Fernsehen

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Einleitung

Fernsehen (TV: Television), Echtzeitübertragung von bewegten und unbewegten Bildern durch elektronische Mittel über elektrische Übertragungsleitungen (Kabel) oder mittels elektromagnetischer Strahlung (Funkwellen). Siehe auch Satellitenfernsehen

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Fernsehbilder

Normale Photolithographie ist durch die Aufteilung einer Abbildung in eine große Anzahl einzelner kleiner heller oder dunkler Punkte gekennzeichnet. Faksimileübertragung (Fax), ein System zur elektrischen Übertragung von Nachrichten, Bildern, Zeichnungen oder gedrucktem Material, basiert ebenfalls auf dieser Aufteilung in einzelne Punkte. In beiden Fällen sind die Punkte so klein und zahlreich, dass das Bild dem Auge des Betrachters wie ein zusammenhängendes Muster erscheint. Fernsehbilder werden in ähnlicher Weise aus einem Muster von Farbtonelementen gebildet, die miteinander vermischt werden und so ein vollständiges Bild ergeben. Anders als die Punkte einer Halbtonlithographie oder bei einer Faxübertragung erscheinen die einzelnen Farbtonelemente des Fernsehbildes auf der Empfangsoberfläche nacheinander in einer zeitlichen Abfolge. Sie liefern nur scheinbar eine Abbildung, erst der Gesichtssinn vermischt sie zu einem vollständigen Bild.

2.1

Abtasten

Die Technik zum Aufspalten einer Abbildung in eine Folge einzelner Elemente, die später an den richtigen Stellen zusammengesetzt werden, bezeichnet man als Abtasten. Bei dem Vorgang streicht der Sensor (das „Auge”) des Abtasters über das gesamte Bild. Der Abtaster erzeugt ein elektrisches Signal proportional (entsprechend) zur Helligkeit des abgetasteten Punktes. Beim Empfänger stellt ein zweiter Abtaster ein Bild des Objekts wieder her, indem der Lichtpunkt moduliert durch das Signal in genauer Übereinstimmung mit dem Sende-Abtaster wieder rekonstruiert wird.

Es sind im Lauf der Zeit verschiedene mechanische und elektrische Vorrichtungen zum Abtasten entworfen worden, von denen einige in diesem Artikel beschrieben werden (siehe weiter unten: Geschichte). In fast allen modernen Fernsehsystemen nutzt man die Bewegung eines Elektronenstrahles, der über die Schirme von Kamera- oder Fernsehempfängerröhren streicht. Der Vorteil eines Elektronenstrahles besteht darin, dass der Strahl mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt werden kann und sich ein gesamtes Bild in einem Sekundenbruchteil abtasten lässt.

In einer vereinfachten Form zeigt Abbildung 1 den Weg, der von einem Elektronenstrahl beim Abtasten des gesamten Bereiches eines Bildes zurückgelegt wird. Die durchgezogenen Linien repräsentieren den Weg des Strahles über die Bildoberfläche und die punktierten Linien die Rücklauf- bzw. Austastperioden.

Um den Strahl zum Anfangspunkt der nächsten Linie oder des nächsten vollständigen Abtastvorganges zurückzubringen, wird der Strahl während dieser Perioden ausgeschaltet (Austastvorgang). Die Abbildung zeigt ein einfaches Abtastmuster, das aus vergleichsweise wenigen Zeilen zusammengesetzt ist, sowie die einfache Wiedergabe des Musters. Heutzutage verwendet man bei der Abtastung eine große Anzahl von Zeilen, wobei das Muster in zwei versetzten Teilen abgetastet wird.

Ein vollständiges, einzelnes Abtastmuster erzeugt ein einzelnes unbewegtes Bild. Eine Bewegung setzt sich nach diesem Prinzip aus mehreren unbewegten Bildern zusammen – so als ob man mehrere Momentaufnahmen macht. Weil diese Abtastmuster mehrmals in der Sekunde wiederholt und aneinandergereiht werden, vermischen sich diese für den Beobachter zu einer ununterbrochenen Bewegung.

Je größer die Zahl der aufgezeichneten Elemente in jeder Zeile, desto besser werden Details wiedergegeben (Bildgüte). In der Fernsehtechnik müssen die Frequenz der Musterwiederholung und die Anzahl der verwendeten Abtastzeilen für jedes System standardisiert sein. In der Praxis werden diese so genannten Fernsehstandards für alle Sender und Empfänger festgelegt, die in einem Land genutzt werden. In Europa wird z. B. das PAL-System (Phase Alternate Line: zeilenweise Phasenänderung) verwendet, das sich aus 625 Zeilen und 25 Bildern (Rahmen) pro Sekunde zusammensetzt und eine hohe Auflösung bietet, da jedes Bild in zwei Feldern übertragen wird und damit 50 Halbbilder pro Sekunde angezeigt werden – nach dem Zeilensprungverfahren erst die ungeraden Zeilen und anschließend alle geraden. In den USA haben sich Fernsehsender und Fernsehhersteller auf einen Standard mit 525 waagerechten Zeilen und einer Frequenz von 60 Halbbildern pro Sekunde geeinigt. Das französische System (SECAM: Séquentiel à Mémoire, Speicherfolgensystem) arbeitet ebenfalls mit 525 Zeilen mit 60 Halbbildern pro Sekunde. Auch in Spanien benutzt man dieses System. Klarere Fernsehbilder können durch eine Erhöhung der Anzahl von Zeilen und Elementen erreicht werden.

2.2

Das Fernsehsignal

Ein Fernsehsignal ist im Prinzip eine elektromagnetische Welle, die folgende Teile enthält: (1) eine Folge von Schwankungen, die den Schwankungen der Lichtintensität der abgetasteten Bildelemente entspricht; (2) eine Folge von Synchronisationsimpulsen, die den Empfänger auf dieselbe Abtastrate wie den Sender festlegt (Gleichlauf); (3) eine zusätzliche Folge aus so genannten Austastimpulsen und (4) einem Frequenzmodulationssignal, das den Ton überträgt. Die ersten drei dieser Elemente stellen das Bildsignal (Videosignal) dar und werden im folgenden erläutert.

Spannungs- oder Stromschwankungen entsprechend den Änderungen der Lichtintensität werden üblicherweise als Videosignal bezeichnet. Die Frequenzen dieses Signals liegen in einem Bereich von 30 Hertz bis 4 Millionen Hertz, abhängig vom Aufbau des Bildes.

Die Synchronisationsimpulse sind kurze, elektrische Energieschübe, die von geeigneten Oszillatoren der Sendestation erzeugt werden. Diese Impulse steuern den Gleichlauf zwischen dem Elektronenstrahl der Abtaströhre in der Fernsehkamera (bei Live-Sendungen) und dem Elektronenstrahl in der Bildröhre des Empfängers. Die waagerechten Synchronisationsimpulse erscheinen in einem Abstand von 0,01 Sekunden und dauern etwa genauso lang.

Austastimpulse unterbrechen den Elektronenstrahl in der Kamera und dem Empfänger für die Zeitspanne, die der Elektronenstrahl benötigt, um vom Ende der waagerechten Zeile zum Anfang der nächsten und vom Ende des senkrechten Musters zum oberen Anfang zu gelangen. Die Zeiteinteilung und Struktur dieser Impulse sind hochkomplex.