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Vorwort zu dem nachfolgenden 1988er Artikel über eine HDTV 1250 Kamera von Thomson

In der Abteilung für "Digitale Vorentwicklung" der Bosch/Fernseh war Professor Hausdörfer der Kopf. Ihn lernte ich erst (nach seiner Pensionierung) in 2007 kennen und konnte leider nicht alle Fragen loswerden. Doch die Rivaliät mit den Franzosen kam immer wieder zu Sprache. Es war nicht nur eine aktuell politische Rivalität wegen des uralten PAL-SECAM Disputes von 1967. Dazwischen lag ja auch die versuchte Kooperateion mit dem geplanten Digital-Interface für die großen 1" BCN Bandmaschinen und der Vertrieb der Thomson Kamera als Bosch KCI 100. Alles hatte nicht geklappt. Dann kam BTS mit der KCM 125 Kamera, einer überraschend schnell entwickelten Studio Kamera wirklich vom Allerfeinsten und die französischen Studio-Kameras hatten ab 1985 auf dem europäischen Markt fast keine Bedeutung mehr. So "ganz nebenbei" entwickelten die Darmstädter Konkurrenten auch noch eine auch ganz besonders edle HDTV Kamera auf 3-Röhren Plumbicon Basis. Das analoge HDTV war mit 1250 Zeilen spezifiziert und diese Kamera (KCH 1000) sollte wirklich an die 1100 Linien (nicht Zeilen !!!) auflösen. Was konnten die Franzosen jetzt wirklich besser ?

Und jetzt zu dem Bericht in der FKT Zeitung Nr.8/1988 ..........

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Eureka 95:
Erste HDTV-Kamera mit progressiver Abtastung

In das Eureka-Projekt EU 95 (das ist das Teilprokjekt für das europäische HDTV) kommt langsam Bewegung - der Prototyp einer HDTV-Kamera mit 1250 Zeilen, 50 Hertz und progressiver, also zeilensprungfreier Abtastung wurde jetzt von Thomson vorgestellt. Damit gewinnt das europäische HDTV-Programm deutlichere Konturen.

Was ist Eureka ?

Mit Eureka 95 wird versucht, eine europäische Alternative zu entwickeln, um vor allem die hiesige Empfängerindustrie nicht ganz dem Zugriff japanischer Unternehmen auszuliefern. Nebeneffekt: Es soll ein System kreiert werden, das dem aktuellen Stand der Fernsehtechnik entspricht und nicht auf einer 20 Jahre alten Systemarchitektur basiert.

Über Eureka liegt jedoch noch immer der Schleier des Geheimnisvollen - sehr wenig dringt aus den Gremien nach außen. Das mag Methode haben - böse Zungen behaupten schließlich, es gäbe nichts, was nach außen dringen könne ...
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Sommer 1988 - NAB in Las Vegas

Vor wenigen Monaten präsentierte Bosch/Fernseh in Las Vegas eine HDTV-Multinorm-Kamera, die sowohl für den japanischen HDTV-Vorschlag als auch für diverse europäische Systemkonzepte einsetzbar ist, unter anderem für 1250/50/2:1 oder 625/50/1:1. Auch auf der FKTG-Tagung wurde darüber berichtet.

Thomson zog nach

Nun stellte Thomson eine progressiv arbeitende HDTV-Kamera mit 1250 Zeilen vor und zeigte damit, was zumindest technisch machbar ist. Über die praktische Umsetzung und Einbindung in künftige Studio-, Übertragungsund Endgerätekonzepte wird man noch diskutieren müssen.
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Rainer Bücken schreibt überschwenglich .....

Mit der jetzt im Thomson-Labor "LEREA" in der Nähe von Straßburg vorgestellten HDTV-Farbkamera ist Wissenschaftlern und Technikern ein großer Wurf gelungen.
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  • Anmerkung : Professor Hausdörfer aus Damstadt war da etwas skeptisch, denn es lagen nur Datenblätter auf dem Tisch und in "Medias Res" konnte niemand die wirklich dargestellten echten "Linien" der 1250 Zeilen-Kamera überprüfen .... und damals wurde viel geschummelt.

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Etwas mehr über Thomson's Forschung ....

"LEREA" steht übrigens für "Laboratoire Europee de Recherches Electroniques Avancees" und ist Thomson's "Euopean laboratory for advanced electronics research".

Über 70 Mitarbeiter - darunter 53 Wissenschaftler, Ingenieure und Techniker - entwickeln dort vor allem HDTV-Equipment, so die System-Architektur, digitale Signaiverarbeitung für Empfangsgeräte sowie die erforderlichen ICs.

Es stehen aber auch kurzfristigere Entwicklungsziele auf der Tagesordnung, so Empfangsgeräte mit digitaler Signalverarbeitung und Bildspeicher-Technik sowie Pay-TV-Systeme für terrestrische Ausstrahlung, Kabel- und Satelliten-Fernsehen. Insgesamt unterhält Thomson Consumer Electronics (TCE) neun Labors, davon vier in Europa, zwei in den USA und drei in Fernost bzw. Japan mit insgesamt 500 Mitarbeitern.

1987 in Montrex vorgestellt, die s/w Version der 1250er Kamera

Bereits vor einem Jahr zeigte Thomson auf dem TV-Symposium in Montreux eine Schwarzweiß-Kamera mit 1250 Zeilen, 50 Hertz und 1:1, also ohne Zeilensprung. Auf der Funkausstellung im vergangenen Jahr wurde ein publizitätswirksamer Überblick über die Eure-ka-Aktivitäten und ihre Perspektiven gegeben.
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Wer macht was bei Eureka ?

Die Hauptunternehmen - nämlich die sogenannten A-Teilnehmer (Anmerkung : also die finanziell potenten Fernseh-Spezialisten) - sind Philips, Thomson, Bosch und Thorn EMI. Außerdem gibt es 25 "B-Teilnehmer", so unter anderem die Universitäten Braunschweig und Dortmund, das Heinrich Hertz Institut, die BBC, RAI, CCETT, IBA usw. Das zentrale Forschungslabor (LER) von Thomson-CSF in Rennes hat die Leitung der gesamten Eureka-Konzern-Aktivitäten übernommen und koordiniert die verschiedenen Bereiche, so Thomson-Brandt (für Unterhaltungselektronik), Thomson Video Equipment (für Studiotechnik), Videocolor (für Bildröhren) und Thomson-CSF (für Aufnahmeröhren}.
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  • Anmerkung : Auch hier stimmt etwas nicht, denn die HDTV Plumbicons für die KCH 1000 kamen von VALVO aus Hamburg.

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Progressive Abtastung hat Vorteile

Die bekannten Nachteile des Zeilensprungverfahrens wie Zeitenflimmern, Kantenflackern, Zeilenwandern und bewegungsbedingte Artefakte lassen sich mit progressiver, also sequentieller Abtastung beseitigen.

Erreicht wird unter anderem eine höhere vertikale und zeitliche Auflösung. (Anmerkung : Das stimmt nur bedingt) Auch für Signalverarbeitung, wie sie für Apertur-Korrektur, Standard-Konversion, räumlich-zeitliche Filterung, Codierung, Bewegungsabschätzung, Tricktechniken wie Chroma-key, Spezialeffekte usw. nötig ist, eignet sich die progressive Technik besser. Andererseits bedingt sie eine große Videobandbreite und hochratige Signaiverarbeitung.
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Bei Thomson wurden erstmal 2 HDTV Kameras gebaut

Zwei 1250/50/1:1-Kameras wurden bei Thomson labormäßig entwickelt und produziert (Bild 1),

Die wichtigsten Daten sind:

  • Zeilenzahl: 1250
  • aktive Zeilen: 1152
  • Bildseitenverhältnis: 16:9
  • Zeiienfrequenz: 62,5 kHz
  • Bildwechselfrequenz: 50 Hz
  • Röhren: 3 * 1"-Saticon
  • Empfindlichkeit: 1800 Lux (Blende 4) Videobandbreite (-3dB): 65 MHz
  • S/N (Y-Kanal, 65 MHz): >37 dB

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  • Anmerkung : Bei aller Freude, es wurde nie erwähnt, daß die farnzösische Entwicklung ein "riesen Brocken" war, die deutsche Entwicklung geradezu filigran aus dem Kamerakopf der KCM 125 heraus designed wurde.

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Noch hat die Kamera ein Festobjektiv ..... ?

Noch hat die Kamera ein Festobjektiv, was bei Labormodellen ja auch üblich ist.
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  • Anmerkung : Da irrt Herr Bücken, das war nicht so. Nur konnten die europäischen Hersteller Angenieux und Schneider laut Professor Hausdörfer keine solchen (hochauflösenden) Zooms liefern, Fujinon konnte es und die ersten 24 Optiken für die KCH 1000 kamen daher aus Japan. Später gab es auch ein Zoom von Angenieux.

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Mit den drei 1"-Saticon-Röhren wird nach Angaben des Entwicklers Jean-Yes Eouzan ein vernünftiger Kompromiß zwischen Auflösung, Empfindlichkeit und Nachziehen erreicht.
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  • Anmerkung : Kein Wort davon, daß die Entwickler bei VALVO anfänglich Probleme mit der hohen HDTV 1250 Auflösung hatten und daß diese Plumbicons deutlich teurer waren. Nach der Selktion lag die 1250er "Ausbeute" bei weniger als 3%. Auch kein Wort davon, daß die Saticon Röhren relativ schnell einbrannten, also eine deutlich kürzere Lebensdauer hatten als die Plumbicons mit der dickeren Bleioxyd-Schicht.

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Die Japaner und auch die Franzosen wollten das Plumbicon- Patent von Philips fast um jeden Preis umgehen.

  • Anmerkung : Darum wurden eine größere Anzahl von sogenannten Derivaten entwickelt, zum Beispiel das Newicon und auch das Primicon.

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Für die nächste Version einer Zeilensprungkamera wird die bei Thomson-CSF entwickelte Primicon-Röhre eingesetzt, die sich vor allem durch ein noch geringeres Nachziehen auszeichnet.

Auch für künftige progressiv arbeitende Kameras soll die neue Röhre eingesetzt werden. Der Kamerakopf liefert ein analoges RGB-Signal mit einer Bandbreite von jeweils 60 MHz. Daran schließt sich für den Luminanz-Kanal eine 8-bit A/D-Wandlung mit einer Samplingfrequenz von 144 MHz an, für die Farbdifferenzsignale Cr und Cb sind es jeweils 72 MHz.

Daraus ergibt sich ein Datenstrom von 2,3 Gbit/s, und dafür gibt es - außer experimentellen LWL (Lichtwellen Leiter)-Strecken - noch keine Übertragungskanäle.

Thomson's HDTV-System liefert übrigens 2.211.840 Bildpunkte pro Vollbild, nämlich 1152 aktive Zeilen x 1920 Bildpunkte.

Diese Zahlen korrespondieren mit den Daten des digitalen Studiostandards CCIR 601, bei dem pro Vollbild 576 aktive Zeilen mit je 720 Bildpunkten festgeschrieben sind.

Diese Zahlen - jeweils verdoppelt - ergeben dann die Systemparameter für HD-MAC. Werden die sich daraus ergebenen 1440 Bildpunkte pro Zeile auf das geänderte Biidseitenverhältnis umgerechnet, so kommen wir wieder zu den 1920 Bildpunkten pro Zeile der Thomson-Kamera.

Anders ausgedrückt: Die 1920 Bildpunkte stehen mit 1440 genau im Verhältnis 4:3, was bei der Signalverarbeitung schon sehr vorteilhaft ist (Übrigens ergibt sich das HDTV-Bildseitenverhältnis 16.9 ja auch nur durch die Quadratur des bisherigen 4:3.)

Zur Bildübertragung werden Gigabit-Leitungen benötigt

Nach den CCIR-Empfehlungen 801-2 sollte ein zukünftiges HDTV-System eine gegenüber dem heutigen digitalen Studiostandard 4:2:2 verdoppelte Horizontal- und Vertikalauflösung aufweisen - was hiermit ebenso erreicht wird wie eine gute Bewegungsauflösung. So ergibt die Anbindung an den digitalen Studiostandard empfängerseitig 864 aktive Zeilen.

Die sich an die Kamera anschließende Signalverarbeitung - vor allem die digitale Apertur-Korrektur - ist sehr komplex. Mit diagonaler Vorfilterung und Interpolation wird zwar die Auflösung in horizontaler und vertikaler Richtung beibehalten, in der Diagonale hingegen eingespart.

Die Bandbreite wird so reduziert, und die Abtastfrequenzen lassen sich für den Luminanzkanal von 144 MHz auf 72 MHz halbieren und für die Farbdifferenzsignale Cr und Cb von 72 auf 36 MHz.

Insgesamt kommt so eine Bitrate von 1,15 Gbit/s zustande, immer noch enorm, aber auf entsprechenden digitalen HDTV-MAZen, wie sie von Sony und Hitachi bereits vorgestellt wurden, durchaus aufzei-chenbar. Damit ist die Basis einer studiomäßigen Einbindung zumindest theoretisch gegeben.

"Zukunftsmusik"

Sicherlich wird es noch Jahre dauern, bis die progressiv arbeitende HDTV-Kamera aus dem Laborstadium in ein kaufbares Produkt überführt werden kann.

Der Preis einer derartigen HDTV-Kamera ist noch nicht bestimmt - ohne digitale Apertur-Korrektur sei er aber mit einer HDTV-Zeilensprung-Kamera zu vergleichen, heißt es bei Thomson.

Klar ist auch, daß für die digitale Apertur-Korrektur ein Mehrpreis zu zahlen ist. Im Labormodell werden hierfür noch zwei Boards benötigt, eine weitere Reduzierung ist möglich und nötig. (Bild 2).

Das Prinzip der Unterabtastung auf Quincunx-Basis über mehrere Teilbilder, das für die HD-MAC-Übertragung vorgesehen ist, entspricht in etwa der Technik des MUSE-Systems.

Im statischen Bereich wird echte HDTV-Qualität erreicht, bei starken Bewegungen hingegen muß die räumliche Auflösung reduziert werden.

So laufen die für die Übertragung von HD-MAC-Signalen nötigen Codierprozesse über drei Stufen:

  1. Still stehende oder nur wenig bewegte Bildanteile werden in höchster Auflösung übertragen, dafür aber auf vier Teilbilder verteilt.
  2. Mittelstarke Bewegungen werden nur in mittlerer Auflösung dargestellt, wobei hier die Informationsmenge auf zwei Halbbilder verteilt wird.
  3. Schnelle Bewegungen wiederum werden mit der geringsten Auflosung und Intrafield-Verarbeitung übertragen.

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Monitor mit 900 Zeilen (oder Linien ?)

Das 50Hz-Großflächenflimmern - störend vor allem bei hohen Leuchtdichten - kann allein durch eine Verdopplung der Zeilenzahl nicht kompensiert werden, erst mit einer Verdopplung der Bildwechselfrequenz kommt es zu einem ruhigen Bild.

Ein System aber mit den Parametern 1250 (Zeilen)/100Hz/2:1 würde eine Horizontalablenkung von 62,5 kHz ergeben. Diese Frequenz kann nach heutigem Stand der Ablenktechnik nur mit hohem Aufwand realisiert werden, ist in Konsumentengeräten demnach noch nicht wirtschaftlich machbar.

Die Suche nach einem vernünftigen Kompromiß brachte den Vorschlag von 900 Zeilen, 50 Hertz und progressiver Wiedergabe, was immerhin noch eine Ablenkfrequenz von 45 kHz erfordert. Und die scheint selbst bei 110°-Displays noch wirtschaftlich zu sein.

Allerdings bringt dieses 50Hz-System wieder das leidige Flimmern - und um das zu beseitigen, muß einerseits auf doppelte Bildwechselfrequenz übergegangen werden, andererseits ist wieder der Zeilensprung einzuführen, was bei Bewegungen Artefakte verursacht.

Derartige Aliasstörungen lassen sich vermeiden, wenn für Bewegtbilder die Vertikalauflösung wieder reduziert wird, was mit einer bewegungsadaptiven Verarbeitung möglich ist. Und das ist auch ein Ansatz für die HD-MAC-Übertragung.

Ein derartiger HD-MAC-Empfänger soll neben den jetzigen Farbfernsebstandards PAL, NTSC und Secam vor allem D2-MAC und HD-MAC verarbeiten können. Dazu wird es in den Geräten eine sogenannte "Feature-Box" geben, in der die Bildwechselfrequenz von 50 auf 100 Hz erhöht wird und die Bewegungsdetektion passiert.

Im Monitor wird das Signal dann mit 900 Zeilen, 100 Hz und Zeilensprung bei einem Bildseitenverhältnis von 16:9 dargestellt, die Horizontalablenkungsfrequenz beträgt 45 kHz.

Thomson zeigte 19-inch-Monitore von Gixi, der Pitchabstand beträgt 0,26 mm. An einer 16:9-Bildröhre wird auch bei Videocolor gearbeitet (Bild 3).
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Der HD-MAC-Empfänger

Ein HD-MAC-Empfänger wird etwa 710.000 Bildpunkte wiedergeben können, nämlich 1185 horizontal und 806 vertikal, wobei der Kell-Faktor schon eingerechnet ist. Ein HD-MAC-Empfänger wird gegenüber einem PAL-Empfänger mit seinen 160.000 Bildpunkten etwa 4,5 mal mehr bieten, wobei auch andere Zahlen in der Literatur zu finden sind. So wurde die PAL-Bildpunktzahl von den Eureka-Strategen bislang mit 120.000 angegeben.

In neueren Veröffentlichungen ist das korrigiert - mit 120.000 wird nun das NTSC-System belegt, während MAC mit 230.000 und MUSE mit 510.000 Bildpunkten wegkommt. Doch ganz so genau darf man es bei derartigen Vergleichen denn auch wohl nicht nehmen.

Längerfristig soll das Fernsehsignal den Endgeräten über einen digitalen Kanal - Glasfaser oder Satellitenstrecke - zugeführt werden.

Am Anfang könnten darüber nur bestimmte Zusatzinformationen laufen ("augmentation Channel"), der in Verbindung mit den jetzigen analogen Bildinformationen die Bildqualität nochmals verbessert.

Später - so erste Überlegungen innerhalb der Eureka-Gruppe - wären zwei derartige digitale Kanäle für HDTV-Übertragungen nötig. Erst bei entsprechend breitbandigen Übertragungsstrecken würde einer für echte HDTV-Qualität ausreichen.

Die in künftigen 900-Zeilen/100-Hertz-Geräten vorhandene digitale Technik läßt sich auch zur Rauschreduktion, Geisterbildkompensation und Bild-in-Bild-Darstellung usw. nutzen. Neben einem Bewegungsdetektor wird vor allem an ein angeliefertes DATV-Signal (Digital Assisted TV) gedacht - der Aufwand der Signalverarbeitung bliebe dann schwerpunktmäßig auf das Studio begrenzt und müßte nicht in jedem Empfänger mit einem aufwendigen Bewegungsdetektor betrieben werden.

und noch ein wenig Zukunftsmusik

Sicherlich steckt auch in der Displaytechnik noch ein großes Potential, denn ausgereizt ist das Thema keineswegs. Andere Ablenkungsarten - Sinusablenkung oder symmetrische Ablenkung - könnten die Zeilenfrequenz halbieren und die Verlustleistung deutlich reduzieren. Damit würden dann - so die Thomson-Experten - wiederum progressive 100Hz-Wiedergabe und höherzeilige Darstellungen möglich.

Denkbar auch, daß eines Tages ein 50Hz-Display flimmerfrei sein kann - in Verbindung mit Projektions- oder LCD-Techniken. Das Eureka-Projekt bietet noch großes Entwicklungspotential - es muß nur genutzt werden. Dafür ist neben Geld auch Geduld nötig.

Rainer Bücken in FERNSEH- UND KINO-TECHNIK Nr. 8/1988
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