Leseprobe 8: Modulation und Synchronisation

Ähnlich wie bei der Synchronisation des BAS-Signals muss es beim Farbvideosignal (FBAS) gelingen, im Fernsehempfänger die für die Übertragung zusammengefassten Farbdifferenzsignale beziehungsweise die addierten Y- und C-Amplitudenwerte wieder getrennt zu gewinnen. Wie bereits erwähnt, wird sowohl beim NTSC- als auch beim PAL-Verfahren hierzu eine sogenannte Doppel-Amplitudenmodulation oder auch Quadraturamplitudenmodulation (QAM) verwendet. Dabei handelt es sich um eine kombinierte Amplituden- und Phasenmodulation.

Abbildung 99: Quadraturmodulation (Rudolf Mäusl; R&S-Repetitorium Fernsehtechnik)

Bei gleichzeitiger Trägerunterdrückung wird vom Farbträger eine 0°-Komponente durch das (B-Y)-Signal und eine 90°-Komponente durch das (R-Y)-Signal amplitudenmoduliert. Einfacher ausgedrückt: Das Farbartsignal wird für die Übertragung kodiert und im Empfänger wieder dekodiert (Abbildung 99). Das Produkt einer solchen Quadraturmodulation ist eine modulierte Farbträgerschwingung, die auch als Farbartsignal bezeichnet wird.  Für dessen Demodulation wird eine phasenrichtige unmodulierte Trägerschwingung benötigt. Die eigentliche Trägerschwingung wird nicht übertragen und muss am Empfangsort als Referenzträger erzeugt werden. Insofern spricht man auch von einer Synchron-Demodulation, da nur die in Phase zur Referenzträgerschwingung liegende Komponente des Farbartsignals bewertet wird.

Abbildung 100: Farbsynchronsignal (Burst)

Für diese Synchronisierung mit dem sendeseitigen Farbträger wird in jeder übertragenen Bildzeile innerhalb der horizontalen Austastlücke ein Bezugssignal gesendet. Das sogenannte Farbsynchronsignal (auch Burst-Signal) besteht aus etwa zehn Schwingungszügen des sendeseitigen Farbträgers. Deren Übertragung erfolgt im Zeitfenster der hinteren Schwarzschulter (Abbildung 100).

Multiburst

Die Erzeugung solcher Burst- oder Farbsynchron-Signale erfolgt in der Messtechnik beispielsweise durch spezielle Testgeneratoren, wobei das übertragene Signal selbst mit einem Oszilloskop betrachtet wird. Im Bereich der Messtechnik besteht so die Möglichkeit einer simplen Abschätzung der Bandbreite eines Übertragungskanals. Neben dem einfachen Farbsynchron-Signal gibt es auch eine Abfolge von Burst-Signalen unterschiedlicher Frequenz. Ähnlich wie die sogenannten Frequenzbesen dient das sogenannte Multi-Burst-Signal der Bandbreitenbestimmung und ist zumeist Bestandteil von Fernsehtestbildern. Die folgende Abbildung (101) zeigt das typische Bild eines Oszilloskops von der weiter unten beschriebenen Multiburst-Testzone.

Abbildung 101: Oszilloskop-Bild eines Multiburst

Das Multiburst-Verfahren (Abbildung 101) ist eine simple Methode zur Beurteilung einer darstellbaren Feinauflösung, die etwaige Skalierungsartefakte des Displays aufdecken kann. Dabei werden im Testbild konturscharf getrennte, senkrecht verlaufende Streifen angezeigt, die sich in immer kleiner werdenden Abständen von links nach rechts zwischen maximalem Schwarz und 100-prozentigem Weiß abwechseln.

Auch hier helfen sogenannte Multiburst-Testmuster (Abbildungen 102, 103) zur optimalen Messung der maximal darstellbaren Feinauflösung und damit Bandbreite des Displays in horizontaler Richtung. Dabei handelt es sich um hart kontrastierte Streifenmuster von 4, 3, 2 und 1 Pixel Größe, die bei tadellosem Display alle Streifenmuster klar kontrastiert, scharf und ohne Störungen beziehungsweise Grauwerte anzeigen. Sind hingegen Fremdmuster oder Unschärfen auf dem Testbild erkennbar, lassen sich also an einer oder mehreren Stellen die weißen und schwarzen Streifen nicht eindeutig unterscheiden und werden vielmehr als überlagertes Wellenmuster (Interferenz, Moiré-Effekt) oder als graue Flächen angezeigt,  dann kann es sich um folgende Fehler handeln:

  • nicht korrekte Auflösung des Displays,
  • schlechte Skalierung des Bildinhaltes,
  • mangelhaft abgeschirmte oder zu lange Verbindungsleitungen,
  • nicht exakte Interpolation/ungenaue Berechnung des Overscans.
Abbildung 102: Multiburst im Testbild

In der professionellen Analyse der Firma BUROSCH wurde das folgende Multiburst-Streifenmuster (Auszug aus einem Testbild) mit „mangelhaft“ (ITU-R_BT500-11) bewertet. Das entsprechende Fernsehbild war hier grobkörnig und unscharf (verrauscht).

Cross-Color-/Cross-Luminance (Signalübersprechen)

Für die Verzahnung der Luminanz- und Chrominanz-Signale bedient man sich der Gleichartigkeit ihrer Lücken in den Spektren. Deshalb ist es hier ausreichend, für die Farbhilfsträger-Frequenz senderseitig ein ungeradzahliges Vielfaches der Zeilenfrequenz zu wählen, welches auch als Halbzeilenoffset oder Farbträgerverkopplung bezeichnet wird. Wie bereits erwähnt, müssen allerdings auf der Empfängerseite die zusammengefassten Signale wieder zerlegt - also zurückgewonnen - werden. Die Schwierigkeit besteht nun darin, dass die Y- und C-Spektren bei der Rückgewinnung nicht vollständig separiert werden können. Die Konsequenz ist, dass es zu Überlagerungen beziehungsweise sogenannten Signalübersprechstörungen kommt, die selbst mit qualitativ hochwertigen Filtern nicht verhindert werden können.

Abbildung 104: Farbartsignal beim PAL-Plus-Verfahren (Rudolf Mäusl; R&S-Repetitorium Fernsehtechnik)

Das „Übersprechen“ in den Y-Kanal ist auch bekannt als Cross-Luminanz-Effekt, bei dem Farbsignale als Helligkeitssignale interpretiert werden. Um diese Störungen zwischen den Kanälen gering zu halten, muss die Farbträgerfrequenz möglichst hoch sein, damit sich während des Übersprechens im Y-Kanal lediglich eine feine periodische Musterung (Perlschnurmuster) ergibt. Hohe Ortsfrequenzen sind für das menschliche Auge weniger wahrnehmbar als tiefe Trägerfrequenzen. Insofern wirkt das resultierende feine Schachbrettmuster weitaus weniger störend, zumal es durch Kerbfilter nicht flächig, sondern nur an Farbkanten auftritt: die Cross-Luminanz (Abbildung 105).

Abbildung 105: Cross-Luminanz-Effekt (Prof. Dr.-Ing. W.-P. Buchwald; Videotechnik)

Auch im C-Kanal kommt es zu Übersprechstörungen, die Cross-Color-Effekt genannt werden. Durch die Überlagerung entstehen feine Strukturen im Helligkeitssignal, die wiederum als Farbveränderungen interpretiert werden. Dieser Effekt äußert sich insbesondere in unbunten Streifenmustern (beispielsweise bei Nadelstreifenanzügen, Pullovern oder Tapeten mit Querstreifen oder Karos), die von einem Farbschleier umgeben sind und sich bei Bewegung ständig ändern. Diese Bildstörungen sind mit dem Moiré-Effekt vergleichbar. Um diese beiden Störeffekte zu reduzieren, wurden zu Beginn der Fernsehtechnik für die Trennung des Farb- und Helligkeitssignals auf der Wiedergabeseite Hoch- sowie Tiefpassfilter verwendet. Hier wurde die Bandbreite des Helligkeitssignals einfach abgeschnitten. Im Laufe der technischen Entwicklung ging man allerdings dazu über, spezielle Kammfilter für die Auftrennung der Farbartsignalkomponenten zu nutzen. In herkömmlichen Farbfernsehgeräten (PAL) wird diese Funktion der Kammfilter von einem Laufzeitdecoder übernommen.

Abbildung 106: PAL-Decoder mit Referenzträgergewinnung (Rudolf Mäusl; R&S-Repetitorium Fernsehtechnik)

Color-Plus-Verfahren/Intra Frame Averaging

Eine Verminderung der Cross-Störeffekte ist durch das sogenannte Color-Plus-Verfahren möglich, das darauf beruht, die störenden Signalkomponenten über zwei aufeinanderfolgende Halbbilder zu kompensieren. Dies führt zu einer Phasenverschiebung der Farbträger und damit auch des Farbartsignals nach einem Halbbild (312 Zeilen) auf 180°, die sich aus der Periodendauer der Farbträgerschwingung ergibt. Für die um 312 Zeilen auseinander liegenden Signale wird mithilfe der Addition (Y-Signal) oder Subtraktion (C-Signal) ein Mittelwert berechnet, wobei das zuerst anliegende Signal gespeichert wird. Die Farbe wird also auch bei der Vertikalauflösung für das zweite Bild übernommen und somit die Cross-Störungen weitgehend kompensiert (vgl. Ausführungen im Kapitel „SECAM“). 

Eine bewegungsadaptive Variante des Color-Plus-Verfahrens, das auf Kamera- und Film-Modi angepasst wurde und besonders für Bewegtbilder geeignet ist, bietet das Motion-Adaptive-Colour-Plus-Verfahren (MACP). Hier werden eine stufenweise (beim Y-Signal) sowie eine kontinuierliche/nichtlineare Umschaltung (beim C-Signal) vorgenommen, die sowohl die Übertragung als auch das Weglassen der gemittelten Y- und C-Signale beinhaltet. Die so gemittelten Farbsignale werden einem Bewegungsdetektor zugeführt, der die jeweiligen Steuersignale liefert, um einen pixelweisen Vergleich der Bewegung im Bild beziehungsweise eine Überblendung im Luminanz- und Chrominanz-Kanal durchzuführen.

Auszug aus dem BUROSCH-Praxishandbuch: "Medientechnik"