entsteht auch, wenn je eine Primärfarbe mit der Komplementärfarbe gemischt wird, in der sie selbst nicht enthalten ist.

Will man nun andere Farben als die Komplementärfarben "ermischen", so muß man die Intensität der drei Primärfarben untereinander verändern. Um entsättigte Farben (Pastellfarben) zu erhalten, fügt man den gesättigten Farben Weiß hinzu, was durch gleichmäßige Zugabe aller drei Primärfarben möglich ist.
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Das Farbdreieck

Bild 3 - Räumliche Darstellung der drei Primärfarben - Entstehung des Farbdreiecks

Das Farbdreieck ist eine Darstellung der Farben in einem Koordinatensystem in der Weise, daß alle Farben durch Angabe von nur zwei Koordinaten bestimmt sind.

Es entsteht folgendermaßen: Wir denken uns die drei Primärfarben Rot, Grün und Blau so angeordnet, daß sie die Achsen eines räumlichen Koordinatensystems X, Y, Z bilden. An den Seitenflächen, die von je zwei Achsen begrenzt werden, liegen dann die Mischfarben.

Die Diagonale des auf diese Weise gebildeten Würfels ist die sogenannte Weißgerade, da eine gleichmäßige Mischung der drei Primärfarben bekanntlich Weiß ergibt. Nun legen wir in den Würfel eine schrägliegende Dreiecksfläche mit den Ecken Blau-Rot-Grün.

Diese Fläche wird in der Mitte von der Weißgeraden durchstoßen, sie bildet das Farbdreieck. In der Mitte des Farbdreiecks (an der Durchstoßfläche der Weißgeraden) liegt Weiß.

Auf dem Rand der Dreiecksfläche liegen zwischen den Eckpunkten Blau, Grün und Rot die Mischfarben und in der Mitte der Dreiecksseiten die Komplementärfarben Cyan, Gelb und Purpur.

Die Verbindungsgeraden zwischen Blau, Grün und Rot und der jeweils gegenüberliegenden Komplementärfarbe gehen immer durch den Mittelpunkt Weiß. Die Eckpunkte und die verbindenden Geraden sind die Orte für die gesättigten Farben. Die Sättigung nimmt vom Rand zur Mitte hin immer mehr ab.

Das Farbdreieck gibt eine anschauliche Darstellung der Begriffe Farbton und Farbsättigung. Der Farbton ist durch die Winkelstellung eines im Weißpunkt gelagerten Zeigers bestimmt, die Farbsättigung durch den Abstand vom Weißpunkt.
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VDI-NACHRICHTEN Nr. 48/29. November 1967

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Wie das Farbbild entsteht - II

Die Wiedergabe des Bildes durch die Lochmaskenröhre - 2. Folge
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Geschichte des Farbfernsehens

Schon bei den ersten Überlegungen und Erfindungen zum Thema „Fernsehen" gab es Vorschläge, die Bilder in Farben zu übertragen.

Brauchbare Gedanken sind jedoch damals noch nicht aufgetaucht, weil die zur Verfügung stehenden Mittel unzureichend waren und sich begreiflicherweise zunächst alle Energien auf die Schaffung einer Schwarzweiß-Technik konzentrierten.
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Bild 4 - Das Farbdreieck (in schwarz weiß) - Zeichnung: Telefunken


Nach ersten Experimenten in den frühen zwanziger Jahren kam es erst im Jahr 1935 zur ernsthaften Forschungsarbeit auf dem Farbfernsehgebiet. Man wußte damals schon, daß die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau übertragen werden müssen und schloß daraus, daß das Frequenzband deshalb die dreifache Breite wie beim Schwarzweiß-Bild haben müsse.

Auf der Funkausstellung 1937 in Berlin führte die Deutsche Reichspost zweifarbiges Fernsehen mit 180 Zeilen und 25 Bildwechseln je Sekunde vor. Dabei zeigte sich überraschenderweise, daß das zweifarbige Bild bei richtiger Raumbeleuchtung und Farbabstimmung weit natürlicher wirkte als erwartet. Erst nach dem zweiten Weltkrieg jedoch begann die eigentliche Entwicklung des Farbfernsehens, und zwar zunächst in den USA.
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  • Anmerkung: Wir sind zwar erst in 1967, aber es ist für eine Zeitschrift, die nur in schwarz- weiß gedruckt wird, ein Handicap, über das neue Farbfernsehen zu berichten und zum Beispiel das Farbdreieck in schwarz-weiß abzudrucken. Zum Verständnis dieser Darstellung der Farbe muß der Autor viel zu viel erläutern.

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Das Sequentialsystem

Aus der Erkenntnis heraus, daß eine zu übertragende Farbe in ihre drei Primärfarbanteile zerlegt und bei der Wiedergabe aus diesen wieder zusammengesetzt werden kann, entstand das Sequentialsystem der Farbübertragung.

Bei diesem Verfahren, das von dem Prinzip der additiven Farbmischung Gebrauch macht, werden die drei Teilfarbenbilder dem Auge in rascher Folge hintereinander angeboten. Infolge der Trägheit unserer Sehempfindung entsteht durch Verschmelzung der Rot-Grün-Blau-Teilbilder das farbige Gesamtbild.

Im Prinzip arbeitet dieses Sequentialsystem folgendermaßen:

Vor einer normalen Schwarzweiß-Kamera und vor dem gewöhnlichen Schwarzweiß-Empfänger rotieren synchron Farbfilterscheiben. Dadurch entstehen nacheinander in rascher Folge rote, grüne und blaue Teilbilder, die bei genügend hoher Bildwechselzahl den Eindruck eines zusammenhängenden Farbbildes ergeben.

In den USA wurde dieses System im Jahre 1949 von der Columbia Broadcasting Comp, vorgeführt und sogar eine Zeitlang benutzt. Das Bild wurde mit 405 Zeilen abgetastet, das einzelne Teilfarbenbild dauerte eine 1/150 Sekunde, was 50 Bildwechseln je Sekunde für das Gesamtbild entspricht.

Das Sequentialsystem der Farbübertragung hat zwar seiner Einfachheit wegen manche Vorteile und wird zu Spezialzwecken auch heute noch verwendet, seine beiden schwerwiegenden Nachteile sind jedoch die gegenüber der Schwarzweiß-Technik dreimal so große Bandbreite und die Tatsache, daß das System mit der bisher verwendeten Technik nicht „verträglich" ist.
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Die Kompatibilität

Kompatibilität bedeutet „Verträglichkeit". Ein neues Übertragungssystem ist kompatibel, wenn es sich mit den Geräten des alten Systems verträgt. Beim Farbfernsehen bedeutet dies, daß die schon in großer Zahl vorhandenen Schwarzweiß-Empfänger die ausgestrahlten Farbsendungen wenigstens in schwarzweiß empfangen können.

Die neuen Farbempfänger sollen darüber hinaus auch die Signale von Schwarzweiß-Sendungen als Schwarzweiß-Bilder zeigen. Das nennt man Rekompatibilität (Rückwärts-Komatibilität).

Der kompatible Empfang von Farbsendungen mit Schwarzweiß-Empfängern ist eine unabdingbare Forderung für ein Farbfernsehsystem. Da das Sequentialsystem diese Forderung nicht erfüllt, hatte es keine praktische Chance.

Nachdem man erkannt hatte, daß nur ein kompatibles Verfahren überhaupt Aussicht auf Anwendung haben kann, begann eine neue Entwicklungsstufe, die schließlich zu den heute verwendeten Farbfernsehsystemen führte.
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Eine völlig neuen Konzeption - die Codierung

Dabei gingen die Entwickler von einer völlig neuen Konzeption aus. Sie verließen die direkte Übermittlung der einzelnen Farbauszüge und wandten Verfahren an, bei denen diese Signale in spezieller Aufbereitung (Codierung) übertragen werden.

Dabei gelang es durch geschickte Ausnutzung einiger Eigenarten des menschlichen Gesichtssinnes, die für die Übermittlung der Information Farbe nötige Nachrichtenmenge so klein zu halten, daß sie innerhalb der heute (1967) verwendeten Übertragungskanäle untergebracht werden konnte.

Der erste Schritt zur kompatiblen Farbübertragung bestand darin, für die Farbe und die Leuchtdichte (Helligkeit) getrennte Signale zu verwenden. Aus der farbigen Strahlung eines Bildpunktes werden drei Signale gebildet:

  1. Leuchtdichte,
  2. Farbton und
  3. Farbsättigung.


Die Leuchtdichte entspricht der Helligkeit des jeweiligen Bildpunktes. Sie wird in herkömmlicher Weise als Hauptsignal übertragen und bildet zugleich die Schwarzweiß-Information, die mit Schwarzweiß-Geräten ein Schwarzweiß-Bild der farbigen Vorlage ergibt.

Für die Übermittlung der Farbart benötigt man zwei Signale: Der Farbton gibt die Farbe selbst an, zum Beispiel Rot, Grün, Gelb, Purpur, die Farbsättigung zeigt die Dichte, wie Rot oder Rosa.

Ein erstes kompatibles Farbfernsehsystem war in den USA von der RCA entwickelt worden. Aus einer Gemeinschaftsarbeit der amerikanischen Industrie entstand dann später das NTSC-System, mit dem 1953 das öffentliche Farbfernsehen in den USA seinen Anfang nahm.
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Die beiden Farbart-Signale

Der zweite Schritt zur kompatiblen Farbübertragung war die Unterbringung der beiden Signale für die Farbart in dem Frequenzband der Leuchtdichte. Dies war nur möglich durch eine Begrenzung der Bandbreite des Farbart-Signals. Das heißt, man überträgt beim Farbfernsehen die Leuchtdichte mit der vollen Bandbreite, also ein Schwarzweiß-Bild in voller Detailschärfe, während die Farbartstruktur mit weit geringerer Schärfe übertragen wird.

Dies ist zulässig, weil unser Auge bei der Wahrnehmung feinster Details farbenblind ist. Eingehende Untersuchungen haben gezeigt, daß man die Übertragungsschärfe der Farbinformation bis auf 20% verringern kann, ohne daß das Auge eine Schärfeminderung beobachtet.

Das heißt also, daß ein solches Fernsehbild in den größeren Flächen die wirklichen Farben enthält, während die feine Detailstruktur nur schwarzweiß wiedergegeben wird.

Eine Farbfernsehübertragung geschieht so, daß innerhalb des verfügbaren Frequenzbandes (0-5 MHz) das Leuchtdichtesignal gesendet wird, das im Schwarzweiß-Empfänger das kompatible Schwarzweiß-Bild ergibt.

In dieses Signal wird an passender Stelle, in deutscher Norm bei 4,43 MHz, das Farbart-Signal eingeschachtelt. Fehlt dieses Signal, so handelt es sich um eine Schwarzweiß-Sendung.

Die Farbbildröhre

Wirkungsweise der Schattenmaske Zeichnung: Philips

Die Bildröhre im Farbfernsehempfänger hat die Aufgabe, die übermittelten elektrischen Signale wieder in sichtbare Bilder umzu- wandeln. Sie hat im Farbfernsehen eine fundamentale Bedeutung, weil sie in millionen Exemplaren gefertigt wird, möglichst preiswert sein soll, eine hohe Präzision aufweisen muß und eine lange Lebensdauer haben soll.

In den heute (1967) verwendeten Farbfern- sehempfängern ist die Bildröhre mit weitem Abstand das teuerste Bauelement. Obwohl zur Zeit in allen Farbfernseh- Heimem- pfängern einheitlich die Lochmaskenröhre verwendet wird, soll auf die anderen möglichen Wiedergabeeinrichtungen kurz eingegangen werden. Es ist außerdem durchaus möglich, daß die Lochmaskenröhre eines Tages durch eine andere, einfachere Konstruktion abgelöst werden wird.

Wiedergabe mit Einzelröhren

Grundsätzlich kann man für die Farbwiedergabe mit drei normalen Schwarzweiß-Bildröhren arbeiten, die für den Beobachter über dichroitische Spiegel in ihren Rastern zur Deckung gebracht werden.

Die Anordnung ist jedoch sehr umfangreich und deshalb für Heimempfänger nicht geeignet. Bei der Großbildprojektion hat sich jedoch die direkte Verwendung von drei einzelnen Bildröhren gut bewährt. Dort stehen die drei Wiedergabeeinrichtungen nebeneinander und projizieren die Bilder mit Schmidt-Optiken übereinander.

Die Dreistrahlbildröhre mit Lochmaske

Vereinfachte Schnittzeichnung einer Schattenmaskenröhre - Zeichnung: Philips

Die Dreistrahlbildröhre mit Lochmaske, auch Schattenmaskenröhre (shadow mask tube) genannt, wurde vor über 10 Jahren (1957) in den USA entwickelt. Sie ist zur Zeit die einzige in wirklich großen Stückzahlen gebaute Farbbildröhre.

Obwohl sie schwierig herzustellen ist, zum Betrieb einen erheblichen Aufwand benötigt und einer komplizierten Einstellung und Justierung bedarf, hat sie sich in aller Welt durchgesetzt, da die von ihr wiedergegebenen Farbbilder an Brillanz und Farbreinheit bisher von keinem anderen Typ erreicht wurden.

Die Lochmasken-Bildröhre hat drei Elektronenkanonen, je eine für die Farben Rot, Grün und Blau, die im Bildröhrenhals in Dreieckanordnung mit einer leichten Neigung gegen die Bildröhrenachse eingebaut sind.

Der Bildschirm dieser Röhre besteht aus etwa 400.000 Farbelementen, Farbtripel genannt, von denen jedes aus einem rot, grün und blau fluoreszierenden Leuchtstoffpunkt besteht.

Der Durchmesser eines Farbpunktes beträgt 0,43mm, der Abstand von einem Farbtripel zum nächsten ist vertikal 0,7mm, horizontal 1,2mm. Diese Abstände sind so klein, daß man aus normalem Betrachtungsabstand bei gleichzeitiger Erregung aller drei Leuchtphosphore weißes Licht sieht.

Etwa 15mm hinter dem Leuchtschirm ist die Lochmaske angeordnet, die aus einem etwa 0,2mm dicken Stahlblech besteht und genauso viele Löcher enthält, wie Farbelemente vorhanden sind. Jedem Farbtripel ist dabei ein Loch in der Maske zugeordnet. Die drei Elektronenkanonen sind so justiert, daß jeder Strahl die für ihn bestimmten Phosphorpunkte trifft, der Strahl also seiner Farbe zugeordnet ist. Überlegt man dabei, daß die 400.000 Löcher der Maske mit einem Durchmesser von 0,2mm und die 1,2 Millionen Leuchtstoffpunkte zueinander korrespondierend angeordnet sein müssen, dann kann man sich die Präzision vorstellen, mit der eine solche Bildröhre gefertigt werden muß.
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Herstellung der Lochmasken-Farbbildröhre

Die Forderung an die Röhre, daß jede Elektronenkanone immer nur den ihr zugeordneten Leuchtstoffpunkt treffen darf, wird durch ein besonderes Fertigungsverfahren erreicht. In den Schirmboden der Farbbildröhre wird eine Aufschlämmung des einen der drei Leucht-
stoffe, beispielsweise des blauen, eingefüllt. Darüber wird genau passend die Schattenmaske gelegt. Dann wird die Aufschlämmung mit UV-Licht durch die Maske hindurch beleuchtet, dabei ist die Lichtquelle genau an dem Punkt angebracht, an dem später der Ablenkmittelpunkt des Elektronenstrahls für die blaue Farbe liegt.

Der Aufschlämmung wurde vorher ein Fotolack zugesetzt, der bei UV-Bestrahlung aushärtet. Auf diese Weise entstehen an allen belichteten Stellen der Schirmfläche kleine Punkte aus blauem Leuchtstoff, die durch den erhärteten Lack festgehalten werden. Die restliche Aufschlämmung wird ausgespült.

Diesen Vorgang wiederholt man mit rotem und später nochmals mit grünem Leuchtstoff, wobei die Lichtquelle so versetzt wird, daß sie jedesmal im Ablenkmittelpunkt des Elektronenstrahls für die betreffende Farbe liegt. Nach dem Aufbringen des Leuchtschirms bedampft man ihn auf der Rückseite mit einem Aluminiumspiegel, um die Lichtausbeute der Röhre zu erhöhen.
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VDI-NACHRICHTEN Nr. 49/6. Dezember 1967

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Wie das Farbfernsehbild entsteht - I

Die Übertragung der drei Teilbilder nach verschiedenen Systemen - 3. Folge
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Farbreinheit, Konvergenz und Weißabgleich

Um die Farbreinheit der Lochmaskenröhre sicherzustellen, sind zwei Justiermöglichkeiten vorgesehen. Die richtige Lage des Ablenkmittelpunktes, die für das korrekte Auftreffen der Elektronenstrahlen auf dem Schirm maßgebend ist, kann durch Verschieben der Ablenkeinheit auf dem Bildröhrenhals eingestellt werden.

Um etwaige Abweichungen in der Lage der Elektronenkanone korrigieren zu können, befindet sich auf dem Bildröhrenhals ein aus zwei magnetisierten Eisenblechen bestehender Farbreinheitsmagnet. Durch gegenseitiges Verdrehen der Bleche ist eine Veränderung der Strahllage der drei Elektronenkanonen möglich.

Unter dem Begriff Konvergenz versteht man das Überschneiden der drei Elektronenstrahlen für Rot, Grün und Blau in einem Punkt der Ebene der Schattenmaske. Nur bei einwandfreier Konvergenz kann durch Anregung aller drei Leuchtpunkte die Farbe Weiß entstehen.

Konvergenzfehler

Stimmt die Konvergenz nicht, dann sind besonders bei der Wiedergabe von Schwarzweiß-Bildern störende Farbsäume zu sehen. Durch zwei vom Bildröhrenaufbau her bestimmte Faktoren ist eine Konvergenz der drei Elektronenstrahlen nicht automatisch gegeben, sondern muß durch zusätzliche Maßnahmen erreicht werden.

Statische Konvergenzfehler sind vorhanden, wenn bei nichtabgelenkten Elektronenstrahlen (in der Bildschirmmitte) keine Konvergenz vorhanden ist.

Diese Fehler lassen sich mit Hilfe von kleinen Dauermagneten ausgleichen, die den jeweiligen Elektronenstrahl vor Eintritt in das Ablenkfeld so beeinflussen, daß er unter dem richtigen Winkel einfällt.

Dynamische Konvergenzfehler sind bedingt durch die flache,von der Kugelform abweichende Bildschirmwölbung und durch die unterschiedliche Lage der Elektronenstrahl-Systeme im Ablenkfeld.

Da diese Fehler vom Ablenkwinkel und somit von den Ablenkströmen abhängen, werden sie durch entsprechende Korrektur von Horizontal- und Vertikalablenkung beseitigt. Für die Beseitigung der dynamischen Konvergenzfehler sind im Farbempfänger eine Anzahl von Justierstellern* vorgesehen.

  • * Wir haben den in der Nachrichtentechnik üblichen Begriff „Regler" durchlaufend nach DIN 19226 durch „Steller" ersetzt. - Die VDI-Redaktion


Um auch bei unterschiedlichen Kontrastverhältnissen immer ein einwandfreies Weiß erhalten zu können, müssen die Kennlinien der drei Elektronenkanonen genau übereinstimmen. Auch hierfür sind Einstellmöglichkeiten im Gerät vorhanden.
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Einstrahl-Farbbildröhren

Das Hauptproblem bei der Lochmaskenröhre ist die Konvergenz. Deswegen arbeiten die Wissenschaftler an neuen Entwicklungen mit dem Ziel, eines Tages eine weniger komplizierte und vielleicht auch weniger kostspielige Farbbildröhre zu schaffen. Ein in letzter Zeit viel diskutiertes System ist das Chromatron. Diese Farbbildröhre hat nur eine Elektronenkanone, auf dem Bildschirm sind die drei Leucht-phosphore in horizontalen Streifen untereinander angeordnet.

Vor diesem „Zebra-Leuchtschirm" sind parallel zu den Farbstreifen Drähte gespannt, deren elektrisches Feld den Strahl jeweils auf die gewünschte Farbe lenkt. Bei Mischfarben erfolgt ein schneller Wechsel zwischen den Primärfarben.

Weitere Entwicklungen, wie beispielsweise die Bananenröhre und die Indexröhre, sind bisher nicht über das Versuchsstadium hinausgekommen.
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Die Erzeugung des Farbbildes

Die Farbfernsehkamera hat die Aufgabe, das farbige Bild ohne weiteren Zwischenspeicher in drei elektrische Signalspannungen umzuwandeln, die dem Rot-, Grün- und Blauanteil entsprechen. Im Gegensatz zur Wiedergabe arbeitet man bei der Aufnahme grundsätzlich mit einzelnen Kameras, von denen jede einen Farbanteil aufnimmt.

Neben den Kameras zur Direktübertragung findet man auf der Aufnahmeseite auch noch Abtastvorrichtungen für Farbdias und Farbfilme, außerdem auch Magnetbandgeräte für Aufnahme und Wiedergabe farbiger Sendungen.
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Prinzip der Farbkamera

Eine Farbfernsehkamera besteht im Prinzip aus drei Schwarzweiß-Kameraröhren in einem gemeinsamen Gehäuse. Die zu übertragende Szene wird in gewohnter Weise mit einer Optik, meist eine Varioptik mit veränderbarer Brennweite, aufgenommen.

Der Strahlengang führt über ein optisches Farbteilersystem, bestehend aus halbdurchlässigen Spiegeln oder Prismen und Filtern, das an seinem Ausgang drei geometrisch gleiche Teilbilder in den Farbauszügen Rot, Grün und Blau liefert. Diese Teilbilder werden von den drei Kameraröhren aufgenommen.
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Farbfernsehkameras mit vier Kameraröhren

Es gibt auch Farbfernsehkameras mit vier Kameraröhren. Hier liefert die vierte Kamera direkt das Leuchtdichte-Signal. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß keine Signaltrennung nach Farbart und Leuchtdichte vorgenommen werden muß und daß für den kompatiblen Schwarzweiß-Empfang keine Deckungsfehler entstehen können.

Beim Schwarzweiß-Fernsehen wurden die Kameras je nach Anwendung entweder mit Image-Orthikons oder mit Vidikons ausgestattet. Beim Image-Orthikon benutzt man die Photoemission in Verbindung mit einer Sekundäremissionsverstärkung; das Vidikon beruht auf der Photoleitfähigkeit bestimmter Halbleiterverbindungen.

Der Vorzug des einfacheren Aufbaus beim Vidikon wird durch einen schwerwiegenden Nachteil beeinträchtigt: bei geringer Beleuchtungsstärke zeigt sich beim Vidikon ein störendes Nachziehen des Bildinhaltes. Deshalb wurde das Vidikon bisher nur bei industriellen Fernsehanlagen verwendet.

  • Anmerkung : Das Orticon sowie das Super-Orticon ist für die Verwendung in Farbkameras völlig ungeeignet, weil das innere Elektronik-System in Verbindung mit dem Mikrofonie-Effekt schwingt, für die 3 Farben unterschiedlich und das Bild dadurch anfängt zu schwimmen. Die FESE hatte damit 4 Jahre gekämpft und verloren. Die Orticon Farbkameras wurden nie fertig.

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Farbkameras mit Plumbicon-Röhren (von Philips)

Die beim Start des deutschen Farbfernsehens verwendeten Aufnahmekameras sind mit Plumbicon-Röhren ausgestattet. Dieser neue Röhrentyp ähnelt im Aufbau einem Vidikon, hat jedoch
als lichtelektrisch leitende Schicht eine aus drei hintereinanderliegenden Einzelschichten bestehende mikrokristalline Bleioxyd-Schicht (ein Phlips Patent).

Diese Röhre vermeidet die beim Vidikon störenden nachzieh-Effekte. Bei der Wiedergabe von Farbdias und bei der Übertragung von Farbfilmen, die vor allem in der ersten Zeit einen wichtigen Anteil am Farbfernsehprogramm bilden werden, verwendet man einfachere Geräte, in denen das Dia- oder Filmbild zeilenweise vom Lichtpunkt einer Abtaströhre durchleuchtet wird.

Erst hinter der abzutastenden Vorlage teilt man das nun farbig gewordene Licht mit Farbfiltern in seine drei Primärfarbenanteile auf und formt es mit Hilfe von Photozellen in elektrische Spannungen um.

Da hier im Gegensatz zur Farbfernsehkamera nur ein Abtastraster geschrieben wird, gibt es keine Konvergenzschwierigkeiten.
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Die „Fernsehnorm"

Genau wie für das Schwarzweiß-Fernsehen sind auch für das Farbfernsehen bestimmte Normen festgelegt worden. Der Begriff „Fernsehnorm" umfaßt eine ganze Reihe von technischen Festlegungen, wie Zeilenzahl, Bildwechselzahl, Bandbreite, Bild- und Tonträgerabstand, Bild- und Tonmodulation, Synchronisierung und andere.

Die beiden für das Farbfernsehen wichtigsten Begriffe aus der Farbfernseh-Norm sind die Zeilenzahl und das Übertragungssystem.

Das Fernsehbild wird zur Übertragung in waagerechte Zeilen zerlegt. Je höher die Zeilenzahl, desto feiner die Bildstruktur, desto größer aber auch die benötigte Übertragungsbandbreite.

Beim Schwarzweiß-Fernsehen sind folgende Zeilenzahlen im Gebrauch : Bundesrepublik Deutschland und viele andere Länder 625, Frankreich 819, Großbritannien 405, USA 525.

Mit der Einführung eines zweiten Programms im UHF-Bereich haben Frankreich und Großbritannien 625 Zeilen verwendet. Für das Farbfernsehen wird in Europa einheitlich das 625-Zeilen-System angewandt. Schwierigkeiten wegen anderer Zeilenzahl sind also nur bei der Übernahme von Farbprogrammen aus den USA zu erwarten. Dazu gibt es die Normenwandler.

Die Übertragungssysteme (zum Empfänger)

Während bezüglich der Zeilenzahl eine europäische Vereinbarung möglich war, konnte ein einheitliches Übertragungssystem für das Farbfernsehen leider nicht geschaffen werden. Nach der allgemeinen Einführung des Farbfernsehens in Europa werden auf der Welt drei Übertragungssysteme nebeneinander bestehen: Das im Jahre 1953 in den USA offiziell eingeführte NTSC-System, das von Henry de France vorgeschlagene SECAM-Verfahren und das von Walter Bruch entwickelte PAL-System.

Das NTSC-System

Das grundlegende System der modernen Farbfernsehübertragung wurde im Jahre 1949 von dem "National Television System Comitee" erarbeitet, nach diesem Gremium benannt und 1953 in den USA verbindlich (per Gesetz) eingeführt. Das NTSC-System bildet die Grundlage für die beiden anderen Farbfernsehsysteme. 1961 wurde das NTSC-System ohne Abänderung von Japan übernommen.
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Die einzelnen Frequenzen

Beim Farbfernsehen wird die Helligkeitsinformation, die das Schwarzweißbild (die Leuchtdichte) darstellt, wie beim Schwarzweiß-Fernsehen mit Hilfe der Bildträgerfrequenz übertragen. Den Begleitton überträgt wie üblich die Tonträgerfrequenz. Für die Übertragung der Farbinformationen, Farbton und Farbsättigung, wird eine dritte Trägerfrequenz benutzt. Man legt sie derart, daß die Seitenbänder dieses Trägers kammartig verschachtelt genau zwischen die Seitenbänder des Helligkeitssignals fallen, was immer dann der Fall ist, wenn die Frequenz des Farbhilfsträgers ein ungeradzahliges Vielfaches der halben Zeilenfrequenz ist.

Der Farbhilfsträger liegt beim NTSC- und beim PAL-System bei etwa 4,43 MHz. Um sowohl Farbton wie Farbsättigung übertragen zu können, muß dieser Farbhilfsträger mehrfach moduliert werden. Beim NTSC-System wird der Farbton durch Phasenmodulation des Trägers übermittelt, die Farbsättigung durch Amplitudenmodulation.
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Probleme auf dem Weg vom Studio zum Empfänger

Auf dem Übertragungsweg zwischen Studio und Empfänger sind gewisse Beeinflussungen des Signals unvermeidlich. Sie führen zu Bildfehlern. Wird beim NTSC-System die Amplitude (Größe) des Farbhilfsträgers durch äußere Einflüsse verändert, so ändert sich auf dem Bildschirm die Farbsättigung, was nicht weiter störend ist.

Eine Änderung der Phase auf dem Übertragungsweg bewirkt jedoch eine sofort ins Auge fallende Verschiebung des Farbtons. Gerade aber Phasenfehler kommen bei langen Übertragungsstrecken und bei Reflexionen des Sendesignals beispielsweise an Berghängen und Hochhäusern häufig vor.

Diese Farbtonveränderungen durch Phasenverschiebung sind ein schwerer Nachteil des NTSC-Systems. Die in den USA und in Japan betriebenen Farbfernsehempfänger sind deshalb mit einem speziellen Farbton-(Hand-) Regelknopf ausgestattet, der immer wieder nachgestellt werden muß, um Farbverfälschungen zu korririeren.

Dies war der Grund, warum für Europa, das vierzehn Jahre später als die USA mit dem Farbfernsehen startete, nicht das NTSC-System einfach übernommen wurde. Man suchte nach Verbesserungen und fand sie schließlich im PAL- und im SECAM-System.
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Das PAL-System

Das Farbfernsehen in der Bundesrepublik Deutschland arbeitet nach dem PAL-System, das auf der internationalen Konferenz des CCIR (Comite Consultatif International des Radiocommunications) in Oslo 1966 auch von vielen Nachbarländern angenommen wurde (England, Holland, die skandinavischen Länder, die Schweiz, Österreich,
Italien).

Das von dem bekannten deutschen Fernseh-Fachmann Dr. Walter Bruch "entwickelte" System enthält alle wesentlichen Vorzüge des NTSC-Systems, es vermeidet jedoch Farbverfälschungen durch Phasenfehler.

  • Anmerkung : Walter Bruch hat das System weder entwickelt noch erfunden.


Die Bezeichnung PAL ist die Abkürzung von „Phase Alternation Line', das bedeutet „Phasenumschaltung von Zeile zu Zeile". Bei dem Grundprinzip des PAL-Systems ging man von dem Gedanken aus, daß sich der zeitliche Verlauf des Farbart-Signals von Zeile zu Zeile nur sehr wenig ändert. Man schaltet also beim Sender den Modulationssinn des Farbträgers periodisch wechselnd von Zeile zu Zeile, also jeweils nach 64us, um. Auf dem Übertragungsweg etwa entstehende Phasenfehler wirken sich dann von Zeile zu Zeile entgegengesetzt aus, im Empfänger kann man aus beiden Abweichungen einen Mittelwert bilden, der dem exakten Sollwert entspricht.

Wirkungsweise einer Ultraschall-Verzögerungsleitung Zeichnung: Philips

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Die perfekte Hochfrequenz-Übertragung

Durch diesen Kunstgriff ist das PAL-System gegen Phasenfehler völlig unempfindlich. Auf der Empfängerseite braucht man bei PAL einen Speicher, der den Informationsinhalt einer Bildzeile über deren Dauer speichert und in der nächsten Zeile, jedoch mit entgegengesetztem Fehler, liefert. Dieser Speicher besteht zum Beispiel aus einer Ultraschall-Verzögerungsleitung, die aus einem etwa 20cm langen Spezialglas gebildet wird, das mit zwei Bariumtitanat-Wandlern und einer Reflexionsfläche ausgestattet ist.

Will man keine extremen Phasenfehler ausgleichen, so kann man auf die Verzögerungsleitung verzichten und einfach die Trägheit des menschlichen Auges ausnutzen. Das Auge mittelt dann unmittelbar den positiven Phasenfehler in der einen Zeile und den negativen Phasenfehler in der nächst folgenden. Obwohl die Farben bei Phasenfehlern dann auf dem Bildschirm in zwei aufeinanderfolgenden Zeilen komplementär verfälscht sind, werden sie innerhalb gewisser Grenzen vom menschlichen Auge als unverfälscht empfunden. Dieses vereinfachte Verfahren wird SIMPLE-PAL genannt und kommt für einfachere Farbempfänger in Frage.
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Das SECAM-System

Dieses von dem Franaosen Henry de France im Jahre 1957 vorgeschlagene Verfahren arbeitet im Gegensatz zu NTSC und PAL nicht simultan, sondern sequentiell, das heißt die für die Farbinformation nötigen beiden Signale für Farbton und Farbsättigung werden nacheinander in zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Zeilen übertragen.

Daher rührt auch der Name des Systems: "Sequentielle couleur ä memoire", was aufeinanderfolgende Farbübermittlung mit Hilfe von Speicherung bedeutet. Da sich die Farbinformationen zweier benachbarter Zeilen nicht wesentlich unterscheiden, überträgt man bei SECAM jeweils in einer Zeile die Information für den Farbton, in der nächsten den für die Farbsättigung. Der Farbhilfsträger wird frequenzmoduliert, eine Doppelmodulation wie bei NTSC und PAL entfällt.

Im SECAM-Empfänger ist wie bei PAL eine Verzögerungsleitung nötig, um die eine Information solange zu speichern, bis sie mit der in der nächsten Zeile übermittelten Information kombiniert werden kann. Nachteilig ist beim SECAM-System, das in Frankreich und im Ostblock eingeführt wird, daß der frequenzmodulierte Farbhilfsträger den Schwarzweiß-Empfang stärker stört als der amplitudenmodulierte PAL-Hilfsträger.

Die Verwendung unterschiedlicher Farbfernseh-Systeme in den einzelnen Ländern erschwert zunächst den direkten Empfang aus Nachbarländern, die nach einem anderen System arbeiten.
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VDI-NACHRICHTEN Nr. 50 / 13. Dezember 1967

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Wie das Farbfernsehbild entsteht - II

Die Aufbereitung der Signale für einen kompatiblen Empfang - 4. Folge
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Mehrnormenempfänger und Normenwandler

Mehrnormenempfänger, wie sie in der Schwarzweiß-Technik zum Beispiel schon für die Schweiz und für Belgien in Gebrauch waren, sind prinzipiell auch für das Farbfernsehen möglich. Sie werden jedoch - vor allem wenn sie zusätzlich auch für Schwarzweiß-Empfang kompatibel sein sollen - sehr aufwendig.

Ein weiteres Problem besteht für den Austausch von farbigen Fernsehprogrammen, etwa bei der Eurovision oder - über Satellit - aus USA oder Japan. Bei solchen Übertragungen müssen Transcoder (Normenwandler) die eine Norm in die andere umwandeln. Für die Eurovision ist dieses Umwandlungsproblem technisch schon gelöst. Übertragungsversuche zwischen Frankreich, das nach dem SECAM-Verfahren arbeitet, und der Bundesrepublik und Großbritannien, die beide das PAL-Verfahren anwenden, haben gezeigt, daß die Umsetzung der Signale beider Verfahren untereinander ohne merkliche Qualitätseinbußen möglich ist.

Im ankommenden SECAM-Signal trennt der Transcoder zunächst durch eine Frequenzweiche die Farbart-Information im oberen Teil des Frequenzbandes vom Leuchtdichte-Signal (Schwarzweißbild) ab. Aus dem beim SECAM-Verfahren frequenzmodulierten Farbträger werden die Farbdifferenz-Signale abgeleitet, die dann zusammen mit dem Leuchtdichte-Signal zur Speisung eines PAL-Coders verwendet werden.

Während der Berliner Funkausstellung führte Dr. Bruch, der "Erfinder des PAL-Verfahrens", die wechselseitige Umwandlung beider Signale vor und bewies damit, daß die Verschiedenheit der Normen in den europäischen Ländern kein Hindernis für einen Austausch von Farbfernsehprogrammen ist.
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Normenwandlung von und zu NTSC, PAL oder SECAM

Schwieriger ist es bei der Übertragung von Fernsehprogrammen aus den USA oder Japan, die heute mit Hilfe der Nachrichtensatelliten grundsätzlich möglich ist. Hier stoßen nicht nur zwei Farbfernseh-Normen, NTSC und PAL oder SECAM, aufeinander, sondern auch unterschiedliche Netzfrequenzen und Zeilenzahlen (50 Hz/625 Zeilen - 60 Hz/ 525 Zeilen).

Bisher geschah eine solche Umwandlung auf dem Umweg über einen Empfänger, dessen Bildschirm eine Kamera der anderen Norm gegenüber stand. Heute ist eine vollelektronische Umwandlung möglich, wobei das Bild nach der Methode der elektronischen Rechner in einen Speicher eingegeben und von dort wieder abgelesen wird. Nach diesem Prinzip, das bisher nur für die Schwarzweiß- Transcodierung eingesetzt wurde, ist auch eine Farb-Transcodierung möglich.
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Die Farbfernsehübertragung

Prinzip der Übertragung farbiger Fernsehbilder Zeichnung: Philips

Das normale Schwarzweiß-Fernsehen arbeitet mit den Hilfsmitteln der elektrischen Nachrichtentechnik, das heißt die Bilder werden in Form von entsprechenden impulsartigen Signalen übertragen. Die Wandler vom optischen Bild zum elektrischen Signal und wieder zurück sind Kameraröhre und Bildröhre.

Für die drahtlose Übertragung von Sender zu Empfangsantenne stehen bestimmte Frequenzkanäle zur Verfügung. Eine der Forderungen der Kompatibilität des Farbfernsehens ist, daß dieses mit den gleichen Übertragungseinrichtungen auskommt, also auch dieselben Frequenzkanäle mit gleicher Bandbreite benutzt.

Die heute verfügbaren Bildwandler (Kamera und Bildröhre) arbeiten, wie schon erwähnt, nach dem Prinzip der additiven Farbmischung. Sie liefern oder benötigen Signale, die den drei Farbauszügen in Rot, Grün und Blau entsprechen. Für die kompatible Übertragung werden jedoch andere Signale benötigt, und zwar getrennt nach Leuchtdichte (Helligkeit) und Farbart (Farbton und Farbsättigung). Die Umwandlung der Signale im Studio besorgt ein Coder, die Rückverwandlung im Empfänger macht ein Decoder.

Die Technik der Farbdifferenzsignale

Das Leuchtdichte-Signal (auch Helligkeits- oder Y-Signal) wird bei der Vierröhren-Kamera unmittelbar von der vierten Kameraröhre geliefert, bei der Dreiröhren-Kamera wird es mit Hilfe einer Matrixschaltung aus den Signalen der drei Farbkameras gewonnen.

Für die Erzeugung des Farbart-Signals werden Farbdifferenz-Signale gebildet. Diese entstehen, indem von den Farbsignalen R (Rot), G (Grün) und B (Blau) jeweils das Y-Signal subtrahiert wird. Man erhält so die drei Farbdifferenzsignale R-Y, G-Y und B-Y. Eine mathematische Überlegung zeigt, daß eines der drei Farbdifferenzsignale aus den beiden anderen errechnet werden kann.

Man beschränkt sich daher auf die Übertragung der beiden Farbdifferenzsignale R-Y und B-Y, die zusammen das Farbart-Signal bilden. Mit diesen wird der Farbhilfsträger moduliert.

Die drei Frequenzbänder beim Farbfernsehen

Lage des Farbsignals im Schwarzweiß-Fernsehkanal Zeichnung: Philips

Für das gesamte Fernsehsignal steht beim Farbfernsehen wie bei Schwarzweiß ein Frequenzband von 0 bis 5 MHz zur Verfügung. Um einen kompatiblen Schwarzweiß-Empfang zu ermöglichen, wird der Bildträger in gewohnter Weise mit dem Y-Signal amplitudenmoduliert.

Das Farbart-Signal wird einem Farbhilfsträger aufmoduliert, der in einem schmalen Frequenzbereich im Gesamtsignal eingeschachtelt wird, und zwar bei etwa 4,429 MHz. Die Lage dieses Trägers wurde so gewählt, daß eine Beeinflussung des Y-Signals möglichst gering ist, und beim kompatiblen Schwarzweiß-Empfang praktisch nicht stört.

Da zur Übertragung des Farbart-Signals nur die Modulation des Farb-hilfsträgers benötigt wird, nicht aber der Träger selbst, wird dieser vor der Aussendung unterdrückt, damit er das Schwarzweiß-Bild nicht stört. Zur Wiedergewinnung dieses Trägers im Empfänger wird zusätzlich ein kurzer Farbsynchronimpuls mitgesendet, den man Burst nennt.
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Aufrüstung der Übertrager- und Sendertechnik


Alle Sender des Schwarzweiß-Fernsehens eignen sich grundsätzlich auch für das Farbfernsehen, da die Farbinformation innerhalb des auch beim Schwarzweiß-Fernsehen benutzten Frequenzbandes untergebracht ist. Beim Farbfernsehen müssen jedoch an die Sender erhöhte Anforderungen gestellt werden, um eine ausreichende Qualität sicherzustellen.

Die beim Farbfernsehen zusätzlich zu übertragende Farbinformation besteht aus einem Farbträger, der im oberen Teil des Frequenzbandes bei 4,43 MHz liegt. Seine Amplitude ergibt die Farbsättigung und seine Phasenlage gegenüber einem am Anfang jeder Zeile mitübertragenen Bezugswert (Burst) ergibt die Farbart.

Um diesen Farbträger in bezug auf Amplitude und Phasenlage richtig übertragen zu können, müssen Amplituden- und Laufzeitfrequenzgang des Sender verschärften Toleranzbedingungen genügen. Deshalb mußten bei der Einführung des Farbfernsehens die meisten vorhandenen Fernsehsender umgerüstet werden.

Durch Änderungen in den Leistungsverstärkern lassen sich die Werte für die differentielle Phase und Verstärkung verbessern, durch Änderungen in der Bild-Ton-Weiche können die Werte des Amplituden-Frequenzganges verbessert werden. Außerdem werden Entzerrungsschaltungen geändert oder zusätzlich eingeführt.

Voraussetzung für eine erfolgreiche Umrüstung auf Farbtüchtigkeit ist, daß die in den Leistungsendstufen verwendeten Senderöhren die verschärften Linearitätsanforderungen erfüllen. Dies ist jedoch bei den allermeisten Sendern bereits der Fall.

Auch an die Fernsehumsetzer werden die erwähnten zusätzlichen Anforderungen gestellt. Hier wird sich in Zukunft vor allem der Wanderfeldröhren-Umsetzer bewähren, da dieser Röhrentyp neben großer Verstärkung und Bandbreite weitgehend konstante Betriebsdaten über lange Betriebszeiten aufweist.
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Der Farbfernsehempfänger

Rein äußerlich unterscheidet sich ein Farbfernsehempfänger kaum von einem Schwarzweiß-Gerät, er ist lediglich etwas größer und schwerer. Der Hauptanteil davon entfällt auf die Farbbildröhre, die durch den Einbau der Schattenmaske und durch den kleineren Ablenkwinkel (90° gegenüber 110° bei der Schwarzweiß- Bildröhre - wir sind nich im Jahr 1967) größer und schwerer ist. Sie benötigt außerdem eine höhere Bildschirmspannung (25 kV statt 18 kV) und entsprechend mehr Leistung.

Zu den beim Schwarzweiß-Empfänger vorhandenen Baustufen kommen neben der anderen Bildröhre mit den dazugehörenden Bausteinen, wie Konvergenzkorrektur und Hochspannungsstabilisierung, im PAL-Farbempfänger noch eine Reihe neuer Baustufen hinzu. Dies sind vor allem die Teile für die Decodierung des Farbsignals und die Verzögerungsleitung. Einige der bekannten Stufen müssen beim Farbempfänger größere Leistung abgeben und sind daher anders dimensioniert.
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Aufstellung des Farbempfängers

Allgemein gelten hier die gleichen Voraussetzungen wie beim Schwarzweißgerät. Der Empfänger soll so stehen, das kein Tageslicht direkt auf den Bildschirm fällt und Raumbeleuchtungen sich nicht im Bildschirm spiegeln. Der Abstand zur Sitzgruppe soll mindestens 2m bis 3m betragen.

Der Farbempfänger hat einen wesentlich höheren Stromverbrauch als ein Schwarzweißgerät, entsprechend größer ist auch seine Wärmeentwicklung. Er sollte deshalb nicht in die unmittelbare Nähe der Heizung gestellt werden, an seiner Rückseite soll die Luft ungehindert zuströmen können (kein Einbau in Regale ohne Belüftung!).

Um magnetische oder elektrische Einstreuungen weitgehend auszuschalten, sollen elektrische Geräte, wie Radios, Plattenspieler oder Uhren nicht auf den Farbempfänger gestellt werden. Gegenüber einem Schwarzweißgerät hat der Farbempfänger zwei zusätzliche Einstellknöpfe oder Tasten: den Steller für die Farbsättigung und die Farbtoneinstellung.

Die "Drehknöpfe" am Farbfernseher

Die Umschaltung von Schwarzweiß- auf Farbempfang wird bei den meisten Modellen automatisch vorgenommen. Nach Wunsch kann natürlich eine Farbsendung auch in schwarzweiß empfangen werden, wenn man die entsprechende Taste drückt oder den Farbsättigungssteller ganz zurückdreht.

Mit dem Farbsättigungssteller, auch Farbstärkesteller genannt, wird der Farbanteil nach dem persönlichen Geschmack eingestellt. Je nach Stellung ergeben sich kräftige, bunte Farben oder Pastellfarben.

Die Farbtoneinstellung die bei NTSC-Geräten so häufig bedient werden muß, könnte eigentlich bei PAL-Geräten entfallen. Trotzdem enthalten die meisten Farbgeräte diesen Steller. Der Benutzer hat damit die Möglichkeit, die Farbtönung seines Bildes je nach Geschmack in gewissen Grenzen zu variieren.

Zunächst wird der Besitzer eines Farbempfängers versucht sein, das neue, teure Gerät zu schonen und mit ihm nur die in Farbe ausgestrahlten Sendungen zu empfangen. Dies mag in den Anfängen des Farbfernsehens, wenn nur wenige Farbsendungen angeboten werden, noch gehen.

Später ist dies umständlich, zudem wird meist der Platz für zwei Empfänger nicht verfügbar sein. Dank der Kompatibilität ist der Farbempfänger in der Lage, auch Schwarzweiß-Sendungen mit guter Qualität wiederzugeben. Eine spezielle Schaltung im Gerät, Farb-Killer genannt, sorgt dafür, daß diese Sendungen auch einwandfrei ohne störende Farbbeimischung auf dem Bildschirm erscheinen. Die Farbtoneinstellung kann bei Schwarzweiß-Empfang dazu benutzt werden, den Bildschirm je nach Wunsch leicht chamois oder im harten, bläulichen Ton einzufärben.
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Die Antenne

Die Antenne ist ein wichtiger Bestandteil jeder Empfangsanlage, von ihrer Funktion hängt in entscheidendem Maße die Qualität der empfangenen Sendungen ab. Dies gilt gleichermaßen für Rundfunk und Fernsehen, insbesondere aber für das Farbfernsehen.

In den meisten Fällen sind die neuen Farbfernseh-Teilnehmer ehemalige Schwarzweiß-Fernseher. Das neue Farbfernsehgerät wird also an die schon vorhandene Antenne oder Antennenanlage angeschlossen werden. Hier muß geprüft werden, ob die Antenne den Bedingungen des Farbfernsehens entspricht und eventuell verbessert oder erneuert werden muß.

Zum Empfang von Farbfernsehsendungen braucht man normalerweise weder besondere Antennen noch besondere Bauteile. Dies gilt für Einzelantennen ebenso wie für Gemeinschaftsantennenanlagen.

Die Farbprogramme werden von den bestehenden VHF- und UHF-Sendern in den gleichen Kanälen wie die Schwarzweiß-Programme ausgestrahlt.

Damit ändern sich weder Empfangsrichtung noch Frequenzband. Da die Farbinformation innerhalb des jeweils benutzten Frequenzbereichs übertragen wird, bleibt auch die benutzte Bandbreite gleich groß.

Die für Antennenanlagen zum Schwarzweiß-Fernsehempfang aufgestellten Richtlinien und Bestimmungen wurden vorsorglich so abgefaßt, daß sie auch für einen einwandfreien Farbempfang ausreichen. Grundsätzlich gilt daher, daß eine Antennenanlage, die einen in jeder Beziehung guten Schwarzweiß-Empfang liefert, auch für das Farbfernsehen geeignet ist. Schwierigkeiten können dort auftreten, wo bisher nur ein mäßiger Empfang möglich war. Dies trifft vor allem für Behelfsantennen zu.
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Nutzspannung einer Antenne

Die Nutzspannung ist die vom gewünschten Sender über die Empfangsantenne an den Empfängereingang gelieferte Spannung. Sie wird von Störspannungen überlagert, die unvermeidlich ebenfalls an den Empfängereingang gelangen. Da eine spätere Trennung von Nutz- und Störspannungen im Gerät meist nicht möglich ist, ist das Nutz-Stör-Verhältnis, auch Störabstand genannt, ein wichtiges Kriterium für einen guten Empfang.

VDI-NACHRICHTEN Nr. 51/20. Dezember 1967

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Wie das Farbfernsehbild entsteht - III

Störungen beim Empfang - Anschluß von Zweitgeräten - Folge 5 von 5 - Schluß
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Eine kritische Störspannung ist die Rauschspannung, die beim Tonempfang ein prasselndes Geräusch hervorruft und daher ihren Namen hat. Sie entsteht durch unregelmäßige Elektronenbewegungen in Widerständen, Röhren und Halbleitern. Sowohl die Antenne als auch der Farbempfänger liefern einen solchen Rauschanteil. Im Fernsehbild zeigt sich dieses Rauschen als eine Bildunruhe, die man auch Grieß oder Schnee nennt. Um solche Rauschstörungen zu unterdrücken, muß die Eingangsspannung hundert- bis dreihundertmal so groß sein wie die Rauschspannung. Dabei ist es gleichgültig, ob das Bild schwarzweiß oder farbig ist. Daraus folgt, daß Farbfernsehempfänger mit der gleichen Nutzspannung auskommen wie Schwarzweiß-Geräte.

Moirestörungen

Moirestörungen entstehen, wenn störende Einstrahlungen an den Empfänger gelangen. Sie erzeugen im Bild ein Streifenmuster, das Moire genannt wird. Solche Störquellen sind UKW-Rundfunkempfänger und Fernsehempfänger, die unzulässigerweise zu starke Oberwellen abstrahlen, ferner gewerbliche Hochfrequenzgeneratoren, wie Diathermiegeräte.

Die von der Deutschen Bundespost erlassenen Störstrahlungsvorschriften sollen sicherstellen, daß solche Strahlungen den Fernsehempfang nicht stören. Bei Gemeinschaftsantennenanlagen können gegenseitige Beeinflussungen von Empfängern entstehen, wenn die einzelnen Empfängeranschlüsse nicht genügend entkoppelt sind. Auch fremde Fernsehsender auf dem gleichen oder dem benachbarten Kanal können Moirestörungen verursachen.

Wie die bisherigen Erfahrungen gezeigt haben, wirken sich diese Störungen im Farbbild nicht stärker aus als im Schwarzweiß-Bild.

Geisterbilder

Wenn eine vom Sender abgestrahlte Welle außer auf dem direkten Weg zur Empfangsantenne infolge Reflexionen noch zusätzlich auf einem Umweg zum Empfänger gelangt, können auf dem Bildschirm durch diesen Mehrfachempfang gegenüber dem Hauptbild seitlich versetzte Bilder entstehen, die man Geisterbilder nennt.

Diese Bilder werden jedoch nur sichtbar, wenn der Laufzeitunterschied zwischen dem direkten und dem reflektierten Strahl mindestens 0,1us beträgt.

Da es kein Mittel gibt, die reflektierten Wellen erst im Empfänger zu beseitigen, können sie nur mit Hilfe einer Richtantenne ausgeblendet werden. Wie zahlreiche Empfangsversuche zeigten, erscheinen Geisterbilder bei gleichem Störabstand im Farbbild nicht auffallender als im Schwarzweiß-Bild. Farbänderungen durch Reflexionen, wie sie beim NTSC-System beobachtet werden, treten beim PAL-System so gut wie nicht auf.

Wo Fehler auftreten können

Verzerrungen können vor allem in Verstärkern, Umsetzern, Filtern, Weichen und Übertragern entstehen, die vorzugsweise in Gemeinschaftsantennenanlagen enthalten sind. Lineare Verzerrungen entstehen bei einem ungleichmäßigen Frequenzgang eines Bauteils. Sie können unter Umständen dazu führen, daß der Farbhilfsträger gegenüber dem Bildträger zu stark abgesenkt wird, was zu einem Nachlassen der Farbintensität führen würde: Diese Beeinflussung läßt sich jedoch mit dem Farbstärkesteller am Gerät ausgleichen.

Nichtlineare Verzerrungen entstehen durch übersteuerte Verstärkerstufen. Sie können zu einer Beeinflussung zwischen Bildträger, Tonträger und Bildseitenband führen, die Intermodulation genannt wird. Im Schwarzweißbild ergibt dies Fahnen (Nachziehen), die im Farbbild auch zu Farbverfälschungen führen können.

Das PAL-System ist allerdings auch dagegen relativ unempfindlich. Bildfehler durch Übersteuerung der Verstärker können durch fachgemäße Einstellung der Antennenanlage leicht beseitigt werden.

Antennenanlagen

Wenn der Käufer eines Farbempfängers schon einen Schwarzweiß-Fernsehempfänger besitzt, wird er den Wunsch haben, das neue Gerät an die schon vorhandene Antenne anzuschließen. Falls die Antenne den Anforderungen genügt, ist dies wie schon gesagt möglich. Bei wahlweisem Betrieb beider Geräte - wenn beispielsweise die Schwarzweiß-Sendungen mit dem alten Gerät empfangen werden sollen - muß dabei jedesmal der Antennenanschluß umgesteckt werden.

Das dauernde Umstecken der Antenne ist allerdings keine befriedigende Lösung. Hier empfiehlt sich ein Antennenverteiler, der die von der Antenne aufgenommene Spannung auf die beiden Empfänger aufteilt. Solche Verteiler sind im Handel, sie können ohne besondere Fachkenntnisse und ohne Spezialmontage angeschlossen werden. Da die zum Empfänger führenden Antennenanschlußschnüre auch in größeren Längen zu haben sind, kann eines der an den Antennenverteiler angeschlossenen Geräte auch in einem anderen Zimmer aufgestellt werden. Auf diese Weise hat man das alte Gerät als echtes Zweitgerät, zur Verfügung.

Beim Anschluß von zwei Empfängern an einen Antennenanschluß wird die pro Gerät verfügbare Antennenenergie zwangsläufig halbiert, zusätzlich entsteht eine Herabsetzung durch die unvermeidlichen Verluste im Verteiler und in den Zuleitungen. Zum Ausgleich dieser Verluste sind Antennenverteiler mit Transistorverstärkern entwickelt worden.

Diese Folgen „Wie das Farbfernsehbild entsteht" stammen von Dipl.-Ing. Peter Pils vom Dezember 1967.
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