Anfänge und Grundlagen
Wußten Sie, dass die Idee des Fernsehens so alt ist wie der analoge Film? Erste Grundlagen standen schon 1877 bereit. Beflügelt durch die ersten Experimente mit Morsetechnik und Telefon dachten die Menschen schon früh über die Bildübertragung nach.
Fotozelle- Licht in Spannungsveränderung
1873 etwa machte der Engländer Willoughby Smith die Entdeckung, dass Selen durch Lichtveränderung seinen Widerstand veränderte. Die Grundlage einer Fotozelle war gelegt.
"Le Télectroscope", der Photo-Telegraph
Schon 1877 hatte der Franzose Senlecq die Idee, Bilder oder Objekte über ein Fotozellenfeld abzutasten und an anderer Stelle durch ein Glühlämpchenfeld wiederzugeben. Jede Fotozelle wurde per Kabel mit einer Glühlampe verbunden. Dabei wurde das Abbild durch eine Linse auf die Fotozellen geworfen.
Ein cleverer Gedanke, warum hat sich das Prinzip nicht durchgesetzt?
Welch ungeheurer Aufwand das war, zeigte sich als die deutsche Firma Telefunken das Verfahren tatsächlich aufbaute. Eine Auflösung von 100 X 100 Punkten (entspricht Pixeln in der heutigen Zeit) bedeutete 10.000 Glühlämpchen und entsprechend viele Kabelverbindungen. Das Prinzip bestand aus einem System aus Sensoren, einer Übertragungsstrecke (Kabel) sowie einer Wiedergabeseite.
Hätte man ein solches System durchsetzen wollen, wäre es notwendig gewesen vom Fernsehsender aus jeweils 10.000 Kabel zu jedem einzelnen Fernsehzuschauer zu verlegen. Ein schier unmögliches Unterfangen.
Paul Nipkow und die Scheibe
Der Naturwissenschaftler der in Berlin studierte, hatte schon früh klare Vorstellungen von der Bildübertragung. Er ließ sich 1884 ein System patentieren, welches auf der Idee gründete, ein Bild nicht wie bei Senlecq gleichzeitig, sondern in Teile zerlegt und nacheinander zu übertragen. Auf diese Weise würde man statt tausender Kabelverbindungen nur eine einzige benötigen.
Er erfand eine rotierende, spiralförmig gelochte Metallscheibe (Sender), die das Bild zeilenweise abtastete und an anderer Stelle durch eine vor einer Lichtquelle rotierenden gelochten Scheibe (Empfänger) wieder abbildete. Die Nipkow-Scheibe. Wegen der fehlenden Synchronisationsmöglichkeiten waren die beiden Scheiben bei den ersten Aufbauten auf einer gemeinsamen mechanischen Achse.
Sein Verfahren nannte er „elektrisches Teleskop“, da man sich in der Wissenschaft gerne griechischer oder lateinischer Worte bediente, entsprach die deutsche Übersetzung von Teleskop (griech.) „Fern-Sehen“".
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| Übertragung von Bildinformationen mit Hilfe der Nipkow-Scheibe |
Funktion:
Bilder werden mit der rotierenden Scheibe (zunächst 30 spiralförmig angeordnete Löcher) in Hell-Dunkel Signale zeilenweise zerlegt und an anderer Stelle auf einer Projektionsfläche wieder zusammengesetzt. Die Löcher auf der Scheibe sind quadratisch gestanzt, jedes Loch ist für eine Zeile zuständig, das darunter liegende für die nächste Zeile. Durch die Rotation der Scheibe wandern die Löcher von links nach rechts und lassen nur jeweils die vom Objekt reflektierten Lichstrahlen auf eine Photozelle einfallen, die sich an der Stelle die abgetastet wird, befinden. Die Zahl der Punkte definiert die Zeilen, der Abstand der Punkte nebeneinander definiert die Bildbreite. Eine Umdrehung der Scheibe tastet ein vollständiges Bild ab.
Eine Linse bündelt die Lichtstrahlen auf eine Selenzelle. Bei hellem Licht gibt die Selenzelle einen starken, bei schwachem Licht einen schwachen Stromimpuls ab. Der wird über ein Kabel zur Empfängerseite geleitet. Da befindet sich eine Lampe, die entsprechend der Stromstöße in der Helligkeit variiert. Die rotierende Scheibe auf der Empfängerseite verteilt die Lichtpunkte (zerstreut durch einen Diffusor) wieder an die einzelnen Stellen auf eine Projektionsfläche.
Größtes technisches Problem war es, die beiden Scheiben (mehrere hundert Umdrehungen in der Minute) synchron drehen zu lassen. Bis 1940 gab es Systeme nach diesem Verfahren. Man behielt aber das Prinzip bei, zeilenweise von oben nach unten Bildinformationen in elektrische Signale zu wandeln.
Wenn die Zerlegung und der Bildaufbau mechanisch erfolgt, spricht man auch vom mechanischen Fernsehen.
Die Abtastung des Bildes erkannte man an leicht bogenförmigen Zeilen. Diese Scheibe wird heute noch bei Rastermikrospopen verwendet. Die Nipkow Scheibe fand bis Ende der 50er Jahre in einigen Videokameras Verwendung.
Weitere mechanische Ideen:
Bekannt wurde das Weiller´sche Spiegelrad, ein radförmiger Mehrkantspiegel. Jeder Spiegel erzeugt durch die Drehung eine Zeile mit Lichtpunkten. Jeder Spiegel hat gegenüber dem anderen eine etwas andere Neigung, damit er jeweils genau eine Zeile tiefer seine Lichtlinie schreibt. Eine vollständige Drehung des Spiegels bedeutet eine vollständige Abtastung eines Bildes.
Eine Person oder ein Objekt sitzt in einem dunklen Raum, der über ein drehendes Spiegelrad mit einem Lichtstrahl abgetastet wird. Das reflektierte Licht wurde von einer Fotozelle aufgenommen. (auf diese Weise arbeiteten bis vor einigen Jahren Flying Spot Abtaster; ein Lichtpunkt wurde zeilenweise über Filmbild gelenkt und auf der anderen Seite von der Fotozelle aufgenommen)
Die Spiegelschraube arbeitete mit einer Achse, an der viele Spiegel angebracht waren. Diese konnten leichter justiert werden, als beim Spiegelrad. Beide Systeme hatten neben der grundsätzlichen Abtastung per Lichtpunkt aber den Nachteil, dass sie relativ schwer und träge waren, höhere Bildfrequenzen und eine genaue Synchronisation (träge Masse) waren damit schwierig. Der Spiegelkranz löste dieses Problem dadurch, dass nur ein einziger Spiegel sich drehte und einen Lichtstrahl über einen kreisförmig angeordneten starren Kranz einzelner Spiegel reflektierte.
Kathodenstrahlröhre
Karlferdinand Braun entwickelte 1897 die "Braunsche Röhre". Dies war eine zu einem Bildschirm geformte Röhre, dessen Elektronenstrahl durch Ablenkplatten in der Richtung gelenkt werden konnte. Auf der Innenseite der Röhre war Phospor, der durch den Elektronenstrahl angeregt, Lichtpunkte erzeugte.
Durch die hohe Geschwindigkeit mit der sich der Elektronenstrahl bewegte, nahm man keine einzelnen Punkte sondern ganze Bilder wahr. Auf der Empfängerseite konnte man sich dadurch die rotierende Nipkowscheibe ersparen. Bis in das 21. Jahrhundert hinein arbeiteten unsere Monitore nach diesem Prinzip.
Glühkathoden Verstärkerröhre
Diese von Robert von Lieben entwickelte Röhre erlaubte es, einfache Linien und Schriftzeichen unter Zuhilfenahme der Braunschen Röhre zu übertragen.
Distanzierte Schattenbilder
1919 gelang es Dénes von Mihály, Schattenrisse von sich bewegenden Scheren und Zangen über ein 5 Kilometer langes Kabel zu schicken. Sein System nannte er "Telehor" und es arbeitete mit der Nipkow-Scheibe mit 30 Zeilen und 10 Bildern/Sek. Er brachte den Telehor-Volksempfänger auf den Markt, der mangels Bildqualität und wegen des fehlenden Tones keine Akzeptanz fand.
Ikonoskop
Vladimir Kosma Zworykin erfindet 1923 einen elektronischen Bildabtaster, ein Verfahren ohne rotierende Scheibe. Hierbei wird das Bild von einer fotosensiblen Speicherplatte mit dem Elektronenstrahl einer Röhre abgetastet.
Je nach photoelektrischer Ladung auf der Platte ändert sich auch der Spannungswert. Verglichen mit dem Nipkow-System waren die Ikonoskope sogar lichtempfindlicher.
Was die Braunsche Röhre auf der Wiedergabeseite revolutionierte, leistete das Ikonoskop auf der Aufnahmeseite. Gemeinsam lösten sie das mechanische Fernsehen ab.
Mechanik ade
Damit waren wichtige Grundlagen des Fernsehens erfunden. In den USA zeigt Herbert Eugene Ives 1925 ein funktionierendes Fernsehsystem. Langsam zeichnet sich ab, dass das mechanische Fernsehen keine Zukunft hat. Die Röhrenfernseher wurden immer beliebter.
Fernsehstuben
Noch sind die Geräte sehr teuer und die Zahl der Zuschauer ist klein. So wie sich die Kinos an ihren Vorläufern, den Theatern orientierten, so standen Kinos wiederum öffentlichen Räumen zum Fernsehen Pate. Diese waren Anfangs in Postämtern untergebracht. In Fernsehstuben betrachtet man ähnlich dem Kinobesuch gemeinsam mit etwa 30 bis 40 anderen Zusehern das neue Medium. Die olympischen Spiele 1936 werden bereits im Fernsehen gezeigt. Mit der Ikonoskop Kamera werden die sportlichen Wettkämpfe in 28 Berliner Fernsehstuben übertragen.
Unsensible Kameras
Die frühen Fotozellen waren für bestimmte Farben nicht empfindlich. Deshalb musste bei den Ansagerinnen und Ansagern mit klassischen Hilfsmitteln nachgeholfen werden. Da rote Lippen nicht erkennbar waren, wurden sie schwarz geschminkt, Augenlider wurden grün gemalt und die Haare mit Glanzpulver bestäubt. Weiße Kleidung war tabu, Blusen etc. wurden getönt.
1938 entwickelt Werner Flechsig eine Masken-Bildröhre, die Grundlage für die Darstellung farbiger Bilder in der Kathodenstrahlröhre.
Der zweite Weltkrieg verhinderte die weitere Verbreitung des Fernsehsystems in Deutschland, es gab schlicht keine industriellen Kapazitäten zur Herstellung des "Deutschen Einheits-Fernseh-Empfängers", kurz E1. In den USA geht die Entwicklung des Fernsehens weiter voran und bereits 1940 wird von CBS ein Farbsystem vorgestellt.
Erst 1948 erhält Deutschland wieder die Erlaubnis, Fernsehsender zu betreiben. Die Norm von 625 Zeilen und 25 B/Sek wird festgelegt. Der Durchbruch des Fernsehens in Deutschland kommt erst Anfang der 50er Jahre. Spektakuläre Übertragungen wie die Krönung der Queen Elisabeth 1953 oder die Fußballweltmeisterschaft 1954 schaffen Bedarf. Das Fernsehen hat jetzt 625 Zeilen, die Bildschirme haben etwa 35 cm Diagonale.
Farbe kommt ins Spiel
Bereits 1949 entwickelte Richard C. Webb in der RCA Labors die erste vollelektronische Farbfernsehkamera der Welt. Besonders schwierig war es, die drei Aufnahmeröhren (drei Farbauszüge) und die Bildabtastung miteinander zu verknüpfen. 1953 gab es erste experimentelle Farbübertragungen, ab 1954 Farbfernsehen in den USA.
1963 läßt sich Walter Bruch das PAL-System (Phase Alternation Line) patentieren. Im Gegensatz zum bereits existierenden NTSC- Farbverfahren, bei dem die Farbe schwankt, arbeitete PAL mit der abwechselnden Übertragung der gegenphasigen Farbinformation wodurch sich die Farbfehler, die auf dem Übertragungsweg entstanden, auskorrigierten. Das Ergebnis waren stabile Farben.
1966 bei der CCIR Vollversammlung kam es zur Entscheidung für die Farbsysteme. 59 % der Länder wählen PAL (Skandinavien, GB, D, It) und 36% für SECAM (F,Monaco, Griechenland, Osteuropa)
Großbritannien begann am 1.7.1967 mit regulären Farbsendungen in PAL. In Deutschland wurde das Farbfernsehen (ebenfalls in PAL) anlässlich der Funkausstellung in Berlin, am 25.8.19671967 durch Willy Brandts Knopfdruck eingeführt.
Ende des zwanzigsten Jahrhunderts kam dann HDTV mit einer Auflösung von 1920 X 1080, nach zunächst analogen Versuchen, die eine hohe Bandbreite erforderten, schließlich dann in digitaler Form.
