Computerhardware: Fernsehkarte

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[Bearbeiten] Das analoge Fernsehbild

[Bearbeiten] Auflösung

Die technischen Daten für das Fernsehbild wurden in den 40er Jahren entsprechend den damaligen technischen Möglichkeiten festgelegt. Das europäische Fernsehen arbeitet nach der PAL-Norm 576i/25. In dieser Norm ist festgelegt, dass 25 Bilder pro Sekunde übertragen werden. Für die Übertragung steht eine Bandbreite von 5 MHz zur Verfügung. Zum Vergleich: Heutige Computermonitore verkraften 140 MHz und mehr.

5 MHz bedeuten vereinfacht, dass 5.000.000 Bildpunkte pro Sekunde übertragen werden können. Geteilt durch 25 Bilder/s ergibt das 200.000 Bildpunkte pro Einzelbild.

Als Auflösung der Fernsehbildröhre (Raster) wird 576 Bildzeilen zu je 768 Bildpunkten genannt. Das ergibt ein Seitenverhältnis von 4:3 und eine Anzahl von 442.368 Bildpunkten (768 x 576) pro Bild. Das ist deutlich mehr als die 200.000 Bildpunkte, die tatsächlich übertragen werden können.

Nun wurde aber 1934 experimentell festgestellt, dass es Darstellungsprobleme bei feinen waagerechten und senkrechten Linien gibt. Es treten Interferenzen mit dem Raster des Displays auf. Unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Auges werden nur 330 x 576 Bildpunkte übertragen und bei der Darstellung gewissermaßen auf 576 x 768 Bildpunkte vergrößert. Das Produkt von 330 x 576 = Bildpunkten ergibt 190.080 Bildpunkte. Details siehe Kellfaktor.

An den Fernseher kann auch ein Videorekorder angeschlossen werden. Dann arbeitet der Fernseher in einer anderen Betriebsart. Je nach verfügbarer Bandbreite kann bzw. muss die Auflösung der Übertragung verändert werden. Ein VHS-Videorecorder schafft maximal 220 Bildzeilen, während S-VHS Videorecorder mit 400 Bildzeilen sogar eine bessere Qualität als Fernsehen erreichen. Mehr zu dieser komplizierten Thematik unter http://www.edv-tipp.de/dvd/004_aufloesung.htm und http://www.brumbi.de/body_videotechnik.html.

[Bearbeiten] Halbbilder

25 Bilder pro Sekunde (beim Film sind es 24) reichen aus, um Bewegungen fließend darzustellen. Allerdings flimmert das Bild heftig. Daher wurde das Bild in zwei Halbbilder aufgeteilt. Das erste Halbbild enthält die Bildzeilen mit ungeraden Nummern, das zweite Halbbild die mit geraden Nummern. Diese Halbbilder werden nacheinander dargestellt, um eine Bildzeile versetzt. Dieser Versatz heißt Zeilensprung, engl. Interlacing.

Auf den ersten Blick erscheint das unsinnig. Worin soll der Unterschied bestehen, ob die Bildzeilen in der Reihenfolge 1-2-3-4-5-6 oder 1-3-5 und 2-4-6 geschrieben werden? Bei einem zeitlich unveränderten Bild macht das tatsächlich keinen Unterschied. Der Unterschied entsteht, weil die Kamera ebenfalls mit dem Interlacing-Verfahren arbeitet. Statt alle 40 ms ein ganzes Bild zu senden, wird 20 ms lang das „erste“ Halbbild aufgenommen und in den nächsten 20 ms das „zweite“ Halbbild. Wenn sich das Aufnahmeobjekt bewegt hat, ist das zweite Halbbild bereits anders! Dadurch werden Änderungen vor der Kamera 50mal pro Sekunde erfasst und übertragen. Das Flimmern verschwindet.

[Bearbeiten] Der Tuner

Der Tuner ist das silbrig glänzende Metallgehäuse auf der Videokarte. Er filtert aus dem Wirrwar der vielen Fernsehsender den gewünschten Kanal heraus, arbeitet insoweit wie der Tuner im Radioempfänger. Das Signal wird demoduliert, d. h. von der Trägerfrequenz befreit. Aus dem Videosignal werden die beiden Tonkanäle herausgefiltert. Die verstärkten Tonsignale können vom Soundausgang der Videokarte entweder direkt zu Lautsprechern oder besser zum Line-in-Eingang der Soundkarte geführt werden.

[Bearbeiten] Das Fernsehsignal

Das farbige Fernsehbild wird aus den Primärfarben Rot, Grün und Blau zusammengesetzt. Es wird aber nicht in dieser Form übertragen. Als das Farbfernsehen eingeführt wurde, musste gesichert sein, dass die älteren Schwarz-Weiß-Fernseher unverändert weiter verwendet werden können. Deshalb erzeugen die Kameras - wie früher - ein Schwarz-Weiß-Signal (Y), welches in Farbkameras um zwei Farbdifferenzsignale ergänzt wird: Schwarzweiß minus Blau (U) und Schwarzweiß minus Rot (V). Der Grünanteil braucht nicht übertragen werden, da er aus den anderen errechnet werden kann. Diese drei Farbkanäle werden zu einem einzigen Signal zusammengefügt, welches FBAS oder Composite-Signal heißt. Dieses wird mit einer Trägerfrequenz moduliert und nach dem Hinzufügen der Tonkanäle ausgestrahlt.

[Bearbeiten] Der Videobaustein

Er hat zwei Aufgaben zu erledigen: Er muss das Composite-Signal in ein RGB-Signal umwandeln, indem der Grünanteil ermittelt wird. Anschließend muss das analoge Bildsignal in ein digitales umgewandelt werden. Dabei entsteht ein virtuelles Abbild von 768 x 576 Bildpunkten.

Diese Bildinformationen müssen nun noch in den RAM der Grafikkarte übertragen werden. Dazu müssen 44 MByte/s zur Grafikkarte übertragen werden. Für den PCI-Kanal, der theoretisch bis zu 133 MByte/s übertragen kann, ist das eine erhebliche Last. Bei alten PCs ohne PCI-Bus musste die Fernsehkarte mit einer dafür geeigneten Grafikkarte per Flachbandkabel direkt verbunden werden, denn über den ISA-Bus konnten nur 10 MByte/s übertragen werden.

Eine Übertragungsrate von 44 MByte/s ist auch über Firewire (max. 50 MByte/s) und USB 2.0 (max. 60 MByte/s) realisierbar. Das ermöglicht es beispielsweise, Fernsehempfang über einen USB-Stick nachzurüsten.

[Bearbeiten] Digitales Fernsehen

Im Ausbau befindet sich das digitale Fernsehen DVB-T. Durch moderne Digitalisierungs-, Kodierungs-, Kompressions- und Fehlerkorrekturen wird erreicht,

• dass mit kleinen Zimmerantennen fast überall ein stabiler Empfang möglich ist, weshalb es in der Werbung als „Überallfernsehen“ bezeichnet wird,
• dass im Frequenzband eines herkömmlichen Analog-Fernsehsenders entweder vier bis sechs digitale Fernsehkanäle oder ein bis zwei hochauflösende Kanäle untergebracht werden können.

Ein solcher DVB-T-Empfänger wird oft als USB-Gerät in einer Größe von 10 x 3 x 2 cm geliefert. Die Anzahl verfügbarer Kanäle ist gegenwärtig in den meisten Regionen weit geringer als beim analogen terrestrischen Fernsehen. Mancherorts sind nur ARD, ZDF, 3sat, Arte, Phönix, KiKa, Eins Festival und ZDF Infokanal zu empfangen. Für die Bundesliga am Strand reicht das aus.

[Bearbeiten] Hochauflösendes Fernsehen

Für HDTV gibt es gegenwärtig folgende Varianten:

• 720p (HD-Ready): Die Bildauflösung beträgt 1280 x 720 Pixel.
• 1080i (HD) mit einer Auflösung von 1920 x 1080 Pixel, interlaced
• 1080p (Full-HD) mit einer Auflösung 1920 x 1080 Pixel, progressiv

„progressiv“ bedeutet, dass 25 Bilder pro Sekunde übertragen werden. Das „interlaced“-Verfahren ist zweite Wahl, denn es wird nur die halbe Datenmenge übertragen, was für 25 halbe Bilder pro Sekunde reicht. Die Bildschärfe ist schlechter als bei 1080p und Bewegungen wirken weniger flüssig.

[Bearbeiten] Welche Sender übertragen HDTV?

Es gibt kaum Sender, die heute in HDTV ausstrahlen.

• Arte sendet schon länger in HDTV
• ARD und ZDF wollen 2010 zu den olympischen Winterspielen (12.-28. Februar 2010) mit der HDTV-Ausstrahlung beginnen. Die Leichtathletik-WM in Berlin (15.-23. August 2009) wird testweise übertragen.
• Kabel Deutschland will die Leichtathletik-WM für einen Großteil seiner Kunden in HDTV übertragen.
• Sky, der Premiere-Nachfolger, hat sechs HDTV-Kanäle.
• Die Bezahlsender Discovery HD und TF1 HD senden ebenfalls im HDTV-Format.
• Von den Privatsendern ist nicht bekannt, ob und wann sie mit HDTV beginnen wollen. In Teilen des Kabelnetzes von Baden-Württenberg hat es einen Testbetrieb mit Sat1 HD und Pro7 HD gegeben, der wegen Unwirtschaftlichkeit zunächst eingestellt worden ist und demnächst wieder aufgenommen werden soll.
• Der Satellitenbetreiber Astra plant gemeinsam mit RTL und Vox die Ausstrahlung von verschlüsseltem HDTV gegen Bezahlung.

In jedem Fall brauchen Sie außer einem HDTV-Fernseher einen HDTV-tauglichen Digital-Receiver.

Wozu ist ein HDTV-Fernseher zu gebrauchen, solange die Fernsehsender kein HDTV ausstrahlen? Womit kann die hohe Auflösung genutzt werden?

• Multimedia-PCs bei Wiedergabe von HD-Fotos oder HD-Videos,
• Blu-ray-Player mit entsprechenden Medien,
• X-Box und Playstation 3
• HDTV-taugliche Camcorder
• Digitalkameras mir mehr als 2 Megapixeln, wenn sie einen HD-Ausgang haben,
• Videos von einigen Online-Videotheken.

Der Empfang von HDTV kann über ein Kabelnetz oder über Satellit erfolgen. Über das terrestrische Netz (herkömmliche Fernsehantennen) kann es nicht ausgestrahlt werden, die Bandbreite reicht dafür nicht. Das öffentlich-rechtliche HDTV wird nur über Astra ausgestrahlt werden,

Lohnt sich die Anschaffung eines HD-Fernsehers, um das klassische (analoge) Fernsehen zu empfangen?

Nur, wenn der Fernseher sehr teuer ist. Wer überwiegend das klassische PAL-Format sieht, braucht kein HD-TV-Gerät. Das relativ grobkörnige PAL-Bild muss auf die fünfmal höhere Bildpunktzahl von Full-HD interpoliert (hochgerechnet) werden. Das Bild sieht meist schlechter aus als auf einem guten Röhren-Fernseher. Nur wenn ein hochwertiger Bildprozessor mit einem guten Algorithmus im Bildschirm steckt, sind Qualitätsverluste vermeidbar.

Lohnt sich die Anschaffung eines HD-Ready-Bildschirms?

Obwohl deutlich preiswerter als ein Full-HD-Fernseher, ist davon abzuraten. HD-Ready bedeutet, dass die Elektronik des Gerätes imstande ist, ein 1920 x 1080 Bild auf 1280 x 720 zu verschlechtern (herunterzurechnen). Gegenwärtig ist kein Sender bekannt, der die Ausstrahlung als 720p plant, allgemein wird 1080i favorisiert. Filme auf Blu-ray werden in der Full-HD-Auflösung angeboten.

Ausnahme

Mit guten Algorithmen und mit genügend großer Rechenleistung ist eine so gute Interpolation eines analogen Fernsehbildes möglich, dass es auch auf einem hochauflösenden Bildschirm gut aussieht. Die preiswerteren Bildschirme der HD-Ready und HD-Kategorie verfügen nicht über einen so guten Bildprozessor (sonst wären sie nicht mehr preiswert). Hochwertige Grafikkarten haben für diesen Zweck genug Rechenleistung. Wenn Sie das Fernsehbild über DVB-C oder DVB-S mit dem Computer empfangen und eine Grafikkarte GeForce 8400 oder besser im Computer haben, kann das Bild auf einem hochauflösenden Monitor oder einem an die Grafikkarte angeschlossenen HD-Fernseher perfekt aussehen.