1.

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

2.

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.

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.

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.

3.

Fernsehkameras

Die Fernsehkamera ähnelt der normalen Fotokamera durch die Ausstattung mit einer Linse oder mehreren Linsen und einer Vorrichtung zum Scharfstellen des Bildes, das durch die Linse auf einer lichtempfindlichen Oberfläche erzeugt wird. Diese bildet den lichtempfindlichen Teil der Bildspeicherröhre (Bildaufnahmeröhre). Mit ihr lässt sich die Veränderung der Lichtintensität in elektrische Stromänderungen umwandeln. Die einfachsten Bildspeicherröhren sind das Ikonoskop und das Orthikon (CPS-Emitron). Für Fernsehszenen, bei denen die Lichtintensität gering ist, wie beispielsweise in normal beleuchteten Sälen und Räumen, setzt man das hochempfindliche Vidikon oder seine Weiterentwicklung, das Plumbikon, ein.

1.

Ikonoskop

Das Ikonoskop ist die erste Bildspeicherröhre in der Geschichte der Fernsehtechnik gewesen. Sie wurde zwischen 1923 und Anfang 1924 von Wladimir Kosma Zworykin entwickelt. Das Ikonoskop hatte zahlreiche Nachteile. So benötigte man für die Erzeugung eines verwendbaren Signals eine extrem gute Beleuchtung. Wenn Fernsehkameras in Studios bei kontrollierbaren Lichtverhältnissen eingesetzt wurden, war dieser Nachteil unerheblich. Allerdings war das Ikonoskop ungeeignet für die Aufnahme von Nachrichtenreportagen bei ungünstigen Lichtverhältnissen.

2.

Orthikon

Eine Anzahl von Bildspeicherröhren wurde erfunden, um diese Schwierigkeiten zu überwinden. Das Orthikon arbeitete mit einer Photokathode. Die Empfindlichkeit dieser Röhre sorgte dafür, dass ein Kamerasignal unter allen Lichtverhältnissen erzeugt wird. Bei Vorführungen produzierte das Orthikon brauchbare Fernsehbilder von Szenen, in denen nur Kerzen als Beleuchtung dienten. Ein zusätzlicher Vorteil des Orthikons war die Verwendung eines relativ kleinen Schirmes, so dass diese Röhre in eine Kamera mit relativ geringen Ausmaßen eingebaut werden konnte.

Das Orthikon hatte ein flaches Glasfenster an einem Ende. Die innere Seite des Fensters war mit einer gleichmäßigen Schicht einer intermetallischen Alkalikomponente versehen und bildete eine empfindliche photoelektrische Oberfläche. Die Elektronenemission der lichtempfindlichen Schicht wurde durch ein Magnetfeld beschleunigt und auf einer „Glaszielscheibe” gebündelt, die eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufwies. Vor dieser Scheibe befand sich ein Drahtnetz, das mehr als 155 000 Öffnungen pro Quadratzentimeter enthielt. Hinter der Scheibe befand sich auf der Innenseite der Röhre eine ringförmige Metallbeschichtung. Diese bildete ein abbremsendes Element (Bremselektrode). Die Innenseite des Röhrenabschnitts hinter der Bremselektrode war ebenfalls mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen und diente als Anode. Sie diente zur Ablenkung des Elektronenstrahles. Am Ende der Röhre befand sich eine Elektronenkanone, die den Elektronenstrahl erzeugte, sowie ein Element, das Elektronenvervielfacher genannt wurde.

Die von der lichtempfindlichen Oberfläche ausgesendeten Elektronen erreichen die Zielscheibe und verursachen die Emission von Sekundärelektronen, wobei für jedes einzelne Elektron, das von der lichtempfindlichen Oberfläche aus bei der Scheibe ankommt, zahlreiche Elektronen erzeugt werden. Diese Sekundäremission baut ein Muster aus positiven Ladungen auf der Zielplatte auf, das dem Lichtbild auf der lichtempfindlichen Oberfläche entspricht. Helle Bereiche sind stärker positiv, während dunkle Bereiche weniger positiv in dieser Ladungsabbildung sind. Das für die Scheibe verwendete Glas ist so dünn, dass die verschiedenen positiven Ladungen von der Außenseite der Scheibe zur Innenseite hindurchwandern und so entsprechende negative Ladungen neutralisieren, die dort durch den Abtaststrahl abgelegt wurden.

Der Abtastmechanismus der Röhre besteht aus der Elektronenkanone und der zylindrischen Anode im Hals der Röhre, die zusammen als Elektronenquelle funktionieren, sowie Ablenkspulen, die außerhalb der Röhre montiert sind. Der Abtaststrahl wird kurz vor dem Erreichen der Scheibe durch den negativ geladenen Abbremsring verlangsamt und erreicht die Scheibe mit zu wenig Energie. Wenn der Strahl jeden Teil des elektrisch positiven Ladungsbildes streift, gibt er genügend Elektronen ab, um die positiven Ladungen an dieser Stelle der Zielscheibe zu neutralisieren. Die übrigen Elektronen werden in Richtung der Elektronenkanone und den zugehörigen Elektronenvervielfältiger zurück reflektiert. In den Bereichen mit starker positiver Ladung, die hellen Regionen der Abbildung entsprechen, werden mehr Elektronen benötigt, um die Ladung zu neutralisieren, und weniger Elektronen werden reflektiert.

Der Elektronenvervielfacher verhält sich im Prinzip wie ein Verstärker. Die Elektronen in dem Elektronenstrahl werden nach dem Abtastvorgang in hintereinandergeschalteten Elementen (Dynoden = Prallelektroden) verstärkt. Dabei schlägt jedes ankommende Elektron bis zu zehn Sekundärelektronen aus der Dynode. Diese werden dann auf die nachfolgende Dynode geleitet usw. Dies ist erforderlich, damit ein genügend starkes Bildsignal entsteht.

3.

Vidikon

Eine andere und heute in einfachen Farbfernsehkameras (insgesamt drei Röhren) eingesetzte Kameraröhre ist das Vidikon. Bei diesem Röhrentyp wird das Bild auf eine photoelektrisch leitende Zielscheibe projiziert. Sie kann beispielsweise aus einer dünnen Schicht einer Substanz wie Antimon-Trisulfid bestehen, deren elektrische Leitfähigkeit sich z. B. durch Lichteinfall vergrößert. Dieses photoleitende Material wird auf eine durchscheinende leitende Elektrode aufgebracht, die als Signalplatte (Anode) funktioniert und im Verhältnis zur Elektronenquelle positiv geladen ist. Ein Elektronenstrahl, der wie beim Orthikon gebündelt und abgelenkt wird, hinterlässt genügend Elektronen auf der Zielscheibe, um die Ladung zu kompensieren. Diese Ladung ist bei den beleuchteten Teilen der Zielscheibe größer als bei den unbeleuchteten. Die Ladungsersetzung in der Signalleitung, die der durch den Strahl platzierten Ladung gleicht, erzeugt das Videosignal als Eingabe für einen Verstärker, der mit der Röhre gekoppelt ist.

Plumbikons besitzen spezielle mit Bleimonoxid beschichtete Scheiben, die über Eigenschaften wie das Fehlen einer Verzögerung (die zu einer Verwischung von bewegten Objekten auf dem Schirm führt) oder wie die Proportionalität des Ausgabesignals zur Bildhelligkeit verfügen.

Das Vidikon ist eine einfache und kompakte Bildspeicherröhre mit einer hohen Empfindlichkeit. Weil es nur einen Durchmesser von etwa 2,5 Zentimetern und eine Länge von etwa 15 Zentimetern aufweist, fand es speziell in der Fernsehtechnik mit direkter Kabelübertragung eine weite Verbreitung. Wenn Weitstrecken-Fernsehübertragung nicht benötigt wird – Sender und Empfänger befinden sich z. B. im selben Gebäude –, setzt man die direkte Kabelübertragung (interne Fernsehanlage) ein. Unter diesen Umständen kann eine Kamera durch einfache Kabelverbindungen direkt die Bildschirme in der Nähe ansteuern und so den Einsatz aufwendiger Sendesysteme überflüssig machen.

4.

Fernsehübertragung

Außer für die Spezialschaltungen, die zur Erzeugung der Synchronisierungs- und Austastimpulse für das Abtasten erforderlich sind, und den verschiedenen Arten von Spezialanlagen zur Untersuchung und Überwachung der Signale aus der Fernsehkamera, ähnelt der Rest eines Fernsehsendesystems dem eines amplitudenmodulierten (AM) Radiosenders. Die Tonanlagen unterscheiden sich nicht wesentlich von den frequenzmodulierten (FM) UKW-Sendern. Das Tonsignal wird manchmal von einer eigenen Antenne ausgestrahlt, so dass eine vollständig getrennte Sendeeinheit vorhanden ist.

1.

Fernsehkanäle

Die Fernsehausstrahlung weist jedoch eine Zahl spezieller Probleme auf, die in der herkömmlichen Tonausstrahlung nicht auftauchen. Das Hauptproblem bildet die Bandbreite. Der Prozess der Modulierung einer elektromagnetischen Welle enthält die Erzeugung einer Reihe von Frequenzen, die Seitenbänder genannt werden. Sie entsprechen der Differenz und der Summe von Funk- bzw. Trägerfrequenz sowie den Modulierungsfrequenzen. Im normalen Sendewesen, bei dem das Signal nur Frequenzen bis 10 000 Hertz (10 Kilohertz) benötigt, besetzen die Seitenbänder nur wenig Platz im Frequenzspektrum. Verschiedene Sendestationen können Trägerfrequenzen zugewiesen bekommen, die nur jeweils etwa 10 Kilohertz auseinanderliegen, ohne nennenswerte Interferenzen hervorzurufen. Der Frequenzbereich eines einzelnen Fernsehsignals liegt jedoch oberhalb von vier Millionen Hertz (4 Megahertz), und diese Signale brauchen etwa vierhundertmal so viel Platz wie das gesamte Frequenzband, das für einen Radiosender für normale Mittelwellenausstrahlung benötigt wird.

2.

Hochfrequenzausstrahlung

Die Verwendung von hohen Frequenzen für die Ausstrahlung von Fernsehsendungen führte zu einer Vielzahl von Problemen, die sich von denen der konventionalen Tonausstrahlung unterscheiden. Die Reichweite von niederfrequenten Funksignalen ist sehr groß, sie reicht über Hunderte und Tausende von Kilometern. Hochfrequenzsignale sind andererseits in ihrer Reichweite recht eingeschränkt und gelangen durch die Krümmung der Erdoberfläche nicht viel weiter, als die Sichtweite zwischen zwei Orten beträgt. Obwohl daher der Sendebereich eines Standard-Radiosenders einen Radius von gut 160 Kilometern aufweisen kann, ist der Radius eines Fernsehsenders normalerweise auf etwa 56 Kilometer oder weniger je nach Höhe der Sende- und Empfangsantennen begrenzt. Daher erfordert die vollständige Fernsehversorgung eines Landes eine sehr viel größere Zahl an Fernsehsendestationen als die Rundfunkversorgung.

Ein anderes Problem, das bei dem Einsatz von hohen Frequenzen für die Fernsehausstrahlung auftaucht, besteht darin, dass sich Funkwellen dieser Frequenzen sehr ähnlich wie Lichtwellen verhalten und von festen Objekten wie z. B. Hügeln oder Gebäuden reflektiert werden. Häufig werden zahlreiche dieser Reflexionen einer einzigen Sendestation an einer bestimmten Empfangsstelle aufgefangen. Dies führt zur Anzeige von mehreren Bildern auf dem Empfangsschirm, weil die reflektierten Signale unterschiedliche Entfernungen zurückgelegt haben und den Empfänger zu leicht versetzten Zeitpunkten erreichen.

Die Probleme der reflektierten Signale und des Empfanges von Fernsehsignalen in einer größeren Entfernung als der normalen Reichweite wurden zum größten Teil durch die Verwendung von speziellen, leistungsstarken Empfangsantennen gelöst. Die meisten sind außerdem so ausgerichtet, dass sie für Signale aus einer Richtung sehr effizient arbeiten, während sie mit geringer Leistung bei Signalen aus anderen Richtungen funktionieren. Wenn diese so genannte Richtungsantenne korrekt ausgerichtet ist, lässt sich ein Signal aus der Vielzahl reflektierter Signale auswählen. Die restlichen Signale werden unterdrückt und so Mehrfachbilder vermieden.

3.

Fernsehen über Satelliten

Zusätzlich zu Kabeln und Erdrelaisstationen bietet ein erdumkreisender künstlicher Satellit einen Weg der Übertragung von Signalen über weite Bereiche der Erde. Ein Mikrowellenverstärker an Bord des Satelliten überträgt das Signal erneut zu einer Empfangsstation auf der Erde, die es wiederum lokal ausstrahlt.

Das Hauptproblem bei der Verwendung von Kommunikationssatelliten sind Verzerrung und Abschwächung des Signals, wenn dieses die Atmosphäre passiert. Bei derart großen Entfernungen können auch Zeitverzögerungen auftreten und gelegentlich Echos hervorgerufen werden. Einige Fernsehsatelliten in der Erdumlaufbahn sind dazu geschaffen, Signale einer kommerziellen Sendestation zu einer anderen zu übertragen. Viele Privatpersonen haben auf ihrem Grundstück geeignete schüsselförmige Antennen installiert, um diese Sendungen zu empfangen. Siehe auch Satellitenfernsehen.

5.

Fernsehempfänger

Das wichtigste Element im Röhrenfernseher ist die Bildröhre, die die elektrischen Impulse des Fernsehsignals in geordnete Elektronenstrahlen umwandelt, mit denen man ein zusammenhängendes Bild auf dem Schirm am Ende der Röhre erzeugt. Fernsehempfänger mit anderer Anzeigetechnik sind z. B. Flachbildfernseher (siehe Flachbildschirm).

1.

Bildröhren

Die Bildröhre steht in der gleichen Beziehung zum Empfänger wie die Bildspeicherröhre zum Fernsehsender. Zum Aufbau der Bildröhre gehört eine Kathodenstrahlröhre, die deshalb so genannt wird, weil sie mit Hilfe ihrer Kathode einen Elektronenstrahl erzeugt.

Die Bildröhrenkathode ist in einem engen Hals einer trichterförmigen Röhre untergebracht und besteht aus einem erhitzten Kathodenglühfaden. Die von der Kathode ausgesandten Elektronen werden zu einem engen Strahl gebündelt, der eine enge Öffnung im Steuerungsgitter passiert. Das Gitter wird im Verhältnis zur Kathode auf einem elektrisch negativen Potential gehalten. Diese leicht negative Einstellung des Gitters hat zur Folge, dass einige Elektronen zur Kathode zurück getrieben und nur die Elektronen durchgelassen werden, die mit ausreichender Geschwindigkeit auf die Öffnung zufliegen. Die nachfolgenden zwei Anoden sind positiv geladen und beschleunigen die Elektronen. Eine zusätzliche Wirkung des elektrischen Feldes zwischen den beiden Anoden ist die Bündelung der Elektronen. Normalerweise werden Vorkehrungen getroffen, die relative Stärke des Feldes zu verändern, um den Punkt genau auf dem Schirm zu bündeln. Häufig übernimmt eine magnetische Bündelungsspule die gleiche Funktion wie das Feld zwischen den Anoden.

2.

Der Bildschirm des Röhrenfernsehers

Die Innenwand des Schirmes ist mit Leuchtstoffen beschichtet, die mit einem Elektronenstrahl beschossen, die Eigenschaft der Lumineszenz (Leuchten) besitzen. Wenn die Röhre in Betrieb ist, wird der Elektronenstrahl auf der Vorderseite der Röhre als ein kleiner, leuchtender Punkt sichtbar.

In der Bildröhre wird der Elektronenstrahl zum Abtasten mit Hilfe von zwei Ablenkplattenpaaren bewegt. Wenn auf dem einen Plattenpaar eine positive Ladung angebracht wird und auf dem anderen eine negative, wird der Strahl in eine Richtung weg von der negativ geladenen Platte zur positiv geladenen hin abgelenkt. Das erste Plattenpaar, das im Diagramm gezeigt wird, lenkt den Strahl nach oben und unten ab, das zweite Paar führt die seitliche Ablenkung durch. Im Empfänger werden Wechselspannungen für den Abtastvorgang erzeugt und genau mit den Frequenzen des Senders synchronisiert. Dies geschieht mit Hilfe von Synchronisationsimpulsen des Senders. Wenn also ein Sender auf dem Empfänger eingestellt wird, werden die Abtastrate und die Reihenfolge auf der Bildröhre automatisch auf diejenigen der Kameraröhre des Senders fest eingestellt. In heutigen Bildröhren wird die Ablenkung von Magnetfeldern von zwei Spulen durchgeführt, die ein Ablenkjoch außerhalb der Röhre bilden. Die Ablenkströme werden von einem Generator im Empfänger bereitgestellt, der mit dem Sender synchronisiert ist.

Das Kamerasignal vom Sender wird vom Fernsehempfänger verstärkt und an dem Steuerungsgitter der Bildröhre angelegt. Wenn das Gitter durch das Signal negativ geschaltet wird, weist das Gitter Elektronen ab. Wenn das negative Signal stark genug ist, passieren keine Elektronen das Gitter, und der Schirm bleibt dunkel. Wenn das Gitter leicht negativ geschaltet wird, durchqueren einige Elektronen das Gitter, und der Schirm zeigt einen matt leuchtenden Punkt an, der einem trüben (grauen) Punkt in dem ursprünglichen Bild entspricht.

Wenn sich das Gitterpotential dem Potential der Kathode nähert, zeigt der Schirm einen leuchtenden Punkt, der dem Weiß in der ursprünglichen Abbildung entspricht. Mit Hilfe der Kombination von Abtastspannung und Kamerasignalspannung erzeugt der Elektronenstrahl ein Leuchtmuster auf dem Schirm, das eine genaue Reproduktion der ursprünglichen Aufzeichnung darstellt. Die Leuchtstoffe in der Schirmbeschichtung leuchten eine kurze Zeit weiter, nachdem sie von dem Elektronenstrahl aktiviert wurden, so dass sich die einzelnen Punkte miteinander vermischen, um ein zusammenhängendes Bild zu ergeben.

3.

Empfängerschaltungen

Die Schaltungen moderner Fernsehempfänger sind natürlich komplex. Das von der Antenne empfangene Signal wird in der Funkfrequenzstufe eingestellt und verstärkt. In der Mischstufe wird das Signal mit der Ausgabe eines eigenen Oszillators im Empfänger kombiniert, der eine feste Frequenz erzeugt. Diese Kombination (Mischung) produziert Taktfrequenzen, die dem Bildsignal und dem Tonsignal entsprechen. Aufgeteilt durch Filterschaltungen, die ein Frequenzband durchlassen und alle anderen zurückweisen, werden die beiden Signale getrennt voneinander verstärkt. Das Tonsignal wird von einem Zwischenverstärker verstärkt, demoduliert und durch einen Audioverstärker erneut verstärkt – wie in einem konventionellen UKW-Empfänger. In vielen heutigen Empfängern wird das Tonsignal erst in einer späteren Stufe vom Bildsignal getrennt.

Das Bildsignal (Videosignal) wird ebenfalls von einem getrennten Zwischenverstärker verstärkt und dann gleichgerichtet. Nach einer weiteren Verstärkung wird das Signal durch Filterschaltungen in zwei getrennte Komponenten aufgeteilt. Das Kamerasignal und die Austastimpulse werden direkt zum Gitter (Amplitudensieb) der Bildröhre durchgelassen, das die Intensität des Elektronenstrahles steuert. Die beiden Gruppen von Synchronisationsimpulsen werden aufgetrennt, indem sie in senkrechte und waagerechte Komponenten gefiltert werden, und den Oszillatoren zugeführt, die die Spannungen zur Ablenkung des Elektronenstrahles erzeugen. Die Ausgaben der senkrechten und waagerechten Oszillatoren werden verstärkt und den entsprechenden Gruppen von Ablenkmagneten in der Bildröhre zugeleitet, um das richtige Abtastmuster zu liefern.

Wie beim Radio nahm der Einsatz von Vakuumröhren in der Fernsehtechnik Ende der sechziger Jahre stark ab. Sie wurden von Transistoren, integrierten Schaltkreisen und anderen transistorierten elektronischen Bauteilen ersetzt, die sehr viel kleiner sind und weniger Strom benötigen.

Der Heim-Fernseh-Empfänger wurde in den letzten Jahren immer weiter entwickelt. Der moderne Fernseher stellt nicht nur ein einfaches Gerät zum Empfangen von ausgestrahlten Programmen dar. Er bildet eine hoch entwickelte, softwaregesteuerte Einheit, die Videotextdienste empfangen und anzeigen sowie hoch qualitative Musiksendungen decodieren und abspielen kann. Ferner erlaubt es die Ausstattung mit digitalen Schaltungen und Software, einen modernen Fernseher so einzustellen und zu steuern, wie es der Zuschauer mit seiner Fernbedienung gerne möchte. Üblich sind außerdem Anschlussmöglichkeiten für z. B. DVD-Player, DVD-Recorder, Videorecorder und -kamera sowie Computer.

3.1.

Videotext

Das Videotextsystem zeigt gedruckte Informationen und einfache Diagramme auf dem Fernsehbildschirm an. Es verwendet einige der freien Zeilen, die im normalen Sendesignal zur Verfügung stehen. So nutzt z. B. das Videotextsystem in Deutschland einige nicht auf dem Bildschirm erscheinende Zeilen der 625 Sendezeilen, um codierte Informationen wie beispielsweise Nachrichten, Wettermeldungen, Sport- und Finanzreportagen, Kontaktanzeigen, Rezepte und Urlaubsführer zu übertragen. Ein Decoder im Fernseher sorgt für die Ausfilterung des Videotextes aus dem Rest der Bildinformation und die Anzeige auf dem Bildschirm. Eine normale Videotextseite erscheint relativ grob im Vergleich zu einem Computerbildschirm, da sie sich nur aus 24 Zeilen mit jeweils 40 Zeichen zusammensetzt, der gesendete Text umfasst maximal 100 Seiten.

Für Gehörlose bietet Videotext bei vielen Sendungen einen Service in Form von Untertiteln an. In Österreich wird Videotext Teletext und in Großbritannien Ceefax genannt.

6.

Farbfernsehen

Farbfernsehen wurde in den USA und anderen Ländern in den fünfziger Jahren eingeführt. In Deutschland erschien es 1967. Heutzutage besitzen mehr als 90 Prozent der Haushalte in den Industrieländern Farbfernseher.

1.

Kompatible Farben

Die Übertragung fürs Farbfernsehen erfordert zusätzlich zum Helligkeitssignal (auch Luminanzsignal), das für die Bildreproduktion in Schwarzweiß benötigt wird, ein so genanntes Chrominanzsignal, das die Farbinformation enthält. Während das Luminanzsignal die Helligkeit von aufeinander folgenden Bildelementen anzeigt, gibt das Chrominanzsignal den Farbton und die Sättigung dieser Elemente an. Beide Signale werden aus geeigneten Kombinationen von drei Videosignalen gewonnen, die durch die Farbfernsehkamera geliefert werden. Dabei entspricht jedes Signal den Intensitätsveränderungen des Bildes, die durch getrennte geeignete Rot-, Grün- und Blaufilter aufgenommen werden. Die kombinierten Luminanz- und Chrominanzsignale lassen sich in der gleichen Weise übertragen wie das Luminanzsignal von einem Monochromsender. Beim Empfänger werden die drei Farben aus den Luminanz- und Chrominanzsignalen wieder hergestellt und die Rot-, Blau- und Grünkomponenten des Bildes erzeugt, die – zusammen überlagert – wieder die ursprünglich aufgenommene Szene in ihren natürlichen Farben wiedergeben.

1.1.

Bildung des Farbsignals

Das Farbbild passiert die Kameralinse und trifft auf einen dichroitischen (in verschiedene Richtungen zwei Farben zeigender) Spiegel, der eine Farbe reflektiert und alle anderen Farben durchlässt. Der Spiegel reflektiert rotes Licht und lässt die blauen und grünen Strahlen durch. Ein zweiter dichroitischer Spiegel reflektiert das blaue Licht und lässt die grünen Strahlen passieren. Die drei so erzeugten Bilder, jeweils eines in rot, blau und grün, werden auf die Vorderseiten von drei Kameraröhren (drei Vidikone oder Plumbikone) gebündelt. Vor den Röhren befinden sich Farbfilter, die sicherstellen, dass die Farbausgabe jedes Kamerakanals mit den zu reproduzierenden Primärfarben Rot, Blau und Grün übereinstimmen. Der Elektronenstrahl in jeder Röhre tastet das Bildmuster ab und erzeugt ein primäres Farbsignal. Auszüge dieser drei Farbsignale wandern anschließend in einen elektronischen Addierer, der sie miteinander kombiniert, um die Helligkeit, das Schwarz-Weiß-Signal, zu produzieren. Signalauszüge werden außerdem einer anderen Einheit zugeführt, die sie codiert oder kombiniert, um ein Signal zur Übertragung der Farbton- und Sättigungsinformationen zu erzeugen. Das Farbsignal wird dann mit dem Helligkeitssignal kombiniert, um das vollständige Farbfernsehsignal zu bilden, das anschließend ausgestrahlt wird.

1.2.

Farbfernsehempfänger

Ein Röhrenfarbfernseher enthält eine Dreifarbbildröhre mit drei Elektronenkanonen für je eine Primärfarbe. Die winzigen Leuchtpunkte auf dem Schirm sind in Dreiergruppen mit jeweils einem roten, grünen und blauen Leuchtstoff in jeder Gruppe angeordnet. Jeweils eine Schattenmaske (Lochmaske) zwischen den Kathoden der Röhre und dem Bildschirm besitzt kleine Löcher, die so positioniert sind, dass der Elektronenstrom jeder Elektronenstrahlquelle auf einen Leuchtstoffpunkt mit der richtigen Farbe trifft. Der Strahl, der die Rotinformationen „zeichnet”, trifft also nur auf rote Leuchtstoffpunkte usw.

Wenn das eintreffende Farbsignal einen Farbfernsehempfänger erreicht, durchläuft es einen Filter, der die Farbe von der Helligkeit trennt. Die Farbinformation wird dann decodiert. Bei der Rekombination mit der Helligkeitsinformation wird eine Reihe von Primärfarbsignalen erzeugt und dem Bildschirm zugeführt, um so das Bild wiederzugeben, das von der Kamera aufgezeichnet wurde. Wenn ein Farbfernsehsignal einen Schwarzweiß-Empfänger erreicht, werden die zu Farbton und Sättigung gehörenden Elektronendaten von den Schaltungen des Empfängers ignoriert, und nur das Helligkeitssignal wird beachtet. In den USA verwendet man den vom National Television System Committee (NTSC; Nationales Fernsehsystemkomitee) angenommenen Standard für Farbfernsehen. In vielen Teilen Europas wurde der NTSC-Standard abgewiesen. In Europa werden die Fernsehnormen von der Internationalen Fernmeldeunion (Comité Consultatif International de Radiodiffusion; abgekürzt CCIR) festgelegt. In Deutschland ist der gegenwärtige Standard PAL (Phase Alternate Line: zeilenweise Phasenänderung – siehe oben: Abtasten), während in Frankreich das SECAM-System verwendet wird.

7.

Geschichte

Die Geschichte der Entwicklung des Fernsehens war hauptsächlich eine Suche nach einem geeigneten Gerät, um Bilder abzutasten. Das erste dieser Geräte war die so genannte Nipkow-Scheibe, die von dem deutschen Erfinder Paul Gottlieb Nipkow 1884 patentiert wurde. Es handelte sich dabei um eine flache, runde Scheibe, die mit einer Reihe kleiner Löcher versehen war. Wenn die Scheibe vor dem Auge in Drehungen versetzt wurde, tastete das äußerste Loch einen Streifen an der Oberseite des Bildes ab, während die nachfolgenden Löcher Streifen darunter abtasteten, bis das gesamte Bild abgetastet war. Aufgrund seiner mechanischen Konstruktion, taugte die Nipkow-Scheibe jedoch nicht für den effizienten Betrieb, wenn sie größer gebaut und in schnellere Rotationen versetzt wurde, um eine bessere Bildgüte zu bekommen.

Die ersten wirklich erfolgreichen Fernsehaufnahmegeräte waren das Ikonoskop (wie oben beschrieben), das von dem in Russland geborenen amerikanischen Physiker Wladimir Kosma Zworykin 1923 erfunden wurde, und die Bildzerlegungsröhre, die von dem amerikanischen Funktechniker Philo Taylor Farnsworth kurze Zeit später entwickelt wurde. Im Jahr 1926 erfand der schottische Techniker John Logie Baird ein Fernsehsystem, das infrarote Strahlen verwendete, um Bilder im Dunkeln aufzunehmen. 1930 führte M. von Ardenne in Berlin das erste vollelektronische Fernsehbild vor. Zu den ersten großen Fernsehübertragungen zählten die Olympischen Spiele von 1936. In Deutschland begann das öffentliche Fernsehen in der Bundesrepublik 1952 – in der DDR 1955. Nachdem man in den USA 1954 das NTSC-System (s. o.) eingeführt hatte, unternahm man in Europa intensive Anstrengungen zum Thema Farbfernsehen. Dies geschah insbesondere auch aufgrund gewisser Mängel, die das NTSC-System mit sich brachte. 1956 gelang dem französischen Elektrotechniker Henri de France mit seinem SECAM-System die Lösung dieser Schwierigkeiten. SECAM wurde 1966 in Frankreich eingeführt und ist auch heute dort sowie in einigen osteuropäischen Ländern Standardsystem. 1963 führte Walter Bruch sein bei Telefunken entwickeltes PAL-System vor. Es wurde 1967 das offizielle Farbfernsehsystem in Deutschland.