Computerhardware: Fernsehkarte

Das analoge Fernsehbild

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) werden 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.

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.

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 Fernsehkarte entweder direkt zu Lautsprechern oder besser zum Line-in-Eingang der Soundkarte geführt werden.

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 weiterverwendet werden konnten. 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 zu werden, da er aus den anderen errechnet werden kann. Diese drei Kanäle (Schwarz-Weiß plus zwei Farben) werden zu einem einzigen Signal zusammengefügt, das mit YUV-Signal bezeichnet wird.

Diesen „Komponenten Aus-/Eingang“ erkennt man im Heimkino-Bereich an drei Cinch-Steckern in den Farben Rot, Blau und Grün. Es wird noch das Tonsignal dazugefügt, und alles zusammen wird mit einer Trägerfrequenz „moduliert“ (mit einem Hochfrequenzsignal zusammengefügt) und ausgestrahlt. Wozu wird die Trägerfrequenz eigentlich benötigt? Ein wenig Physik:

• Frequenzen unter etwa 16 kHz lassen sich nicht über eine Antenne ausstrahlen, sie können nur über Kabel übertragen werden.
• Ohne Trägerfrequenz könnte es nur einen einzigen Sender geben. Sender auf verschiedenen Kanälen (mit verschiedenen Trägerfrequenzen) stören sich nicht gegenseitig.

Der Videobaustein

Er hat zwei Aufgaben zu erledigen: Er muss aus dem YUV-Signal den Grünanteil berechnen und dann ein RGB-Signal erzeugen. 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.

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 (natürlich nur da, wo auch DVB-T zur Verfügung steht), 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.

DVB-T-Empfänger werden als USB-Geräte oder interne Karten für den PCI-Slot angeboten. Die Anzahl verfügbarer Kanäle ist gegenwärtig in den meisten Regionen recht gering. Mancherorts sind nur ARD, ZDF, 3sat, Arte, Phönix, KiKa, Eins Festival und ZDF Infokanal zu empfangen. Für die Bundesliga am Strand reicht das aus.

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.

Welche Sender übertragen HDTV?

Es gibt Sender, die in HDTV ausstrahlen.

• Arte sendet schon länger in HDTV
• ARD und ZDF haben 2010 zu den olympischen Winterspielen (12.-28. Februar 2010) mit der HDTV-Ausstrahlung begonnen.
• Sky, der Premiere-Nachfolger, hat sechs HDTV-Kanäle.
• Die Bezahlsender Discovery HD und TF1 HD senden ebenfalls im HDTV-Format.
• Auch Privatsender senden mittlerweile über Satellit in HDTV. Dazu gehören Pro7, Sat1, RTL und Kabel1. Allerdings sind diese Sender verschlüsselt und können nur mit der HD+ Smartcard und einem HDTV-tauglichem Receiver mit CI-Slot gesehen werden.

Wozu ist ein HDTV-Fernseher zu gebrauchen, solange die Fernsehsender kaum 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 mit mehr als 2 Megapixeln, wenn sie einen HD-Ausgang haben,
• Videos von einigen Online-Videotheken.
• Einige neuere DVD-Player oder AV-Receiver benutzen eine Technik namens Upscaling. Ältere DVD mit geringer Auflösung werden mit zusätzlichen Pixeln ergänzt, um die HD-Auflösung zu erreichen.

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 zurzeit nur über Astra ausgestrahlt,

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.

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.

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.

DVB-T

Ein DVB-T Empfänger ist in einigen Notebooks eingebaut oder man kann eine kleine Box an USB anstecken. DVB-T als „Überallfernsehen“ zu bezeichnen ist eine Werbelüge. In einigen Ballungsgebieten ist der Empfang der öffentlich-rechtlichen Sender mit einer Zimmerantenne oder auf der Wiese möglich. Die Betreiber von DVB-T geben an, dass 90 % der Haushalte DVB-T empfangen können, doch außerhalb von Großstädten braucht man eine Antenne mit Verstärker oder sogar eine Dachantenne. Es gibt ländliche Gebiete und Kleinstädte, wo selbst mit einer Dachantenne kein Empfang möglich ist. Für die privaten Sender ist der Empfangsbereich noch kleiner, außerdem sind die Sender verschlüsselt. Wenn der Empfang zu schwach ist, ruckelt das Bild oder das Bild bleibt stehen.

Vier Millionen Haushalte nutzen DVB-T, darunter viele als Zweitgerät im Wohnwagen oder Wochenendhaus, hat eine Marktanalyse von Samsung ergeben. Wenn man sich nicht an der geringen Senderzahl stört, ist DVB-T eine sehr preiswerte Lösung.

DVB-T2

Logo für Deutschland

Im Mai 2016 hat der Probebetrieb des neuen Standards begonnen, Anfang 2017 soll der Regelbetrieb beginnen und 2019 soll das alte DVB-T abgeschaltet werden. DVB-T brauchte eine Kanalbreite von 14 Mbit/s für eine Auflösung von 704 × 576 Pixel. Das neue Videokompressionsverfahren MPEG4 (H.265) ist das gegenwärtig modernste der Welt und braucht nur noch 4 Mbit/s für die HD-Auflösung von 1920 × 1080 Pixeln. Dadurch können viel mehr Sender übertragen werden.

In Nachbarländern gibt es DVB-T2 seit Jahren, allerdings mit dem älteren Kompressionsverfahren H.264. Das bedeutet leider: Nicht jedes Gerät mit DVB-T2 im Datenblatt funktioniert in Deutschland, insbesonders alle 2015 und früher gekaufte Geräte. Die tv-plattform.de vergibt ein grünes Logo „DVB-T HD“ an Geräte, die in Deutschland funktionieren. Viele DVB-T2-Geräte werden auch DVB-T empfangen können.

Für den Fernseher kann man einen DVB-T2-Receiver ab etwa 40 Euro kaufen. Für den Computer gibt es DVB-T2-Empfänger als USB-Gerät in einer Größe von 5 × 2 × 1 cm mit einer 15-cm-Standantenne für weniger als 20 Euro. In einigen Notebooks ist ein DVB-T2 Empfänger eingebaut.

DVB-Stick (USB) für Computer mit zugehöriger Antenne

Quellen