das analoge Video/TV im Detail

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Einleitung
Bildformat
Helligkeit
Farbe
Verkabelung und Farbinformation



Einleitung
Dieses Wissen ist nicht unbedingt nötig, wenn man analoges Video capturen will, es schadet aber auch nicht.
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Bildformat
Im europäisches PAL-TV-Standard werden pro Sekunde 25 Bilder übertragen. Jedes Bild besteht aus 576 sichtbaren Zeilen. Neben diesen sichtbaren Zeilen gibt es noch 49 Extrazeilen, die als Trennbereich zwischen den einzelnen Bildern dienen. Sie enthalten Synchronimpulse, um die vertikale Strahlablenkungn des TV-Bildschirms mit der Abtastung der TV-Kamera zu synchronisieren. Außerdem finden sich hier Videotextdaten und ein Bereich zur automatischen Verstärkungsregelung des TV-Empfängers.

Da eine Bildfolge von 25 Hz deutlich flackern würde, überträgt man das Bild in zwei Halbbildern zu je 288 sichtbaren Zeilen. Ein Halbbild enthält die Zeilen mit den ungeraden Zeilennummern, das zweite Halbbild die Zeilen mit den geraden Nummern. Das TV-Gerät schreibt diese nacheinander eintreffenden Halbbilder wieder inneinander, und setzt damit das Vollbild wieder zusammen. Die beiden Halbbilder haben eine unterschiedliche Zahl an 'Hilfszeilen'. Einmal sind es 24 und einmal 25 für Syncronisation und Videotext... Damit ist die Zuordnung der Halbbilder genau möglich.
Die somit entstehende Bildrate von 50 Hz erscheint weitgehend (wenn auch nicht völlig) flackerfrei.

Jede Zeile ist 64µs lang. Damit ergibt sich eine Zeilenfrequenz von 15625 Hz (5 x 5 x 5 x 5 x 5 x 5 = 15625). In jeder Zeile befinden sich aber nur 53,3µs sichtbare Bildinformation. Die anderen 10,7µs werden für die Synchronisation der Zeilenablenkung des TV-Empfängers benutzt. (Laut TV-Norm ist der sichtbare Bereich einer Zeile unwesentlich kürzer, ich beziehe mich mit den 53,3 µs auf das Timing des verbreiteten BT878-Videodigitalisierschaltkreises.)
 

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Helligkeit

Die Bildinformation besteht aus einem Helligkeits- (Luminanz, Y) und einem Farbanteil (Crominanz, C). Da TV ursprünglich schwarz-weiß war, und sich Farb-TV-Geräte über einen  viele Jahre dauernden Zeitraum nur langsam durchsetzten, war es nötig, das Farbfernsehsignal so auszustrahlen, das Schwarz-Weiß-Empfänger dieses Signal nach wie vor problemlos empfangen konnten. Deshalb ist das analoge Videosignal nach wie vor eigentlich ein schwarz-weiß-Bild, mit zusätzlicher Farbinformation.

Dieses Schwarz-Weiß-Bild wird auf Videokabeln als Spannungssignal übertragen.dabei entsprechen niedrige Spannungen dunklen Stellen und hohe Spannungen hellen Stellen. Zwischen dem Syncronimpuls und dem eigentlichen Bild gibt es eine 'Schwarzschulter'. Dieser Bereich stellt die Referenz für Schwarz dar.damit kann sich der TV-Empfänger in seiner Helligkeit automatisch auf die Qualität des TV-Signals einregeln. Die Differenz zwischen Weiß und Schwarz beträgt auf einem Videokabel typischerweise etwa 1V.
Ein Spannungspegel unterhalb des Schwarzwertes wird als Synchronisationsimpuls erkannt.

Bei der Abstrahlung über die Antenne oder die Verbreitung über Kabelnetze wird dieses Signal auf eine Trägerfrequenz amplitudenmoduliert. Dabei wird einen negative Amplitudenmodulation verwendet. Weiße Bildstellen werden mit 10% Amplitude übertragen, schwarze Stellen mit 75% Amplitude. Für Synchronimpulse ist 100% reserviert (schwärzer als schwarz). Durch diese Negativmodulation werden Störungen hoher Amplitude als schwarze Punkt (und nicht als eher störende weiße Punkte) dargestellt.
 

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Farbe

Der Farbfernsehbildschirm setzt das Farbbild aus einem roten Bild (R), einem grünen Bild (G) und einem blaue Bild (B) zusammen (RGB). Woher nimmt er aber die drei Bilder?
 
roter Bildanteil (R)
wird übertragen
grüner Bildanteil (G)
wird übertragen
blauer Bildanteil (B)
wird übertragen
roter Bildanteil
grüner Bildanteil
blauerBildanteil
R-Bild wird auf dem
Bildschirm rot dargestellt
G-Bild wird auf dem
Bildschirm grün dargestellt
B-Bild wird auf dem
Bildschirm blau dargestellt
Darstellung des roten Bildanteiles auf dem Bildschirm
Darstellung des grünen Bildanteiles auf dem Bildschirm
Darstellung des blauenBildanteiles auf dem Bildschirm
 
das menschliche Auge addiert 
die drei Teilbilder zum bunten Gesamtbild


kombiniertes RGB-Bild - ein Bewohner eines nordphilippinischen Bergdorfs

Am Besten ließe sich ein Farbbild als RGB-Signal übertragen. Dafür sendet man jeweils drei Bilder anstelle von einem. Eines enthält den Rot-Anteil, eines den Grün-Anteil und eines den Blau-Anteil. Zusammen ergeben alle drei Bilder dann das Farbbild. Da auf dem TV-Bildschirm ohnehin die drei Farbbilder separat 'aufgemalt' werden, gäbe es zwischen den drei Bildern keine gegenseitige Beeinflussung - höchste Bildqualität beim Farbfernsehen wäre der Lohn.
Man würde aber die dreifache Kapazität an Sendern und damit an Frequenzen benötigen. Außerdem könnten alte SW-Geräte mit diesem Signal nicht viel anfangen. Ein S/W-Gerät müsste sich das Helligkeitssignal (Y) mühsam aus den drei Farbsignalen zusammenbauen (Y = 0,30 R + 0,59 G + 0,11 B). Dazu wären völlig neue und aufwendigere S/W-Geräte nötig. Das geht also nicht.

Jahre vor der Entwicklung des Farb-TV hatte man ein ähnliche Kompatibilitätsproblem beim Stereorundfunk gelöst. Ein Stereo-Sender überträgt das normale Monosignal (M). Zusätzlich überträgt er ein Signal, das die Differenz zwischen dem linken und dem rechten Kanal enthält (L-R). Der Stereoempfänger addiert Mono- und Differenzsignal für den einen Lautsprecher, für den anderen subtrahiert er das Differenzsignal vom Monosignal. Das Monoradio findet noch immer sein altes Monosignal vor. Der Differenzkanal wird auf einer so hohen Tonfrequenz (ab 19 kHz) übertragen, das das Monoradio es ignoriert.

Genauso verfährt man beim Farbfernsehen. Man sendet  (neben den SW-Bild (genannt Y) noch die Differenz aus dem Rotanteil und dem SW-Bild (R-Y oder Cr) sowie die Differenz aus dem Blauanteil und dem SW-Bild (B-Y oder Cb). Diese müssen allerdings für S/W-Geräte versteckt werden.

Wie versteckt man in einem amplitudenmodulierten Schwar-Weiß-Bild nun eine zusätzliche Farbinformationen - und zwar so, dasss SW-Geräte sie gar nicht bemerken (also im SW-Bild dadurch keine Störungen auftreten) ?
Mit Frequenzmodulation! Man nimmt ein 4,43 MHz-Signal mit konstanter Amplitude - den sogenannten Farbträger. Dieses Signal moduliert man dann in der Frequenz entsprechend der zu übertragenden Farbe. Die Sache wird dadurch einfacher, dass der Mensch zwar Helligkeitskontraste sehr gut erkennt, die Auflösung des Auges für Farbkontraste aber schlecht ist. Die Farbinformation des TV-Bildes muss also bei weitem nicht mit der Auflösung des SW-Bildes gesendet werden.

Man sendet  (neben dem SW-Bild (genannt Y) noch die Differenz aus dem Rotanteil und dem SW-Bild (R-Y oder Cr) sowie die Differenz aus dem Blauanteil und dem SW-Bild (B-Y oder Cb). Diese Bilder enthalten keine (kontraststarken) Helligkeitsinformationen mehr, sondern nur noch (kontrastarme) Farbinformationen. Während das Y Signale bis zu 5 MHz überträgt, werden in den beiden Farbdifferenzkanälen nur Signale bis zu 1 MHz übertragen. Ja nach Farb-System (PAL, SECAM, NTSC) variiert die Farbträgerfrequenz und die Art der Modulation. Bei PAL werden beide Farbdifferenzbilder gemeinsam in den Farbträger hineinmoduliert, aber mit einer Phasenverschiebung von 90°. Sie lassen sich später im Empfänger durch mischen mit zwei um 90° phasenverschobenen Signalen aus einem Refenzoszillator wieder voneinander trennen.

Um Phasenfehler zu unterdrücken, wird die Phase des Farbsignals Bildzeilenweise umgeschaltet (also von Halbbildzeile zur nächsten Zeile des gleichen Halbbildes). Durch Vergleich der Farbsignale der beiden Zeilen lassen sich Phasenfehler erkennen und eleminieren. (Eine 64µs Verzögeringsleitung speichert die Farbinformation, so dass sie in der nächsten Zeile zum Vergleich zu Verfügung steht.) Das geht natürlich nur dann, wenn beide Zeilen die gleiche Farbinformation enthalten. So ist es auch, die Farbauflösung ist vertikal also auch verringert, da in einem Halbbild zwar 288 Helligkeitszeilen, aber nur 144 Farbzeilen übertragen werden (diese allerding immer doppelt). Das menschliche Auge bemerkt diesen Mangel aber nicht. Dafür ist ein PAL-Bild aber im Farbton stabil, was man von einem NTSC-Bild (dort wird ohne diesen Trick gearbeitet) nicht unbedingt sagen kann.
Bevor man nun diese Farbinformation dem S/W-Bild (Y) hinzugibt, wird der Farbträger selbst unterdrückt. Damit wird die gegenseitige Beeinflussung von Helligkeit und Farbe minimiert.
 
 
Das Y-Bild ist nur schwarz/weiß, enthält aber
die gesamte Helligkeits- und Kontrastinformation 
Die Farbdifferenzbilder enthalten vergleichsweise wenig Kontrast (max 1 MHz), also wenig Information.
Deshalb lassen sie sich im Farbträger FM-moduliert übertragen
Schwarz-Weiss-Bild (Y) 1 Farbdifferenzbild2. Farbdifferenzbild

 Der Farb-TV-Empfänger kann sich daraus dann die drei Farbbilder zusammenbasteln, die er dann anzeigt.

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Verkabelung und Farbinformation

Das zusammengesetzte Signal aus amplitudenmoduliertem SW-Bild und Phasenmoduliertem Farbbild heisst Composit-Signal. Zur Übertragung des Compositsignals z.B. vom Videorekorder zum TV genügt ein einzelner (geschirmter) Draht. Das ist dann entweder eine einzelne Leitung im Scart-Kabel, oder ein Chinch-Kabel. Die Video-Stecker der Chinch-Kabel sind normalerweise gelb gekennzeichnet.

Ganz unproblematisch ist die gemeinsame Übertragung von Helligkeits- (Y) und Farbinformation (C) aber auch nicht. An jeder nicht ideal geraden Bauelementenkennlinie kann es zu einer gegenseitigen Beeinflussung der beiden Informationen kommen. Dadurch erhalten z.B. einfarbig graue Strukturen plötzlich Farbsäume. Dass lässt sich vermeiden, wenn man Y-Signal und C-Signal auf getrennten Drähten transportiert. Man spricht dann von einer Y/C-Verbindung. Die bekannteste ist das sogenannte SVHS-Kabel mit einem Mini-Din-Stecker. Der Name 'SVHS-Kabel' ist eigentlich nicht korrekt, hat sich aber eingebürgert, da SVHS-Videorekorder lange Zeit die einzigen weit verbreiteten Geräte mit Y/C-Ausgang waren. Heute findet man diesen Steckverbinder z.B. auch an DVD-Playern.
Man kann aber Y/C auch im Scart-Kabel übertragen. In diesem Kabel stehen drei Drähte für Video bereit. Meist wird nur ein Draht benutzt, dann wird Composit übertragen. Nutzt man 2 Drähte, kann man Y/C übertragen. Natürlich müssen Bild-Quelle und Bild-Empfänger dann dementsprechend eingestellt werden. Das geht nicht automatisch, sonder manuell (in irgenteinem Menue). Wird ein Y/C-Signal an einen TV-Empfänger übertragen, dessen Eingang auf Composit eingestellt ist, so sieht man dort nur ein S/W-Bild - also das Y-Signal. Ein Scart-Kabel mit Y/C hat gegenüber dem SVHS-Kabel den Vorteil, dass die automatische Quaellenumschaltung durch die Steuerleitung des Scartkabels funktioniert. SVHS-Kabel bieten diesen Komfort nicht.Außerdem transportiert das Scart-Kabel auch die Audiosignale, für die bei Nutzung eines SVHS-Kabels noch zusätzliche Chinch-Kabel nötig sind.

Ein anderer Weg, um eine gegenseitige Beeinflussung von Helligkeit, Farbe (und Ton) zu vermeiden ist eine zeitlich getrennt Übertragung über die selbe Leitung. So wird bei D2-MAC verfahren, das aber (außer in Skandinavien) nie richtig eingesetzt wurde, und nun im Digitalzeitalter aussterben wird.

Die beste Kabelverbindung ist ein RGB-Kabel. Diese Verbindung hat sich beim Computermonitor bewärt, und findet sich auch im Videobereich. Als RGB-Kabel dient hier normalerweise ein Scart-Kabel. Seine drei Video-Drähte wurden mit Blick auf RGB-vorgesehen. Wer Geräte mit RGB-Fähigkeit besitzt, sollte das auch nutzen.

Der schlimmste Fall ist die Nutzung des Antennenkabels zur Videoübertragung. Hier werden Helligkeitsinformation, Farbinformation und Ton auf einen hochfrequenten Träger aufmoduliert, nur um am Ende des Kabels wieder aus ihm extrahiert zu werden. Das das nicht ohne Qualitätsverlust möglich ist, ist klar. Die meisten Modulatoren beherrschen nicht einmal Stereo-Ton. Es gibt nur drei Entschuldigungen für die Nutzng des Antennenkables zur Videoübertragung.

Eine detaillierte Beschreibung der einzelnen Videoverbindungen findet man her.
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Autor: sprut
erstellt: 28.11.2002
letzte Änderung: