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Das Fernsehen in Deutschland bis zum Jahre 1945
(08) Die Synchronisierung

Bei jeder Fernseh-Übertragung müssen die bildabtastenden Organe auf der Geberseite und die entsprechenden bildaufbauenden Organe auf der Wiedergabeseite nicht nur absolut synchron, sondern auch konphas laufen, wenn das empfangene Bild dem Original entsprechen soll.

Bei den im Jahre 1929 gezeigten billigsten mechanischen Bildschreibgeräten wurde die rotierende Spirallochscheibe von Hand durch eine Kurbel angetrieben, wobei es allerdings selten gelang, sie länger als einige Sekunden im Gleichlauf mit dem Geber zu halten.

Oder aber die Scheibe wurde - bis zum Jahre 1931 - von einem Gleichstrom- Nebenschlußmotor mit Stromregulierung übersynchron angetrieben und der Synchronismus entweder durch eine mechanische oder eine Wirbelstrombremse [295] [296] hergestellt.

Vielfach begnügte man sich damit, die Scheibe mit dem Finger abzubremsen, weil „der Mensch sich reflexartig auf dieses Bremsen einüben" konnte [297].

1884 - Nipkow schlägt Synchronmotoren vor

Gleichlaufgenauigkeiten bis zu 10 hoch-5 ließen sich nach einem bereits 1884 von P. Nipkow gemachten Vorschlag durch Antrieb des Bildabtasters und des Bildschreibers mit Synchronmotoren in Form La Courscher Räder (Bild 54) erzielen [298], wobei man die erforderlichen intermittierenden Ströme durch Zerhacken eines lokalen Batterie-Gleichstroms mit Stimmgabel-Unterbrechern erzeugte.

Bei Bildfeldzerlegern von großem Trägheitsmoment benutzte man zum Antrieb Gleichstrommotoren, auf deren Welle ein La Coursches Rad oder - später - ein Wechselstrommotor als Synchron-Haltemotor aufgesetzt war (A. Karolus 1926/27). Vielfach wurden Synchron- und Gleichstrom-Nebenschlußmotor zu einem einzigen Antriebselement vereinigt [299] [300].

Das Wechselstromkraft- Verteilungsnetz war unzuverlässig

Wo aber Bildabtaster und Bildschreiber an „ein und dasselbe Wechselstromkraft- Verteilungsnetz angeschlossen" werden konnten, ließen sie sich nach einem Vorschlag von P. Nipkow ohne besonderen Aufwand durch Synchron-Antriebsmotoren im Gleichlauf halten [301]. Aus diesem Verfahren gingen alle Synchronisier-Methoden für mechanische Bildfeldzerleger hervor.

Der Gleichlauf erwies sich jedoch als nicht zuverlässig, weil die Grundbedingung der Frequenzgleichheit wegen der verschiedenen stromliefernden Werke nicht einmal im Gebiet von Groß-Berlin erfüllt war. Selbst in Gegenden, die aus einer Zentrale mit Wechselstrom versorgt wurden, traten durch veränderliche Belastung und wechselnden Oberwellengehalt der Netzspannung erhebliche, meist rasch wechselnde Phasenunterschiede auf.

Eine Zwischenlösung - Handregelung

Es mußte deshalb bei diesen Gleichlaufverfahren die Bildphase entsprechend den Laständerungen des Netzes von Hand durch Verschieben der modulierten Lichtquelle längs der Peripherie des Bildschreibers oder durch Verdrehen des Motor-Stators ständig nachgeregelt werden. Die Methode wurde bis zum Jahre 1932 für Bildraster von höchstens 60 Zeilen und 25 Bildwechseln/s benutzt [302].

1929 - Regelung über die Trägerfrequenz des Senders

Um beim drahtlosen Fernseh-Empfang von den nicht genügend frequenzkonstanten örtlichen Taktgebern und von den Zufälligkeiten einer Synchronisation über das Wechselstrom-Netz unabhängig zu werden, ging man bereits Ende 1929 dazu über, die Trägerfrequenz des Senders nicht nur mit dem Bildstrom, sondern auch noch mit einem für den Antrieb des Bildschreibermotors geeigneten Wechselstrom zu modulieren und diesen am Empfänger durch Siebketten wieder auszusieben.

Man nutzte vor allem die im Bildstrom stark ausgeprägte Zeilenfrequenz - verstärkt durch je einen am Anfang jeder Zeile von einem besonderen Kommutator zugesetzten Stromstoß oder durch einen Resonanzkreis in Verbindung mit einem Verstärker - entweder unmittelbar zum Antrieb des La Cour-schen Rades beim Bildschreiber aus [303], oder man ließ einen örtlichen Röhrengenerator durch die Zeilenfrequenz des Bildstpoms „mitziehen".

Synchronisierimpuls vom Filmabtaster

Den Synchronisierimpuls erzeugte man bei den anfangs vorwiegend benutzten Filmabtastern einfach dadurch, daß man am Filmrand einen schmalen glasklaren Streifen einkopierte. Das Verfahren hatte den Nachteil, daß durch senkrechte dunkle oder helle Streifen des Bildinhalts Bildkanten vorgetäuscht wurden, so daß sich dadurch die Bildlage verschob.

1930 - Synchronisierung über die Zeilenränder

Um ein vollständig stehendes Bild zu erhalten, entschloß man sich 1930, „den konstanten Teil der Zeilenfrequenz, nämlich die Zeilenränder, allein für die Synchronisierung zu benutzen". Als örtlicher Taktgeber diente hierbei ein Generator für Relaxations- und Kippschwingungen, bei dem ein Energiespeicher periodisch langsam aufgeladen und plötzlich entladen wurde. Die Entladung wurde jedesmal durch eine Bildstrom-Spitze am Zeilenänfang eingeleitet [304].

1930 - E. Hudec vom RPZ erzeugt Synchronisier-Impuls

Im Laboratorium des RPZ erzeugte E. Hudec 1930 durch eine konzentrische Schlitzreihe in der Abtastscheibe in Verbindung mit einer besonderen Projektionslampe und Photozelle zum ersten Male am Ende jeder Zeile einen kurzen, am Ende jedes Bildes einen langen Synchronisier-Impuls [305]. Die von der Zelle gelieferten Gleichlauf-Zeichen, deren Intensität größer war als die der Bildströme (Zweipegel-Verfahren), wurden mit den Bildpunktsignalen zusammen über einen einzigen Kanal dem Bildschreib-Verstärker zugeführt. Hier wurden aus dem Einkanalgemisch die Impulse durch ein Amplitudensieb vom Bildstrom getrennt und zur Steuerung „erzwungener Kippschwingungen" benutzt, die den Elektronenstrahl der Bildschreibröhre zeitproportional ablenkten [306] [307].

Auf diese Weise ergab sich zwar eine völlig starre Verkopplung von Bild- und Steuerstrom; das Verfahren arbeitete jedoch nur dann einwandfrei, wenn die Amplitude der Synchronisierzeichen mindestens doppelt so groß war wie die der Bildzeichen, so daß bei drahtloser Übertragung nur 1/4 der Senderleistung für den Bildinhalt zur Verfügung stand. Außerdem war das Verfahren sehr störungsanfällig, weil beispielsweise durch Zündfunken von Vergasermotoren leicht Synchronisierzeichen vorgetäuscht werden konnten, die dann ein völlig unbrauchbares Bild zur Folge hatten.

1931 - Ardenne nutzt einen Trick

Bei Benutzung einer Braunschen Bildschreibröhre in Verbindung mit einem ebenfalls elektronischen Filmabtaster umging M. v. Ardenne 1931 die Synchronisierschwierigkeiten im Kurzschlußbetrieb dadurch, daß er die entsprechenden Ablenkplattenpaare beider Röhren parallel schaltete [194].

Wegen der beschränkten, vermutlich auf den Versorgungsbereich eines einzigen Elektrizitätswerkes sich erstreckenden Reichweite ultrakurzer Wellen glaubte er, für den drahtlosen Empfang die Synchronisierung von Bildabtaster und Bildschreiber über das gemeinsame Netz beibehalten zu können [324].

1932 - Synchronisation über Kippschwingungen

1932 hatte sich für die elektronischen Bildschreiber allgemein das Verfahren der durch Zeilen- und Bildimpulse erzwungenen Kippschwingungen durchgesetzt. Beim drahtlosen Empfang der Fernsehbilder mußten diese Gleichlaufzeichen allerdings bis Ende 1933 - weil der erste UKW-Sender Berlin-Witzleben zunächst noch keine Synchronisierimpulse mit dem Bildstrom übertrug - örtlich durch eine Schlitzscheibe erzeugt werden, die durch einen Synchronmotor vom Wechselstromnetz angetrieben wurde. Die Steuerimpulse von 25 Hz für die Bildablenkgeräte der Empfänger entnahm man entweder unmittelbar dem Wechselstromnetz oder man erzeugte sie ebenfalls mit einer Schlitzscheibe. Dieser Aufwand war allerdings nur so lange gerechtfertigt, als es sich um vorbereitende Versuche handelte.

1933 - Einkanal-Verfahren mit „negativen Synchronisierimpulsen"

Ende 1933 ließ die DRP den UKW-Bild-Sender Witzleben probeweise auf ein von O. Schriever angegebenes Einkanal-Verfahren mit „negativen Synchronisierimpulsen" umbauen, das die Nachteile der Zweipegel-Synchronisierung vermied und seit jener Zeit bei allen deutschen Fernseh-Sendern angewandt wurde [195] [308] [309]. Der mit positiver Helligkeitsmodulation arbeitende Sender strahlte bei Bildschwarz noch einen Restträger von etwa 25% des für Bildweiß erforderlichen Antennenstroms (oder 1/16 der maximalen Leistung) aus.

Zur Gewinnung der Zeilen- und Rasterimpulse dagegen wurde der Antennenstrom für eine kürzere oder längere Zeit auf den Wert Null „ausgetastet", so daß 15/16 der Senderleistung für die Übertragung des Bildinhalts zur Verfügung standen. Der 1934 aufgestellte neue Bildsender für die 180Zeilen-Norm war von vornherein für diese drahtlose Einkanalsteuerung eingerichtet. „Dadurch war man aller früherer Schwierigkeiten der Synchronisierung enthoben, da das Synchronisiersignal völlig unabhängig vom Bildinhalt war" [310].

Auf der Empfängerseite wurden die Ablenkgeräte so gebaut, daß die Entladeröhre des Kippkondensators bereits durch den gleichgerichteten Wert des Trägers, der dem Bildwert Schwarz entsprach, verriegelt war. Die Entladung (Rücklauf) konnte nur in den Augenblicken eintreten, in denen der Sender durch die Synchronisierzeichen völlig ausgetastet war.

Endlich störungsarmes Verfahren zum Synchronisieren

Infolgedessen war der Gleichlauf nur dann gefährdet, wenn starke Einzel-Störimpulse in die Synchronisierlücken fielen oder wenn eine Dauerstörung die Entladeröhren ständig verriegelte. Da beide Störungen selten eintraten, arbeitete das Verfahren sehr störungsarm [302]. Die Synchronisierzeichen für Raster- und Zeilenwechsel unterschieden sich nur mehr durch ihre Dauer, nicht mehr durch ihre Amplitude, so daß es jetzt noch einer endgültigen Festlegung der Impulslage und -dauer bedurfte. Eine solche Normung erschien jedoch erst dann sinnvoll, wenn es gelang, auf der Empfangsseite zur Erzeugung der für die Zeilen- und Bildablenkungen erforderlichen Spannungen mit zeitproportionalem Anstieg Schaltelemente zu finden, die eine geringere Entladungsträgheit besaßen als die bis zum Jahre 1934 ausschließlich benutzten gasgefüllten Glühkathodenröhren (Thyratrons).

Es wurden deshalb 1934/35 vorwiegend im RPZ Kippschaltungen mit Hochvakuumröhren entwickelt, die aus der Multivibrator- oder Kalli-rotron-Schaltung [311] abgeleitet waren [312].

1937/1938 - Versuchsreihe verschiedener Gleichlaufverfahren

Vom November 1937 bis zum Februar 1938 führte die RPF zum Vergleich der von der DRP und der Industrie vorgeschlagenen verschiedenen Gleichlaufverfahren eine umfangreiche Versuchsreihe durch, wobei vor allem die drahtlose Übertragung 441zeiliger Bilder berücksichtigt wurde [293]. Als Testbild diente ein Schachbrett-Muster mit eingestreuten geometrischen Figuren zur Beurteilung der Auflösung.

1935 - Einführung des Zeilensprunges erfordert Präzision

Durch die Einführung des Zeilensprunges ergab sich 1935 die Notwendigkeit, das bis dahin benutzte Einkanal-Synchronisierungsverfahren exakter zu gestalten und es gegen Störungen möglichst unempfindlich zu machen. Vor allem mußte zur Vermeidung des sogenannten Paarigstehens der benachbarten Zeilen zweier aufeinanderfolgender Halbraster der Vertikalwechsel mit einer relativ zehnmal größeren Genauigkeit einsetzen als der Impuls für die Horizontalablenkung.

1938 - Sync-Methode nach D. v. Oettingen

Unter den drei von der Fernseh A.G., der Telefunken G.m.b.H. und der RPF gemachten Vorschlägen wurde auf Grund eines von der DRP durchgeführten viermonatigen Versuchs die von D. v. Oettingen empfohlene Methode mit geringfügigen Änderungen angenommen. Bild 55 zeigt die 1938 für den damaligen deutschen Fernseh-Rundfunk als Gleichlaufzeichen endgültig eingeführte Impulsfolge [313].

Den Schwarzwert des Bildes hatte man auf 30% der maximalen Trägeramplitude (Bildweiß) festgelegt, um auch bei ungünstigen Empfangsverhältnissen eine sichere Wirkung der Synchronisierung zu erzielen. Die Dauer des Zeilen-Gleichlaufzeichens und des Zeilenrücklaufs betrug 10% einer Zeilenperiode. Für den Rücklauf des Kathodenstrahls beim Rasterwechsel war im Hinblick auf die großen Zeitkonstanten der für die niedrige Rasterfrequenz erforderlichen Schaltkreise die Dauer von 11 Zeilen (= 5% der Rasterperiode) oder rund 1 Millisekunde vorgesehen.

Für die Dauer der Raster-Gleichlaufzeichen galt die Forderung, daß zur Vermeidung von Einschwingvorgängen die periodische Aufeinanderfolge der Zeilen-Synchronisierimpulse nicht unterbrochen werden durfte. Sie wurde deshalb auf 35% einer Zeilenperiode festgelegt. Die in der letzten deutschen Fernseh-Norm vor 1945 vorgesehenen Rücklaufzeiten gestatteten, 85,5% der zur Verfügung stehenden Zeit für die Bildübertragung auszunutzen.

Hier noch ein paar Feinheiten zum Sync

Um die für das Zeilensprungverfahren erforderliche völlige Kongruenz der Rasterimpulse für den gerad- und den ungeradzahligen Raster zu erreichen, tastete man nach dem Rasterimpuls der geradzahligen Raster noch einen Halbzeilenimpuls (Trabanten) ein. Außerdem gab man vor Beginn jedes Zeilen-Gleichlaufzeichens für die Dauer von 1% der Zeilenperiode ein Vorsignal in Gestalt des Schwarzwertes, um den Zeitpunkt des Zeilenimpulseinsatzes auf jeden Fall unabhängig vom Bildinhalt zu machen [314].

1939 - Der zentrale elektronische Taktgeber im Studio

Sämtliche Impulse wurden in einer zentralen Taktgeber-Anlage des Studios aus der doppelten Zeilenfrequenz von 22.050Hz durch Frequenzteilung im Verhältnis 1:2; 1:3 und 1:7 in einer Reihe von hintereinander geschalteten, synchronisierten Generatoren für Ströme von nichtsinusförmiger Kurvenform erzeugt, die nach dem Multivibrator-Prinzip arbeiteten. Die auf diese Weise gewonnene Rasterfrequenz von 50 Hz (für 25 gerad- und 25 ungeradzahlige Teilraster) wurde zur Vermeidung wandernder, durch Restwelligkeiten der Speisespannungen verursachter Bildstörungen ständig mit der Netzfrequenz verglichen.

Die aus diesem Vergleich gewonnene Regelspannung korrigierte die Frequenz des 22.050Hz-Muttergenerators. Die Anlage lieferte nicht nur die Impulse für den Zeilen- und Rasterwechsel, sondern auch noch die zur Unterdrückung der Zeilenrückläufe erforderlichen, auf den Schwarzwert herunterregelnden Austastimpulse für den Kathodenstrahl [315].

1939 - Fernseh-G.m.b.H. entwickelt mechanischen Taktgeber

Neben diesem elektronischen Taktgeber gab es noch eine 1939 von der Fernseh-G.m.b.H. entwickelte mechanische Ausführungform: Eine von einem Synchronmotor angetriebene Scheibe enthielt auf 3 Radien einmal 441 Schlitze für die Zeilenimpulse, ferner zweimal einen Schlitz für die Raster-Gleichlaufzeichen und einen dritten Schlitz für den „Trabanten".

Die von diesen Öffnungen erzeugten Unterbrechungen eines Lichtstrahls lieferten bei Ausmittlung des mechanischen Teilungsfehlers durch Integration über einen Steilheitsverstärker einen exakten zeitlichen Einsatz des Impulses von 2.10 hoch-7 Sekunde oder etwa 1/10 Bildpunkt bei absolut phasenstarrer Kopplung von Netzfrequenz, Raster- und Zeilenimpulsen [316]. Der mechanische Taktgeber wurde als leicht tragbare Einheit vor allem für Außen-Übertragungen benutzt [317].

1940/41 - Eine Reihe wenig störanfälliger Synchronisierverfahren

Für die während des Krieges entwickelten ortsbeweglichen Fernseh-Anlagen, bei denen mit starken Schwankungen der Empfangs-Feldstärke gerechnet werden mußte, entwickelte die Fernseh-G.m.b.H. in den Jahren 1940/41 eine Reihe besonders wenig störanfälliger Synchronisierverfahren:

  • 1. Möglichst genau übereinstimmende, thermostatisch geregelte Steuerquarze erzeugten auf der Sender- und Empfängerseite die Zeilenfrequenz. Nach einem phasengleichen Lauf von einigen Minuten mußten Frequenz und Phase von Hand nachgeregelt werden.
  • 2. Die Träger-Frequenz eines vorhandenen Senders (z. B. eines Rundfunk-Senders) wurde auf der Fernsehsende- und -empfangsseite aufgenommen und - nach Frequenzteilung - als Mutterfrequenz zur Steuerung der Zeilenkippgeräte und nach weiterem Frequenzabbau zur Erzeugung der Rasterfrequenz benutzt. Bei ortsbeweglichen Anlagen mußten die Laufzeitunterschiede zwischen Bildsignalen und Synchronisiersignalen von Hand nachgeregelt werden.
  • 3. Sender und Empfänger erhielten je einen Generator zur Erzeugung der Zeilenfrequenz, von denen der Generator auf der Empfangsseite von den vom Sender übertragenen Impulsen durch Mitnahme synchronisiert wurde. Die Rasterfrequenz ergab sich aus der so gewonnenen Zeilenfrequenz durch weitere Teilung. Bei Verwendung temperaturkompensierter Kreise ließ sich zwischen -10° und +70°C eine Frequenzstabilität von 10 hoch-3 erreichen. Das Verfahren lieferte auch bei starken Störungen und Reflexionen, wenn das Bild schon unkenntlich wurde, noch eine stabile Synchronisierung.

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