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2006 - Fragen und Antworten zu HDTV von Tom Marjanovic

Nachtrag aus 2015 - Tom Marjanovic wurde als 2" Videorecorder Experte ausgebildet und war lange Jahre bei RCA und dann bei AMPEX, darum auch hier in Deutschland sein Spitzname Mr. Ampex. Tom ist im Nov. 2014 an Krebs verstorben.

Zur Zeit sind zwei Zahlen im aller Munde: 1080 25i und 720 25p. Mit anderen Worten:

 

  • 1080 aktive Zeilen und 1920 Pixel mit 25 Vollbildern – interlaced
  • 720 aktive Zeilen und 1280 Pixel mit 25 Vollbildern – progessiv

Wo kommen diese Zahlen bzw. Standards her?

Das ist eine längere Geschichte. Wir lesen im SMPTE Journal von Juli 1998:

HDTV System Round One

HDTV System Round One Proponents Trans- mission Scanning Format Active Pixels-per-Frame
Advanced Digital HDTV (AD-HDTV) David Sarnoff Research Center, NBC, North American Philips Corp., Thomson Consumer Electronics Digital Interlaced 1248 (H) x 960 (V)*
DigiCipher 32 QAM General Instrument Corp., Massachusetts Institute of Technology Digital Interlaced 1408 (H) x 960 (V)
Narrow-MUSE NHK/Japan Broadcasting Corp. Analog Interlaced 1920 (H) x 1035 (V)+
Channel-Compatible DigiCipher (CCDC) 32 QAM General Instrument Corp., Massachusetts Institute of Technology Digital Progressive 1280 (H) x 720 (V)
Digital Spectrum Compatible HDTV (DSC) Standard Mode AT&T, Zenith Electronics Corp. Digital Progressive 1280 (H) x 720 (V)

HDTV System Round Two

HDTV System Round Two Proponents Trans- mission Scanning Format Active Pixels-per-Frame
Digital-Grand-Alliance HDTV 1080i David Sarnoff Research Center, General Instrument Corp., Massachusetts Institute of Technology, North American Philips Corp., Thomson Consumer Electronics, Zenith Electronics Corp. Digital Interlaced 1920 (H) x 1080 (V)~
Digital-Grand-Alliance HDTV 720p Same as above Digital Progressive 1280 (H) x 720 (V)

*All systems from both rounds of testing had aspect ratio of 16:9.

+Narrow-MUSE was processed internally at 1188 (H) x 650 (V).

~This yields square pixels at an aspect ratio of 16:9.

Ja, Sie haben richtig gelesen. Da sitzen Vertreter folgender Firmen an einem Tisch:

David Sarnoff Research Center, NBC, North American Philips Corp., Thomson Consumer Electronics, General Instrument Corp., Massachusetts Institute of Technology, NHK / Japan Broadcasting Corp, General Instrument Corp., North American Philips Corp., Thomson Consumer Electronics und Zenith Electronics Corp.

 

Diese Damen und Herren (angenommen, die Damen waren auch dabei), nehmen sich die Freiheit (oder Frechheit) eine "Grand Alliance" zu schmieden und einen HDTV Welt -Standard zu definieren. So weit - so gut, so lange sich keiner beschwert!

 

Allerdings, SMPTE war nicht dabei, durfte aber die Tests ausführen. Als gut befunden und abgesegnet:

 

  • SMPTE Standard 274M definiert 1920 x 1080 / 60i Parameter
  • SMPTE Standard 296M definiert 1280 x 720 / 30p Parameter
  • SMPTE Standard 295M definiert 1920 x 1080 / 50i Parameter

 

Darf man nachträglich fragen, wo war der Rest der Welt, insbesondere wo war Europa bei dieser "Grand Alliance". Oder, warum hat sich keiner beschwert?!

 

Da sich wenige oder keiner beschwerten, kamen, bevor die Tinte des SMPTE Standards getrocknet war, schon die ersten Geräte auf den Markt.

So haben viele die neuen Geräte gekauft um die Ersten zu sein und um mitreden zu können.

 

Jetzt haben wir ganze Berge von HDTV Geräten die nicht viel teuerer sind als SDTV Geräte. Einige Hersteller bieten sogar gleiche Geräte im HDTV und SDTV Ausführung für den gleichen Preis an.

 

Wo ist dann das Problem?

 

Solange es sich um kleine HDTV- Inseln oder Ü-Wagen handelt, kann man wirtschaftlich auf die neuen Geräte zurückgreifen.

Wenn aber die Infrastruktur geändert werden muss, wird es für die Rundfunkanstalten wie ARD und ZDF HDTV eine sehr teuere Angelegenheit.

 

Vielleicht ist es doch noch nicht zu spät?

 

Die ganze jetzige SD digitale Studio- und U-Wagen - Infrastruktur basiert auf der 601 Empfehlung. Der größte Teil des Programm-Materials in den Archiven ist nach dieser Norm produziert worden.

 

Wenn jetzt die einzige Alternative für die HDTV Produktion und Sendebetrieb die neuen HDTV Normen 1080i und 720p werden, müssen HDTV Studios und U-Wagen neu gebaut werden.

 

Wir haben mit HDTV noch nicht richtig begonnen und schon stellen wir die Frage:

 

Haben wir, nach diesem heftigen Vorspiel, überhaupt noch Alternativen? Oder doch?!

 

Zunächst noch einige Fragen.

Was haben die Formate 1080 25i und 720 25p gemeinsam?

 

 

  • Quadratische Pixel !

 

 

Welchen Bezug haben diese Formate zur Empfehlung CCIR 601 Rec. ?

 

 

  • Keinen !!

 

 

Angenommen, 1080 25i wird Sendestandard sein, müssen wir eine Alternative zum Standard 720 25p suchen.

 

Welche Forderungen stellen wir an einen HDTV Produktionsstandard?

 

 

  • Die neue Norm oder der Standard soll einen Bezug zur 601 Empfehlung haben.
  • Diese neue Norm soll mit progressiver Abtastung arbeiten und das in allen Phasen von Akquisition, Post-Produktion, Archivierung, Übertragung bis zur Sendung
  • Grundsätzlicher Gedanke ist die Simultansendung. Gleichzeitige Sendung, gleiches (oder sehr ähnliches) Programm über zwei Sender; ein SDTV Programm in 4:3 Format und ein HDTV (EDTV) Programm im 16:9 Format
  • Die Simultansendung verlangt zwei getrennte Sendewege mit sehr enger Koordination mit Konvertierung und Umformatierung von 4:3 zur 16:9 und umgekehrt
  • Diese Konvertierung und Umformung verlangt neue Produktionsmethoden die schon bekannt sind, aber im Laufe der Zeit in Vergessenheit geraten sind
  • Jetzige SD-Digitale Studio - und Ü-Wagen-Einrichtungen basieren auf der 601 Empfehlung.
  • Grundlage des Umbaus dieser Geräte und Systeme ist eine Erweiterung von der Empfehlung ITU (CCIR) Rec.601 zur ITU (CCIR) 601 Ext. (extended – erweitet)

 

 

 

Was ist ITU (CCIR) 601 Ext. – Extendet, Erweitert?

 

 

  • ITU (CCIR) 601 Ext. - erweitert ist schon lange bekannt, aber im Laufe der Zeit (wie vieles anderes auch) in Vergessenheit geraten. Vor kurzem konnte man einen Hinweis auf dieses Format in einem FKT Artikel – Bildformate und Pixelauflösungen – finden.

 

 

Wir lesen auf der Seite: 508 10/2005 FKT

 

SD

Progressiv: 720 x 480 non-square, 16:9, 30 und 59,94 Hz

Interlaced: 960 x 486 non-square, (601-18 MHz-525), 16:9 oder

720 x 576 non-square, (601-625), 4:3 oder 16:9 oder

720 x 486 non-square, (601-525), 4:3 oder 16:9 oder

948 x 576 non-square, (4fsc-625), 4:3 oder

768 x 486 non-square, (4fsc-525), 4:3 Seite 4

 

Vervollständigt, könnte diese Tabelle so aussehen:

 

SD

Progressiv: 720 x 480 non-square, 16:9, 30 und 59,94 HZ

960 x 576 non-square, (601 Ext. 36 MHz-625) 16:9, 50 Hz

Interlaced: 960 x 486 non-square, (601 Ext. 18 MHz-525), 16:9 - ? Hz oder

960 x 576 non-square, (601 Ext. 18 MHz-625, 16:9 25 Hz oder

720 x 576 non-square, (601-625), 4:3 oder 16:9 oder

720 x 486 non-square, (601-525), 4:3 oder 16:9 oder

948 x 576 non-square, (4fsc 625), 4:3 oder 16:9 D2-Digital PAL oder

768 x 486 non-square, (4fsc 525), 4:3 oder ? D2-Digital NTSC

Wie sieht die Dokumentation für 601 Ext. aus ?

Wir lesen in "Video Standards" von Victor Steinberg: Seite 15.

 

Wide screen 16 : 9 production and post-production in the digital domain are linked with a sampling rate compatibility problem. In 4:3 working, the use of a standard 720 samples pre digital active line (at 13.5 MHz) is sufficient to provide reasonably similar vertical and horizontal resolution. In order to maintain the same balance in 16:9 the number of samples has to be raised to 960 (at 18 MHz). Although it has no yet been formally approved, the up-data version of ITU (CCIR) Rec. 601 will allow the TV programme makers to operate with 18 MHz sampling rates. Hence the 10 years old Rec. 601 referring to 4:3 operation will be known as 601 Part A, and the new wide-screen modification as Rec. 601 Part B. There is already plenty of equipment capable of working with both sampling rates as well as switch able aspect ratio, and this will be soon come to be labelled "Rec. 601 Part A & B compliant" or "270 / 360 MHz bit-rate switchable".

Wo findet diese Aussage direkte Anwendung?

Panasonic digitale MAZ Anlage D5 könnte man umschalten zwischen 601 A & B Betrieb.

Y-Signalbandbreite 0 Hz - 5,75 MHz 0.5 dB) 0 Hz - 7,67 MHz 0.5 dB)
Cr, Cb - Signalbandbreite 0 Hz - 2,75 MHz 0.5 dB) 0 Hz - 3,67 MHz 0.5 dB)
Y Abtastfrequenz 13,5 MHz ( 10 Bit) 18 MHz ( 8 Bit)
Cr, Cb Abtastfrequenz 6,75 MHz ( 10 Bit) 9 MHz (8 Bit)
Y-Signal/Rauschabstand > 62 dB > 56 dB
Y/Cr/Cb- Pegelauflösung 10 Bit 8 Bit
Cr, Cb- Signal/Rauschabstand > 62 dB > 56 dB
2T-K-Faktor < l% < 1 %
PCM-Audiofrequenzgang 20 Hz - 20 kHz (± 0.5 dB) 20 Hz - 20 kHz (± 0.5 dB)
PCM-Audiopegelauflösung 20 Bit 20 Bit

Ein Überblick über Normen und Formate in Europa:

Wir fangen an mit 601; Erweitern zur 601 Ext.; und dann zur 601 Ext. p

. CCIR 601 CCIR 601 Ext. CCIR 601 Ext. p CCIR 709 Grand Alliance – EURO
. SD 576 25i ED 576 25i ED 567 25/50p HD 1152 25i HD 1080 25i HD 720 25p
Active Lines 576 576 576 1152 1080 720
Active Pixel 720 960 960 1920 1920 1280
Total Lines 625 625 625 1250 1125 750
Sampling: Y 13,5 MHz 18 MHz 36/72 MHz 72 MHz 74,25 MHz -
Cr / Cb 6,75 MHz 9 MHz 18/36 MHz 36 MHz 37,125 MHz -
Horiz Scan 15.625 kHz 15,625 kHz 31.250 kHz 31.250 kHz 28.125 kHz 37.500 kHz
SDI 270 Mbit/s 360 Mbit/s 0,720/1,44 Gbit/s 1,44 Gbit/s 1,485 Gbit/s  

ITU (CCIR) 601p Erweitert als TV Produktion Format.

Zurück zur FKT Zeitschrift und den Artikel: Bildformate und Pixelauflösungen:

 

Wir lesen auf der Seite: 508 10/2005 FKT

 

Filmformate und Pixelauflösungen

 

Film (Zelluloid)

 

  • Dynavision Wide Screen 3D: 2,77:1 (extrem breites Bildformat)
  • CinemaScope: 2,35:1 (sehr breites Bitdformat)
  • 70mm: 2,2:1 (deutlich breites Bildformat)
  • Super 35: 1,86:1 (etwas breiter als 1,78:1 = 16:9)
  • 35 mm Breitwand und Super16: 1,66:1 5:3 bzw. 1 5:9)
  • 35 mm normal: 1,33:1 (= 4:3)
  • 16 mm: 1,33:1 (= 4:3)

 

 

Film (digital)

 

  • D-Cinema 4k: 4096 x 2160 (= 1,9:1 - 17:9, praktisch wie Super 35, 2005:
  • erster Projektor mit Reflective-Display-Technik ähnlich LCoS-Technik)
  • D-Cinema 2k: 2048 x 1080 (=1,9:1 - 17:9, praktisch wie Super 35)
  • E-Cinema: 1400 x 1050 (=1,33:1 = 4:3, modernste DLP-Projektoren)

 

 

Für die jüngeren Kollegen, die die ersten Vorführungen von HDTV Geräten und Bilder während eines Montreux TV Symposium – vor vielen, vielen Jahren – nicht gesehen haben, sollte man einige Eindrücke erwähnen:

 

Firma SONY zeigte mit einem – sehr großen – TV Projektor wunderschöne TV Bilder. Gleich ist der Eindruck entstanden – solche TV Projektoren soll man bald in unserem Wohnzimmer haben. Wohlbemerkt, das waren die Männer die so gedacht haben, ohne nach der Meinung Ihrer Frauen zu fragen!

 

Und das war nicht der einzige Irrtum. Diese Projektoren sollten nicht in unsere Wohnzimmer, sondern in viele kleinen Kinos. Die Filme für diese kleinen Kinos sollten nicht mit vielen (teueren) Filmkopien versorgt werden, sondern mir TV Übertragung über Satelliten.

 

Heute nennt man das E-Cinema, und es wird nicht nur in kleinen Kinos sondern auch bei ganz große Kinos mit Projektoren von ganz anderen Dimensionen verwendet.

 

Und noch ein großer Irrtum. Viele Jahre haben wir mit diesem ersten HDTV-Format Filme elektronisch im TV Format produziert und dann auf Film transferiert. Heute nennt man das "Film" (digital), bzw. "D-Cinema 4k", "D-Cinema 2k" und so weiter.

 

Wir halten fest: D-Cinema Formate sind eine Sache, und HDTV ist was ganz anderes!

 

Mit anderen Worten; wenn wir beim Fernsehen einen Film zeigen wollen, wissen wir schon lange Zeit, wie wir Filme von verschieden Formaten auf Video in verschiedene Formate transferieren können; mit Farbkorrektur, Untertitel und so weiter.

 

Noch ein mal: Film-Produktion und Fernseh-Produktion haben sich getrennt entwickelt!

 

Eine These: ITU (CCIR) 601 Ext.. – mit 576 aktiven Zeilen, 960 aktive Pixel und Progressiv Scan ist eine wahre Alternative zum 1080i und 720p als TV Produktions- format;

 

Produktion Format 576 Ext. 25/50p

 

Noch ein mal zurück zur FKT Zeitschrift; Seite 498 10 / 2005 FKT

 

Wir betrachten das Bild des Verfassers Herrn Norbert Bolewski gleich zweimal,

im Original 4:3 und im neuen IFA-Look mit 16:9 Verzerrung.

 

Wir lesen weiter auf der gleichen Seite:

Zum Lachen oder zum Weinen, je nach Temperament

 

Frage an einen Standmitarbeiter eines großen deutschen Herstellers:

"Warum stellen Sie denn das 4:3-Bild verzerrt auf einem 16:9-Display dar"? Antwort:

Das muss so sein, weil unsere Auge in der Breite mehr sieht als in der Höhe. (Uuups!)

 

Verzerrtes Darstellen von 4:3-Bilder auf einem 16:9-Display war nicht ein Novum für die IFA in Berlin, sondern eine Mode, die man schon bei NAB und IBC sehen konnte.

Was besonders schädlich ist, diese Darstellung in Kaufhäusern oder Fachgeschäften zu wählen.

Methoden der 16:9 Produktionen

Erste Frage? Warum gerade 16:9 Format für TV bzw. Fernsehen?

Bei Film haben wir viele Formate, aber kein 16:9 Format!

 

Interessanter Weise ist dieses Phänomen selten beschrieben worden.

Die Erklärung:

 

Hier steht ein Bild !!!

 

Erster Gedanke ist, wie kann man aus 4:3 Beiträgen – aus Archiven bzw. Nachrichten – 16:9 Beiträge komponieren? Man braucht einen Produktionsmischer mit digitalen Effekten und einer Maske wie im oben stehenden Bild.

 

Das große Bild ist original im 4:3 Format. die anderen drei sind mit Zoom Effekt in der Größe reduziert und an die Plätze positioniert. Alle diese Bilder können statische oder bewegte Bilder sein.

 

Jetzt zunächst einige technische Hinweise:

·        Hauptausgang dieses Mischers hat 16:9, 576p Ext. Format

·        4:3 Beiträge im 576i Format müssen zuerst De-Interlacing unterzogen und in 576p transferiert werden.

·        Original 16:9, 576p Beiträge werden direkt verarbeitet.

 

So produzierte Beiträge sind im Format 576 Aktive Zeilen, 960 Aktive Pixel, 25/(50)p und können ohne große Verluste ins Format 1080 Aktive Zeilen, 1960 Aktive Pixel, 25i konvertiert werden.

 

Alternative ist, die oben beschriebene Produktion direkt senden als Format 576, 960, 25/50p.!

 

Wie oft haben wir folgende Meinung hören können:

 

Die Bildqualität in unseren Fernseh Studio ist gut genug um sie zum Endgerät zu bringen. Allerdings muss auch der Fernseh-Empfänger eine entsprechende Qualität haben.

Forderungen an Fernseh-Empfänger bzw. Bildschirm-Displays:

Es wäre ratsam, Forderungen für Empfänger und Bildschirme getrennt zu spezifizieren

Das wären entweder zwei getrennte Geräte mit definierten Verbindungen oder eine Einheit

 

Bei der Übertragung von Bild- und Ton-Signalen bzw. Daten werden verschiedene Prozesse eingesetzt. Frage ist, welcher Prozess soll im Studio bzw. Sender stattfinden und welcher im Empfänger bzw. in der Set-Box?

 

Grundsätzlich: Prozesse in Studio / Sender dürfen aufwendiger und teurer sein, weil sie nur einmal stattfinden. Prozesse im Empfänger / Set-Box müssen entsprechend preisgünstig sein.

 

Das Format 1250/50i bzw. EU95 YUV 50i (25i) ist besser bekannt als EUREKA-95 Standard oder besser gesagt das EUREKA-95 Projekt. In diesem Projekt hat die Europäische Union einige Millionen DM und andere Europäische Währungen investiert.

Neue TV Studios und Ü-Wagen sind in dieser 1250 HDTV Norm gebaut worden. Auch ein spezieller Satellit wurde in den Umlauf geschossen; die Olympischen Spiele sind damit übertragen worden.

 

Sagen die Namen MAC und HD-MAC noch was? Haben wir das alles vergessen?

Wo ist die Begeisterung geblieben mit der wir das ganze Unternehmen begleitet haben?

 

Heute wissen wir, dass die Zeit für dieses Projekt noch nicht reif war. Aber das berechtigt doch nicht zu sagen – es war alles für die "Katz".

 

Wir greifen jetzt auf diese alten Erfahrungen zurück und senden im Format 576, 960, 25p.

Ein intelligenter Empfänger – Set up Box – konvertiert in das Format 567 Zeilen 1920 Pixel 25p oder 1152 Zeilen, 1920 Pixel und 25i Bilder. ( Oder 1152 / 1920 / 25p ?! )

 

In der Zeit der Datenkompression haben wir im Studio nur halbe Menge der Daten.

Im Empfänger, mit Zeilen- und Pixeldopplung bekommen wir die "Datenexpansion".

 

Zugegeben, zur Zeit, haben wir für das Format 576 Zeilen, 960 Pixel mit 25p Vollbilder keinen Standard. Auch keine Studiogeräte wie Kameras, MAZ- Anlagen oder Mischer. Wir sprechen auch nicht für Anwendungen bei der Fußball Weltmeisterschaft, sondern für die Zeit danach.

 

Die Kameras, MAZ- Anlagen und andere Geräte die 720 Zeilen, 1280 Pixel, 25p können, können auch 657 Zeilen, 960 Pixel 25p. Wir suchen Mitstreiter für diese neue (alte) Idee. Argumente für dieses Thema sind nur teilweise angegeben. Zusätzliche Dokumentationen stehen zur Verfügung.

 

Tomislav F. Marjanovic

 

 

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