HDTV (höherauflösendes Fernsehen): Eine Bestandsaufnahme
Verfasst: Fr 2. Jan 2004, 19:21
Einige historische und aktuelle Information mit ein paar bissigen Bemerkungen von mir.
Wenn so was langweilt oder wem das zu technisch ist, bitte nicht lesen oder zumindest
nicht meckern.
Inhalt
Teil 1: Von der Steinzeit bis Mitte der 30er Jahre
Teil 2: Ende der 40er Jahre bis Anfang der 80er Jahre: Geschichte und erste Anfänge von HDTV
Teil 3: Ende der 80er bis Mitte der 90er: D2MAC und andere Katastrophen
Teil 4: Anfang der 90er bis heute: MPEG und Konsorten
Teil 5: Euro1080, what's wrong? Eine Meckerliste
Teil 6: DRM und seine Verwandtschaft. Pro und Kontra
diverse Anhänge
Teil 1: Von der Steinzeit bis Mitte der 30er Jahre
Das schenke ich mir mal, da in jedem Buch über Fernsehtechnik zu lesen.
Teil 2: Ende der 40er Jahre bis Anfang der 80er Jahre
Der Traum von hochauflösendes Fernsehen ist an sich älter als das Fernsehen an sich.
Schon bei der Festlegung der Fernsehnormen der Welt Ende der 40er Jahre mußte man
sich bei der Festlegung der Zeilenanzahl und Videobreite einschränken, praktisch hatte
man zur Übertragung von Fernsehen 80 bis 90 MHz HF-Bandbreite. Beherrschbare und
bezahlbare Hochfrequenztechnik endete bei 200 bis 300 MHz.
Das Ergebnis waren damals unzählige nationale Fernsehnormen mit 405 bis 819 Zeilen
und Videobandbreiten von 3 MHz bis 10 MHz. Besonders die Franzosen taten sich
in dieser Zeit im Inkompatiblitätswettwerb hervor.
Die Bildfrequenzen wurden den örtlichen Frequenzen des Stromnetzes angepaßt. Das
ist zwar unschön, weil es davon zwei gibt, aber es ist sinnvoll, um Geflacker bei Kunstlicht
zu vermeiden.
So schaffte man es schon damals, ohne Farbe und Stereo oder Mehrkanalton es schon auf
beachtliche 12 verschiedene Schwarzweißnormen.
Von diesen 12 Normen sind zwar bis heute immerhin 2 Stück ausgestorben
(u.a. die französische und englische Variante) und auch im UHF-Bereich
(470...890 MHz) ist zumindest die Frequenzbelegung etwas weniger nationalistisch
geraten (es gibt nur noch 2 Varianten), aber das ganze wurde mit Farbfernsehnormen
(NTSC, einige PAL- und SECAM-Versionen) und Stereo/Zweikanal-Ton
verziert. Hinzu kommen noch unzählige Videotext/Teletext-Versionen und
Erweiterungen dieser (unzählige EPG-Versionen, teilweise von Sender zu
Sender unterschiedlich, ist die neueste Kreation).
Weitweg von diesem Kuddelmuddel, in dem damals die Buchstaben DD, dts, MP3, WMA,
NEO, DPL, AC3, AAC, MPEG, DVD-V, DVD-A, CD, DVD+-R/RW/ROM nicht vorkamen ;-)
fanden die ersten Versuche zu HDTV Ende der 70er bis Anfang der 80er Jahre statt.
Treibende Kraft war die IEEE und die SMPTE.
Die damaligen Versuche waren rein analog, obwohl schon damals in die digitale Richtigung
gesehen wurde mit dem Wissen, daß das in Kürze realisierbare Utopie ist. Vor 25 Jahren
gab es da schon Vorstellungen, die ziemlich dem entsprechen, was heutzutage realisierbar
ist. Manchmal habe ich den Eindruck, daß man damals mehr Vorstellungen über zukünftige
Entwicklungen hatte als man sie heute hat.
Mit HDTV wollte man damals zur Genüge bekannte Fehler des normalen Fernsehens beheben,
die da wären:
- Sichtbarkeit der Zeilenstruktur durch zu geringe Auflösung und Zeilensprung
- mäßige Detailauflösung, unbefridigende Schärfe
- Flimmern größer heller Flächen und von horizontalen bzw. fast horizontalen Zeilen
- Cross Colour-Störungen durch die Art der Farbübertragung an feinen Bilddetails
- Bildseitenverhältnis von 4:3
- deutlich sichtbares Rauschen im Bild
- Geisterbilder und andere durch die terristische Übertragung auftretende Störungen
Die damaligen Ansätze liefen alle auf folgendes hinaus:
- Erhöhung der Zeilenzahl 1125 bis1501 Zeilen (Farbe) oder 2125 Zeilen (Schwarzweiß)
- Seitenverhältnisänderung auf 5:3 bis 2:1
- Erhöhung der Halbbildfrequenz auf 60 Hz zur Reduktion des Flimmerns
- Option für die nahe Zukunft: Digitaltechnik zur weiteren Erhöhung der
Bildfrequenz durch mehrfaches Auslesen digitaler Bildspeicher
- Erhöhung der Videobandbreite für das Helligkeitssignal auf 20...50 MHz
- Getrennte Farbartübertragung mit Bandbreiten zwischen 5,5...12,5 MHz
- Frequenzmodulation der Videosignale
Ohne die heutzutage übliche Video-Irrelevanzkodierung (MPEG-2 und MPEG-4)
klingt das ganze betreffs der notwendigen HF-Bandbreite etwas utopisch und unrealistisch,
allerdings ist das ganze gar nicht so schlimm:
- die notwendige Bandbreite im Basisband beläuft sich auf 32 bis 63 MHz
- die notwendige HF-Bandbreite beläuft sich auf 100 MHz bis 250 MHz
- terrische On-Air-Ausstrahlung war nie beabsichtig worden
- Als Übertragungsmethoden wurde Satellit und Glasfaser in Betracht gezogen bzw. erprobt
- technisch wurde damals 60 SDTV-Sender und 30 HDTV-Sender
pro Hot Spot bzw. Glasfaser als völlig ausreichend empfunden
- Bruce Springsteen hatte damals noch nicht den Titel "57 channels (and nothin' on)" noch nicht geschrieben
Die gesamten mir bekannten Unterschungen liefen im Zeitraum 1978 bis 1982. Danach
wurde es plötzlich sehr still um HDTV. Allerdings war es damals auch schwer an
Informationen heranzukommen. Mögliche Gründe (Spekulation!) könnten aber sein
- in den 70er Jahren gab es einen Trend zu hoher Qualität bei Ton- und Bildwiedergabe,
der in den 80er Jahren spürbar nachließ
- der Aufwand für HDTV war für die damalige Zeit wirklich ziemlich hoch und für den Normalbürger kaum bezahlbar
- die notwendigen Bildröhren bzw. Bildwiedergabeeinrichtungen waren zu teuer bzw. noch
nicht geboren (für die Versuche wurden 56 cm...76 cm Röhren mit Lochmasken verwendet,
die heutzutage bei Computermonitoren verwendet werden)
- der für diese Röhren sinnvolle Betrachtungsabstand liegt bei maximal 1,50 m, das ist nicht
kompatibel mit einem typischen Wohnzimmer
Teil 3: Ende der 80er bis Mitte der 90er
Ende der 80er Jahre wurde es auf einmal wieder etwas lauter um HDTV.
Bei diesem Vorstoß konzentrierte man sich im Gegensatz zu den Machbarkeitsstudien
10 Jahre zuvor mehr auf einen gangbaren Upgradpfad.
HDTV sollte die zweite Stufe einer Verbesserung sein, deren erste Stufe D2MAC hieß.
Die HDTV-Version sollte HDMAC heißen.
Das Kunstwort MAC ist die Abkürzung von "Multiplexed Analog Components".
D2MAC benötigt die gleiche Bandbreite wie normale Sender, die PAL benutzen.
Die grundlegenden Ideen waren:
- Helligkeits- und Farbartsignal werden nacheinander übertragen
- Es gibt keine Horizontalaustastlücken, d.h. es wird die gesamte Zeilenzeit von 64 µs für die Bildübertragung genutzt
- Zukünftige Fernseher werden ohnehin das Bild digitalisieren, so daß das kaum Mehraufwand bedeutet
Die Probleme von D2MAC waren:
- die Bildauflösung bleibt die gleiche, vergleichen mit Fernsehgeräten mit Comb-Filtern sinkt sie sogar
- Bildunruhe durch Zeilensprung und 50 Hz bleiben
- mir ist kein einziges Fernsehgerät mit D2MAC bekannt gewesen
- Nischenlösung im Umbruchzeitalter zwischen rein nalogen und rein digitalen Lösungen
- D2MAC und HDMAC hätten ein Seitenverhältnis von 4:3 gehabt
Der verbleibende Vorteil, fehlende Cross Colour-Störungen, ist verglichen mit dem Aufwand
und der Anzahl der Sender, die in D2MAC gesendet haben, marginal.
D2MAC war übrigens über TV-SAT empfangbar. IIRC 5 Sender. Später ist TV-SAT,
der zu 100% aus Steuermitteln finanziert wurde, von der Telekom an einen skandinavischen
Anbieter verscherbelt worden. Damit war das Kapitel 199? D2MAC beendet.
HDMAC sollte genau die doppelte Auflösung von D2MAC und PAL haben.
D.h. 1250 (+/-1) Zeilen, davon 1152 Zeilen sichtbar.
Dazu sollten zusätzliche Informationen über einen weiteren Übertragungskanal mit einem
D2MAC-Signal verrechnet werden. Wie dieses Signal zu übertragen ist, wurde nie näher
erläutert. Praktisch realisierbar wäre nur 2 bis 3 Nachbarkanäle gewesen.
Auf Grund des Bandbreitebedarfs von ca. 30 MHz HF-Bandbreite ist auch hier
von Kabelempfang und Satellitendirektempfang auszugehen.
Ein letzter Anlauf einer Analogtechnik zur Qualitätverbesserung war Mitte der 90er Jahre
PALplus. Das Prinzip ist einfach und verbessert die vertikale Auflösung von Spielfilmen
mit Seitenverhältnissen von 16:9 und größer.
Im Prinzip ist es eine anamorphe Kodierung von Filmmaterial wie bei der DVD-V ohne
Aufgabe der Rückwärtskompatiblität.
Das Quellsignal ist anamorph kodiert, das ausgestrahlte, direkt sichtbare Fernsehbild ist allerdings nicht anamorph.
Das beim Bildzusammendrücken (vertikales Subsampling) herausgefilterte hochfrequente
Signal genommen und optisch unauffällig in den schwarzen Balken verstaut.
Das geschieht durch Pegelverringerung und Modulation mit dem Farbträger
Wenn man genau hinsieht, sieht man das Signal als farbig schillernde Stellen.
An sich ist PALplus sinnvoll. Encoder (in den Sendeanstalten) und Decoder (in Fernsehgeräten)
würden heutzutage kaum Geld kosten, das teuerste sind wahrscheinlich Lizenzgebühren.
Trotzdem hat sich PALplus nicht durchgesetzt. Die Gründe, teils belegt, teils Spekulation:
- Boykott durch die Sendeanstalten (nur ÖR und Pro7 nutzen es)
- die ersten PALplus-Geräte waren viel zu teuer (Aufwand!), die zweite Generation dieser
Technologie ist dann gleich ganz aus den Geschäften rausgefallen
- Lizenzpolitik ???
Die Qualitätsunterschiede sind sichtbar. Vergleichbar mit DVD anamorph abgespielt und
nicht anamorph abgespielt.
Teil 4: Anfang der 90er bis heute
Heutige Verfahren basieren auf reiner Digitaltechnik zwischem dem Sendestudio und
dem Wohnzimmer. Bei rein digitalen Filmen wie Toy Story und a Bug's Life wird das
Signal das erste mal im Wohnzimmer in ein analoges Signal gewandelt.
Ende der 80er Jahre sind die ersten größeren Anstrengungen für eine vollständig digitale
Übertragung unternommen worden. Aufbauend auf den Erfahrungen der JPEG-Gruppe
(Standbildkompression) wurde die MPEG-Gruppe (Bewegtbild + Audio) gegründet.
Ziel war die Schaffung von weltweiten Standards, die bei niedrigen Datenraten eine
gute Bildqualität erlauben.
Die in den frühen 80er Jahren angedachten Verfahren (ADPCM) sind dafür vollständig
ungeeignet, da sie kaum Redundanzen des Bildes ausnutzen.
Zum Überblick mal ein paar übliche Datenraten in Bit/Pixel und Frame
RGB24: 24 bit
YUV422: 12 bit
ADPCM: 6 bit
MPEG-1: 0,4...0,8 bit (VCD: 0,47 bit)
MPEG-2: 0,3...0,6 bit (DVD: 0,4...0,8 bit)
MPEG-4 (H.263): 0,2...0,4 bit
MPEG-4 (H.264): 0,1...0,15 bit
Der angegeben Bereich ist etwas das, was für befriedigende bis gute Wiedergabe
notwendig ist. Wie man leicht sieht, sind die modernen Lösungen mindestens eine
Größenordnung von ADPCM entfernt.
Auf Grund dieser hohen Effizienz entsteht die paradoxe Situation, daß man dort, wo
früher ein analoger Kanal übertragen wurde auf einmal 6 digitale Kanäle übertragen
werden können in deutlich besserer Qualität.
Leider verführt die mögliche flexible Bitratenzuteilung leider auch immer mehr dazu,
nicht 6x sehr gute Qualität, sondern 8x gute oder 10x befriedigende Qualität zu senden,
weil das mehr Einnahmen bringt und die meisten Kunden sich das problemlos bieten
lassen.
Teil 5: Euro1080, what's wrong?
Die Fehler reichen von indiskutablen Marketing über fehlende Gedanken über den Übergang
zu HDTV bis hin zu technischen Problemen. Mangen wir in dieser Reihenfolge an.
Marketing
Ohne Kommentare nur ein paar Stichpunkte
* es gibt kaum Endgeräte
* Ausnahmen sind Computer sowie ein spezieller HD-DVB-Receiver sowie eine handvoll Fernsehgeräte, die an diesen HD-DVB-Receiver angeschlossen werden können.
* außer ein paar Neugierige gibt es keine Kunden, geschweige denn einen Kundenstamm
* ab Mai 2004 wird verschlüsselt, neben der psychologischen Seite bewirkt das, daß kein bekanntes Gerät diese Signale mehr anzeigen kann
* keine Pressearbeit
* es ist kaum das gesendete Programm in Erfahrung zu bringen
* auf Anfragen und E-Mails wird nicht reagiert
Übergang zu HDTV
Der Übergang zu HDTV sollte idealerweise so erfolgen, daß man etwa zum Sendestart von
HDTV zwei Gattungen von Geräten auf den Markt wirft:
* HDTV-optimierte Geräte, die die volle Qualität aus HDTV herausholen
* normale hochwertige Geräte sollten für wenig Aufpreis auch als Modelle mit HDTV-Unterstützung angeboten werden
Das könnten z.B. HDTV-DVB-Empfänger, dazu geeignete Beamer sowie "normale"
82 cm-16:9-100 Hz-Fernseher sein, die HDTV mit geringerer Bildwiederholrate als
SDTV ausgeben können (HDTV in den USA wurde so dimensioniert).
Beispiele sind im Anhang 2 "100 Hz-Fernsehgeräte mit 31,2...33,8 kHz" und
"Fernsehgeräte mit 45 bis 48 kHz". Der Aufwand dafür ist vergleichsweise gering.
Man kann sich dann überlegen, ob man für 1200 EUR das "normale" Modell und
für 1300 EUR das HDTV-taugliche Modell mit außerdem einem zusätzlichen YUV-Eingang
nimmt.
Technische Probleme
Zum einen ein sehr objektives Problem. Mit 18 Mbps ist die Datenrate für 1080i50
deutlich zu niedrig. Schon bei normalen Spielfilmen sind Artefakte bei dieser Datenrate
zu erkennen, bei Bühnenshows mit typischen Problemfällen ist die Bildqualität regelrecht
mies. 18 Mbps entsprechen etwa 3,75 Mbps bei 1,85:1-Filmen bzw.
3 Mbps bei 2,35:1-Filmen. Wobei die Filme auf DVD den Vorteil einer dynamisch
anpaßbaren Bitrate haben, die DVB-Sendungen nicht haben.
Wenn man die Sendungen auf einem 82cm-Fernsehgerät wiedergibt, sind bei
normalem Abstand diese Fehler zwar nicht so auffällig wie bei einer 3 1/2-Stunden
Raubkopie auf einer DVD-R, wenn allerdings richtige HDTV-Beamer zum Einsatz
kommen, dann sind diese deutlich sichtbar bis ziemlich störend.
Normalerweise wird für 1080i 27 Mbps empfohlen, bei geringeren Qualitätsanforderungen
22 Mbps. Europ sendet mit 18 Mbps.
Im Studio arbeitet man übrigens auf DVs mit 54 Mbps, und mir sind Berichte zu Ohren
gekommen, in denen das als zu knapp bezeichnet wird, weil bei kritischen Passagen
schon in der Originalaufnahme wenn auch geringe Fehler zu sehen sind.
Weiterhin sind die 50 Hz für eine Darstellung des deutlich größeren Bildes zu wenig.
Und 100 Hz-HDTV-Fernseher werden noch etliche Zeit auf sich warten lassen.
Ein Wechsel auf 60 Hz hätte dieses Problem gelöst und man hätte in ein paar Jahren
nur noch eine Bildfrequenz gehabt.
Vor- und Nachteile:
50 Hz:
+ kompatibel zu CCIR (im Volksmund PAL)
+ etwas geringere Datenrate
60 Hz:
+ kompatibel zu FCC/IAC
+ kompatibel zu ATSC
+ Kino ohne Speedup darstellbar
+ akzeptables Flimmern ohne Bildfrequenzverdopplung (die in den ersten Jahren außer in Highend-Produkten nicht zu finden sein wird)
Wenn schon unterschiedlich zur US-Norm, dann hätte man das ganze auch gleich für die
CCIR-Norm optimieren können. Das Ergbenis wäre 1152i50 gewesen.
Teil 6: DRM und seine Verwandtschaft
Gefahren und Nutzen von DRM. Ausgewogenheit von Interessen.
<noch nicht geschrieben>
Anhang 1: Glossar
Basisband: unmoduliertes Signal
D2MAC:
HDMAC: High Definition Multiplexed Components: mal geplante HDTV-Norm, die aber tot ist
SDTV: Standard Definition Television: Fernsehen mit den heute üblichen 480 bzw. 576 Zeilen
<gibt es weitere unbekannte Begriffe?>
Anhang 2:
Bildfehler durch fehlerhaftes/fehlendes De-Interlacing
Anhang 3: Möglichkeiten von Fernsehgeräten in Abhängigkeit der Zeilenfrequenz (Auswahl)
50 Hz-Fernsehgeräte mit 15,6...15,8 kHz:
480 Zeilen: 60 Hz interlaced
576 Zeilen: 50 Hz interlaced
720 Zeilen: runterrechnen auf 540 Zeilen, dann 50 Hz interlaced
1080 Zeilen: runterrechnen auf 540 Zeilen, dann 50 Hz interlaced
100 Hz-Fernsehgeräte mit 31,2...31,5 kHz:
480 Zeilen: 120 Hz interlaced oder 60 Hz progressiv
576 Zeilen: 100 Hz interlaced
720 Zeilen: 75 Hz interlaced oder runterrechnen auf 540 Zeilen, dann 100 Hz interlaced
1080 Zeilen: 50 Hz interlaced oder runterechnen auf 810 Zeilen, dann 75 Hz interlaced
Bemerkung: Die Ansteuerelektronik normaler Fernseher müßte für HDTV 1080i50 nicht modifiziert werden. Allerdings ist 1080i50 sehr flimmrig.
100 Hz-Fernsehgeräte mit 31,2...33,8 kHz:
480 Zeilen: 120 Hz interlaced oder 60 Hz progressiv
576 Zeilen: 100 Hz interlaced oder 50 Hz progressiv
720 Zeilen: 75 oder 90 Hz interlaced oder runterrechnen auf 540 Zeilen, dann 100 oder 120 Hz interlaced oder 60 Hz progressiv
1080 Zeilen: 50 oder 60 Hz interlaced oder runterrechnen auf 810 Zeilen, dann 75 Hz interlaced
Bemerkung: Die Ansteuerelektronik normaler Fernseher müßte für HDTV 1080i60 nur leicht modifiziert werden. Die maximal zulässe Zeilenfrequenz müßte um 6% erhöht werden.
1080i60 ist zwar nicht optimal, aber im Gegensatz zu 1080i50 akzeptabel.
Fernsehgeräte mit 45 bis 48 kHz (JVC D.I.S.T. arbeitet mit dieser Zeilenfrequenz)
480 Zeilen: 90 Hz progressiv
576 Zeilen: 75 Hz progressiv
720 Zeilen: 120 Hz interlaced oder 60 Hz progressiv oder hochrechnen auf 1080 Zeilen, dann 75 Hz interlaced
1080 Zeilen: 75 Hz interlaced oder runterrechnen auf 720 Zeilen, dann 60 Hz progressiv
Bemerkung: Meine persönlichen Mindestforderungen
Fernsehgeräte mit 45 bis 63 kHz
480 Zeilen: 120 Hz progressiv
576 Zeilen: 100 Hz progressiv
720 Zeilen: 75 Hz progressiv oder hochrechnen auf 1080 Zeilen, dann 100 Hz interlaced
1080 Zeilen: 50 Hz progressiv oder 100 Hz interlaced
Fernsehgeräte mit 45 bis 85 kHz
480 Zeilen: 120 Hz progressiv
576 Zeilen: 100 Hz progressiv
720 Zeilen: 90 oder 100 Hz progressiv
1080 Zeilen: 75 Hz progressiv
Bemerkung: Eher für Röhrenrückprojektionsgeräte (Ablenkleistung!!!)
Bemerkung: Wenn nicht alle Zeilen genutzt werden (Superbreitwand 2.35:1 oder normale
Breitwand bei nichtanamorpher Widergabe, kann bei geschickten Management die
Bildfrequenz erhöht werden. Für die letzten 4 Fälle oben wären das:
50 Hz-Fernsehgeräte mit 15,6...15,8 kHz:
720 Zeilen, 2:35:1 50 Hz interlaced
1080 Zeilen, 2.35:1 runterrechnen auf 720 Zeilen, 50 Hz interlaced
100 Hz-Fernsehgeräte mit 31,2...31,5 kHz:
720 Zeilen, 2:35:1 100 Hz interlaced
1080 Zeilen, 2.35:1 runterrechnen auf 720 Zeilen, 100 Hz interlaced oder 60 Hz progressiv
100 Hz-Fernsehgeräte mit 31,2...33,8 kHz:
720 Zeilen, 2:35:1 120 Hz interlaced oder 60 Hz progressiv
1080 Zeilen, 2.35:1 75 Hz interlaced
Fernsehgeräte mit 45 bis 48 kHz (JVC D.I.S.T. arbeitet mit dieser Zeilenfrequenz)
720 Zeilen, 2:35:1 75 Hz progressiv
1080 Zeilen, 2.35:1 100 Hz interlaced
Fernsehgeräte mit 45 bis 63 kHz
720 Zeilen, 2:35:1 100 Hz progressiv
1080 Zeilen, 2.35:1 75 Hz progressiv
Fernsehgeräte mit 45 bis 85 kHz
720 Zeilen, 2:35:1 Hochskalieren auf 1080 Zeilen, 100 Hz progressiv
1080 Zeilen, 2.35:1 100 Hz progressiv
Wenn so was langweilt oder wem das zu technisch ist, bitte nicht lesen oder zumindest
nicht meckern.
Inhalt
Teil 1: Von der Steinzeit bis Mitte der 30er Jahre
Teil 2: Ende der 40er Jahre bis Anfang der 80er Jahre: Geschichte und erste Anfänge von HDTV
Teil 3: Ende der 80er bis Mitte der 90er: D2MAC und andere Katastrophen
Teil 4: Anfang der 90er bis heute: MPEG und Konsorten
Teil 5: Euro1080, what's wrong? Eine Meckerliste
Teil 6: DRM und seine Verwandtschaft. Pro und Kontra
diverse Anhänge
Teil 1: Von der Steinzeit bis Mitte der 30er Jahre
Das schenke ich mir mal, da in jedem Buch über Fernsehtechnik zu lesen.
Teil 2: Ende der 40er Jahre bis Anfang der 80er Jahre
Der Traum von hochauflösendes Fernsehen ist an sich älter als das Fernsehen an sich.
Schon bei der Festlegung der Fernsehnormen der Welt Ende der 40er Jahre mußte man
sich bei der Festlegung der Zeilenanzahl und Videobreite einschränken, praktisch hatte
man zur Übertragung von Fernsehen 80 bis 90 MHz HF-Bandbreite. Beherrschbare und
bezahlbare Hochfrequenztechnik endete bei 200 bis 300 MHz.
Das Ergebnis waren damals unzählige nationale Fernsehnormen mit 405 bis 819 Zeilen
und Videobandbreiten von 3 MHz bis 10 MHz. Besonders die Franzosen taten sich
in dieser Zeit im Inkompatiblitätswettwerb hervor.
Die Bildfrequenzen wurden den örtlichen Frequenzen des Stromnetzes angepaßt. Das
ist zwar unschön, weil es davon zwei gibt, aber es ist sinnvoll, um Geflacker bei Kunstlicht
zu vermeiden.
So schaffte man es schon damals, ohne Farbe und Stereo oder Mehrkanalton es schon auf
beachtliche 12 verschiedene Schwarzweißnormen.
Von diesen 12 Normen sind zwar bis heute immerhin 2 Stück ausgestorben
(u.a. die französische und englische Variante) und auch im UHF-Bereich
(470...890 MHz) ist zumindest die Frequenzbelegung etwas weniger nationalistisch
geraten (es gibt nur noch 2 Varianten), aber das ganze wurde mit Farbfernsehnormen
(NTSC, einige PAL- und SECAM-Versionen) und Stereo/Zweikanal-Ton
verziert. Hinzu kommen noch unzählige Videotext/Teletext-Versionen und
Erweiterungen dieser (unzählige EPG-Versionen, teilweise von Sender zu
Sender unterschiedlich, ist die neueste Kreation).
Weitweg von diesem Kuddelmuddel, in dem damals die Buchstaben DD, dts, MP3, WMA,
NEO, DPL, AC3, AAC, MPEG, DVD-V, DVD-A, CD, DVD+-R/RW/ROM nicht vorkamen ;-)
fanden die ersten Versuche zu HDTV Ende der 70er bis Anfang der 80er Jahre statt.
Treibende Kraft war die IEEE und die SMPTE.
Die damaligen Versuche waren rein analog, obwohl schon damals in die digitale Richtigung
gesehen wurde mit dem Wissen, daß das in Kürze realisierbare Utopie ist. Vor 25 Jahren
gab es da schon Vorstellungen, die ziemlich dem entsprechen, was heutzutage realisierbar
ist. Manchmal habe ich den Eindruck, daß man damals mehr Vorstellungen über zukünftige
Entwicklungen hatte als man sie heute hat.
Mit HDTV wollte man damals zur Genüge bekannte Fehler des normalen Fernsehens beheben,
die da wären:
- Sichtbarkeit der Zeilenstruktur durch zu geringe Auflösung und Zeilensprung
- mäßige Detailauflösung, unbefridigende Schärfe
- Flimmern größer heller Flächen und von horizontalen bzw. fast horizontalen Zeilen
- Cross Colour-Störungen durch die Art der Farbübertragung an feinen Bilddetails
- Bildseitenverhältnis von 4:3
- deutlich sichtbares Rauschen im Bild
- Geisterbilder und andere durch die terristische Übertragung auftretende Störungen
Die damaligen Ansätze liefen alle auf folgendes hinaus:
- Erhöhung der Zeilenzahl 1125 bis1501 Zeilen (Farbe) oder 2125 Zeilen (Schwarzweiß)
- Seitenverhältnisänderung auf 5:3 bis 2:1
- Erhöhung der Halbbildfrequenz auf 60 Hz zur Reduktion des Flimmerns
- Option für die nahe Zukunft: Digitaltechnik zur weiteren Erhöhung der
Bildfrequenz durch mehrfaches Auslesen digitaler Bildspeicher
- Erhöhung der Videobandbreite für das Helligkeitssignal auf 20...50 MHz
- Getrennte Farbartübertragung mit Bandbreiten zwischen 5,5...12,5 MHz
- Frequenzmodulation der Videosignale
Ohne die heutzutage übliche Video-Irrelevanzkodierung (MPEG-2 und MPEG-4)
klingt das ganze betreffs der notwendigen HF-Bandbreite etwas utopisch und unrealistisch,
allerdings ist das ganze gar nicht so schlimm:
- die notwendige Bandbreite im Basisband beläuft sich auf 32 bis 63 MHz
- die notwendige HF-Bandbreite beläuft sich auf 100 MHz bis 250 MHz
- terrische On-Air-Ausstrahlung war nie beabsichtig worden
- Als Übertragungsmethoden wurde Satellit und Glasfaser in Betracht gezogen bzw. erprobt
- technisch wurde damals 60 SDTV-Sender und 30 HDTV-Sender
pro Hot Spot bzw. Glasfaser als völlig ausreichend empfunden
- Bruce Springsteen hatte damals noch nicht den Titel "57 channels (and nothin' on)" noch nicht geschrieben
Die gesamten mir bekannten Unterschungen liefen im Zeitraum 1978 bis 1982. Danach
wurde es plötzlich sehr still um HDTV. Allerdings war es damals auch schwer an
Informationen heranzukommen. Mögliche Gründe (Spekulation!) könnten aber sein
- in den 70er Jahren gab es einen Trend zu hoher Qualität bei Ton- und Bildwiedergabe,
der in den 80er Jahren spürbar nachließ
- der Aufwand für HDTV war für die damalige Zeit wirklich ziemlich hoch und für den Normalbürger kaum bezahlbar
- die notwendigen Bildröhren bzw. Bildwiedergabeeinrichtungen waren zu teuer bzw. noch
nicht geboren (für die Versuche wurden 56 cm...76 cm Röhren mit Lochmasken verwendet,
die heutzutage bei Computermonitoren verwendet werden)
- der für diese Röhren sinnvolle Betrachtungsabstand liegt bei maximal 1,50 m, das ist nicht
kompatibel mit einem typischen Wohnzimmer
Teil 3: Ende der 80er bis Mitte der 90er
Ende der 80er Jahre wurde es auf einmal wieder etwas lauter um HDTV.
Bei diesem Vorstoß konzentrierte man sich im Gegensatz zu den Machbarkeitsstudien
10 Jahre zuvor mehr auf einen gangbaren Upgradpfad.
HDTV sollte die zweite Stufe einer Verbesserung sein, deren erste Stufe D2MAC hieß.
Die HDTV-Version sollte HDMAC heißen.
Das Kunstwort MAC ist die Abkürzung von "Multiplexed Analog Components".
D2MAC benötigt die gleiche Bandbreite wie normale Sender, die PAL benutzen.
Die grundlegenden Ideen waren:
- Helligkeits- und Farbartsignal werden nacheinander übertragen
- Es gibt keine Horizontalaustastlücken, d.h. es wird die gesamte Zeilenzeit von 64 µs für die Bildübertragung genutzt
- Zukünftige Fernseher werden ohnehin das Bild digitalisieren, so daß das kaum Mehraufwand bedeutet
Die Probleme von D2MAC waren:
- die Bildauflösung bleibt die gleiche, vergleichen mit Fernsehgeräten mit Comb-Filtern sinkt sie sogar
- Bildunruhe durch Zeilensprung und 50 Hz bleiben
- mir ist kein einziges Fernsehgerät mit D2MAC bekannt gewesen
- Nischenlösung im Umbruchzeitalter zwischen rein nalogen und rein digitalen Lösungen
- D2MAC und HDMAC hätten ein Seitenverhältnis von 4:3 gehabt
Der verbleibende Vorteil, fehlende Cross Colour-Störungen, ist verglichen mit dem Aufwand
und der Anzahl der Sender, die in D2MAC gesendet haben, marginal.
D2MAC war übrigens über TV-SAT empfangbar. IIRC 5 Sender. Später ist TV-SAT,
der zu 100% aus Steuermitteln finanziert wurde, von der Telekom an einen skandinavischen
Anbieter verscherbelt worden. Damit war das Kapitel 199? D2MAC beendet.
HDMAC sollte genau die doppelte Auflösung von D2MAC und PAL haben.
D.h. 1250 (+/-1) Zeilen, davon 1152 Zeilen sichtbar.
Dazu sollten zusätzliche Informationen über einen weiteren Übertragungskanal mit einem
D2MAC-Signal verrechnet werden. Wie dieses Signal zu übertragen ist, wurde nie näher
erläutert. Praktisch realisierbar wäre nur 2 bis 3 Nachbarkanäle gewesen.
Auf Grund des Bandbreitebedarfs von ca. 30 MHz HF-Bandbreite ist auch hier
von Kabelempfang und Satellitendirektempfang auszugehen.
Ein letzter Anlauf einer Analogtechnik zur Qualitätverbesserung war Mitte der 90er Jahre
PALplus. Das Prinzip ist einfach und verbessert die vertikale Auflösung von Spielfilmen
mit Seitenverhältnissen von 16:9 und größer.
Im Prinzip ist es eine anamorphe Kodierung von Filmmaterial wie bei der DVD-V ohne
Aufgabe der Rückwärtskompatiblität.
Das Quellsignal ist anamorph kodiert, das ausgestrahlte, direkt sichtbare Fernsehbild ist allerdings nicht anamorph.
Das beim Bildzusammendrücken (vertikales Subsampling) herausgefilterte hochfrequente
Signal genommen und optisch unauffällig in den schwarzen Balken verstaut.
Das geschieht durch Pegelverringerung und Modulation mit dem Farbträger
Wenn man genau hinsieht, sieht man das Signal als farbig schillernde Stellen.
An sich ist PALplus sinnvoll. Encoder (in den Sendeanstalten) und Decoder (in Fernsehgeräten)
würden heutzutage kaum Geld kosten, das teuerste sind wahrscheinlich Lizenzgebühren.
Trotzdem hat sich PALplus nicht durchgesetzt. Die Gründe, teils belegt, teils Spekulation:
- Boykott durch die Sendeanstalten (nur ÖR und Pro7 nutzen es)
- die ersten PALplus-Geräte waren viel zu teuer (Aufwand!), die zweite Generation dieser
Technologie ist dann gleich ganz aus den Geschäften rausgefallen
- Lizenzpolitik ???
Die Qualitätsunterschiede sind sichtbar. Vergleichbar mit DVD anamorph abgespielt und
nicht anamorph abgespielt.
Teil 4: Anfang der 90er bis heute
Heutige Verfahren basieren auf reiner Digitaltechnik zwischem dem Sendestudio und
dem Wohnzimmer. Bei rein digitalen Filmen wie Toy Story und a Bug's Life wird das
Signal das erste mal im Wohnzimmer in ein analoges Signal gewandelt.
Ende der 80er Jahre sind die ersten größeren Anstrengungen für eine vollständig digitale
Übertragung unternommen worden. Aufbauend auf den Erfahrungen der JPEG-Gruppe
(Standbildkompression) wurde die MPEG-Gruppe (Bewegtbild + Audio) gegründet.
Ziel war die Schaffung von weltweiten Standards, die bei niedrigen Datenraten eine
gute Bildqualität erlauben.
Die in den frühen 80er Jahren angedachten Verfahren (ADPCM) sind dafür vollständig
ungeeignet, da sie kaum Redundanzen des Bildes ausnutzen.
Zum Überblick mal ein paar übliche Datenraten in Bit/Pixel und Frame
RGB24: 24 bit
YUV422: 12 bit
ADPCM: 6 bit
MPEG-1: 0,4...0,8 bit (VCD: 0,47 bit)
MPEG-2: 0,3...0,6 bit (DVD: 0,4...0,8 bit)
MPEG-4 (H.263): 0,2...0,4 bit
MPEG-4 (H.264): 0,1...0,15 bit
Der angegeben Bereich ist etwas das, was für befriedigende bis gute Wiedergabe
notwendig ist. Wie man leicht sieht, sind die modernen Lösungen mindestens eine
Größenordnung von ADPCM entfernt.
Auf Grund dieser hohen Effizienz entsteht die paradoxe Situation, daß man dort, wo
früher ein analoger Kanal übertragen wurde auf einmal 6 digitale Kanäle übertragen
werden können in deutlich besserer Qualität.
Leider verführt die mögliche flexible Bitratenzuteilung leider auch immer mehr dazu,
nicht 6x sehr gute Qualität, sondern 8x gute oder 10x befriedigende Qualität zu senden,
weil das mehr Einnahmen bringt und die meisten Kunden sich das problemlos bieten
lassen.
Teil 5: Euro1080, what's wrong?
Die Fehler reichen von indiskutablen Marketing über fehlende Gedanken über den Übergang
zu HDTV bis hin zu technischen Problemen. Mangen wir in dieser Reihenfolge an.
Marketing
Ohne Kommentare nur ein paar Stichpunkte
* es gibt kaum Endgeräte
* Ausnahmen sind Computer sowie ein spezieller HD-DVB-Receiver sowie eine handvoll Fernsehgeräte, die an diesen HD-DVB-Receiver angeschlossen werden können.
* außer ein paar Neugierige gibt es keine Kunden, geschweige denn einen Kundenstamm
* ab Mai 2004 wird verschlüsselt, neben der psychologischen Seite bewirkt das, daß kein bekanntes Gerät diese Signale mehr anzeigen kann
* keine Pressearbeit
* es ist kaum das gesendete Programm in Erfahrung zu bringen
* auf Anfragen und E-Mails wird nicht reagiert
Übergang zu HDTV
Der Übergang zu HDTV sollte idealerweise so erfolgen, daß man etwa zum Sendestart von
HDTV zwei Gattungen von Geräten auf den Markt wirft:
* HDTV-optimierte Geräte, die die volle Qualität aus HDTV herausholen
* normale hochwertige Geräte sollten für wenig Aufpreis auch als Modelle mit HDTV-Unterstützung angeboten werden
Das könnten z.B. HDTV-DVB-Empfänger, dazu geeignete Beamer sowie "normale"
82 cm-16:9-100 Hz-Fernseher sein, die HDTV mit geringerer Bildwiederholrate als
SDTV ausgeben können (HDTV in den USA wurde so dimensioniert).
Beispiele sind im Anhang 2 "100 Hz-Fernsehgeräte mit 31,2...33,8 kHz" und
"Fernsehgeräte mit 45 bis 48 kHz". Der Aufwand dafür ist vergleichsweise gering.
Man kann sich dann überlegen, ob man für 1200 EUR das "normale" Modell und
für 1300 EUR das HDTV-taugliche Modell mit außerdem einem zusätzlichen YUV-Eingang
nimmt.
Technische Probleme
Zum einen ein sehr objektives Problem. Mit 18 Mbps ist die Datenrate für 1080i50
deutlich zu niedrig. Schon bei normalen Spielfilmen sind Artefakte bei dieser Datenrate
zu erkennen, bei Bühnenshows mit typischen Problemfällen ist die Bildqualität regelrecht
mies. 18 Mbps entsprechen etwa 3,75 Mbps bei 1,85:1-Filmen bzw.
3 Mbps bei 2,35:1-Filmen. Wobei die Filme auf DVD den Vorteil einer dynamisch
anpaßbaren Bitrate haben, die DVB-Sendungen nicht haben.
Wenn man die Sendungen auf einem 82cm-Fernsehgerät wiedergibt, sind bei
normalem Abstand diese Fehler zwar nicht so auffällig wie bei einer 3 1/2-Stunden
Raubkopie auf einer DVD-R, wenn allerdings richtige HDTV-Beamer zum Einsatz
kommen, dann sind diese deutlich sichtbar bis ziemlich störend.
Normalerweise wird für 1080i 27 Mbps empfohlen, bei geringeren Qualitätsanforderungen
22 Mbps. Europ sendet mit 18 Mbps.
Im Studio arbeitet man übrigens auf DVs mit 54 Mbps, und mir sind Berichte zu Ohren
gekommen, in denen das als zu knapp bezeichnet wird, weil bei kritischen Passagen
schon in der Originalaufnahme wenn auch geringe Fehler zu sehen sind.
Weiterhin sind die 50 Hz für eine Darstellung des deutlich größeren Bildes zu wenig.
Und 100 Hz-HDTV-Fernseher werden noch etliche Zeit auf sich warten lassen.
Ein Wechsel auf 60 Hz hätte dieses Problem gelöst und man hätte in ein paar Jahren
nur noch eine Bildfrequenz gehabt.
Vor- und Nachteile:
50 Hz:
+ kompatibel zu CCIR (im Volksmund PAL)
+ etwas geringere Datenrate
60 Hz:
+ kompatibel zu FCC/IAC
+ kompatibel zu ATSC
+ Kino ohne Speedup darstellbar
+ akzeptables Flimmern ohne Bildfrequenzverdopplung (die in den ersten Jahren außer in Highend-Produkten nicht zu finden sein wird)
Wenn schon unterschiedlich zur US-Norm, dann hätte man das ganze auch gleich für die
CCIR-Norm optimieren können. Das Ergbenis wäre 1152i50 gewesen.
Teil 6: DRM und seine Verwandtschaft
Gefahren und Nutzen von DRM. Ausgewogenheit von Interessen.
<noch nicht geschrieben>
Anhang 1: Glossar
Basisband: unmoduliertes Signal
D2MAC:
HDMAC: High Definition Multiplexed Components: mal geplante HDTV-Norm, die aber tot ist
SDTV: Standard Definition Television: Fernsehen mit den heute üblichen 480 bzw. 576 Zeilen
<gibt es weitere unbekannte Begriffe?>
Anhang 2:
Bildfehler durch fehlerhaftes/fehlendes De-Interlacing
Anhang 3: Möglichkeiten von Fernsehgeräten in Abhängigkeit der Zeilenfrequenz (Auswahl)
50 Hz-Fernsehgeräte mit 15,6...15,8 kHz:
480 Zeilen: 60 Hz interlaced
576 Zeilen: 50 Hz interlaced
720 Zeilen: runterrechnen auf 540 Zeilen, dann 50 Hz interlaced
1080 Zeilen: runterrechnen auf 540 Zeilen, dann 50 Hz interlaced
100 Hz-Fernsehgeräte mit 31,2...31,5 kHz:
480 Zeilen: 120 Hz interlaced oder 60 Hz progressiv
576 Zeilen: 100 Hz interlaced
720 Zeilen: 75 Hz interlaced oder runterrechnen auf 540 Zeilen, dann 100 Hz interlaced
1080 Zeilen: 50 Hz interlaced oder runterechnen auf 810 Zeilen, dann 75 Hz interlaced
Bemerkung: Die Ansteuerelektronik normaler Fernseher müßte für HDTV 1080i50 nicht modifiziert werden. Allerdings ist 1080i50 sehr flimmrig.
100 Hz-Fernsehgeräte mit 31,2...33,8 kHz:
480 Zeilen: 120 Hz interlaced oder 60 Hz progressiv
576 Zeilen: 100 Hz interlaced oder 50 Hz progressiv
720 Zeilen: 75 oder 90 Hz interlaced oder runterrechnen auf 540 Zeilen, dann 100 oder 120 Hz interlaced oder 60 Hz progressiv
1080 Zeilen: 50 oder 60 Hz interlaced oder runterrechnen auf 810 Zeilen, dann 75 Hz interlaced
Bemerkung: Die Ansteuerelektronik normaler Fernseher müßte für HDTV 1080i60 nur leicht modifiziert werden. Die maximal zulässe Zeilenfrequenz müßte um 6% erhöht werden.
1080i60 ist zwar nicht optimal, aber im Gegensatz zu 1080i50 akzeptabel.
Fernsehgeräte mit 45 bis 48 kHz (JVC D.I.S.T. arbeitet mit dieser Zeilenfrequenz)
480 Zeilen: 90 Hz progressiv
576 Zeilen: 75 Hz progressiv
720 Zeilen: 120 Hz interlaced oder 60 Hz progressiv oder hochrechnen auf 1080 Zeilen, dann 75 Hz interlaced
1080 Zeilen: 75 Hz interlaced oder runterrechnen auf 720 Zeilen, dann 60 Hz progressiv
Bemerkung: Meine persönlichen Mindestforderungen
Fernsehgeräte mit 45 bis 63 kHz
480 Zeilen: 120 Hz progressiv
576 Zeilen: 100 Hz progressiv
720 Zeilen: 75 Hz progressiv oder hochrechnen auf 1080 Zeilen, dann 100 Hz interlaced
1080 Zeilen: 50 Hz progressiv oder 100 Hz interlaced
Fernsehgeräte mit 45 bis 85 kHz
480 Zeilen: 120 Hz progressiv
576 Zeilen: 100 Hz progressiv
720 Zeilen: 90 oder 100 Hz progressiv
1080 Zeilen: 75 Hz progressiv
Bemerkung: Eher für Röhrenrückprojektionsgeräte (Ablenkleistung!!!)
Bemerkung: Wenn nicht alle Zeilen genutzt werden (Superbreitwand 2.35:1 oder normale
Breitwand bei nichtanamorpher Widergabe, kann bei geschickten Management die
Bildfrequenz erhöht werden. Für die letzten 4 Fälle oben wären das:
50 Hz-Fernsehgeräte mit 15,6...15,8 kHz:
720 Zeilen, 2:35:1 50 Hz interlaced
1080 Zeilen, 2.35:1 runterrechnen auf 720 Zeilen, 50 Hz interlaced
100 Hz-Fernsehgeräte mit 31,2...31,5 kHz:
720 Zeilen, 2:35:1 100 Hz interlaced
1080 Zeilen, 2.35:1 runterrechnen auf 720 Zeilen, 100 Hz interlaced oder 60 Hz progressiv
100 Hz-Fernsehgeräte mit 31,2...33,8 kHz:
720 Zeilen, 2:35:1 120 Hz interlaced oder 60 Hz progressiv
1080 Zeilen, 2.35:1 75 Hz interlaced
Fernsehgeräte mit 45 bis 48 kHz (JVC D.I.S.T. arbeitet mit dieser Zeilenfrequenz)
720 Zeilen, 2:35:1 75 Hz progressiv
1080 Zeilen, 2.35:1 100 Hz interlaced
Fernsehgeräte mit 45 bis 63 kHz
720 Zeilen, 2:35:1 100 Hz progressiv
1080 Zeilen, 2.35:1 75 Hz progressiv
Fernsehgeräte mit 45 bis 85 kHz
720 Zeilen, 2:35:1 Hochskalieren auf 1080 Zeilen, 100 Hz progressiv
1080 Zeilen, 2.35:1 100 Hz progressiv