digitales Fernsehen: Neue Generation der Signalverarbeitung
Um den immer größer werdenden Anforderungen in der Fernsehtechnik gerecht zu werden, wurde das Konzept der digitalen Signalverarbeitung in Fernsehempfängern entwickelt. Das von einer Videokamera analog aufgenommene Bild wird von einem Encoder (Kodierer) in digitale Signale umgewandelt, mit mehreren anderen zu einem Multiplex zusammengefasst und dann über die Sendestation zum Satelliten gesendet. Der nachgeschaltete digitale Empfänger (Decoder oder Set-Top-Box) dekodiert die Signale, sodass sie für ein normales Fernsehgerät darstellbar sind.
Digitale Signale sind weniger störungsanfällig gegen äußere Einflüsse als analoge Signale und man erreicht gleichzeitig eine wesentlich höhere Übertragungskapazität. Mit der Umsetzung der Bilder und Töne in digitale Signale können auf jedem Kanal mehrere Programme bei gleicher Qualität übertragen werden. Dadurch ergibt sich jedoch ein größerer Datenstrom, als beim Digitalfernsehen über Satellit eigentlich übertragen werden kann.Die Daten müssen deshalb mithilfe aufwendiger mathematischer Kompressionsverfahren deutlich in ihrer Menge reduziert werden, wobei der Zuschauer weder optisch noch akustisch von diesem Datenverlust merken darf.
Verfahren zur Datenkompression
Die grundlegenden Datenkompressionsverfahren wurden von einer weltweit tätigen Normungsorganisation (MPEG-2, moving pictures expert group) entwickelt. Bei der Redundanzkompression werden durch effiziente Kodierung Daten eingespart, ohne dass Informationen verloren gehen. So wird z. B. statt zehn einzelner Nullen hintereinander die kodierte Information »10 × 0« übertragen. Durch die Irrelevanzkompression werden Informationen weggelassen, die sich auf die Wahrnehmung des Zuschauers nicht auswirken (z. B. nicht hörbare Anteile des Hörspektrums). Das Fernsehbild wird in kleine Kästchen von je 8 × 8 Bildpunkten eingeteilt und einer mathematischen Umformung unterzogen. Dadurch werden diejenigen Anteile weggelassen, deren Einfluss bei der Wahrnehmung nur gering ist. Bei aufeinander folgenden Bildern werden nur die Änderungen, nicht die kompletten Bildinhalte übertragen, was v. a. bei Sendungen mit wenig Bewegung, z. B. Fernsehdiskussionen, zweckmäßig ist. Zwischen diesen abgeleiteten (prädizierten) Bildern werden immer wieder einzelne Vollbilder übertragen. So erhält der Decoder nach dem Einschalten des betreffenden Senders hinreichend schnell eine Rechenbasis, um dann die folgenden prädizierten Bilder entschlüsseln zu können. Zusätzlich findet eine statistische Analyse statt, mit der häufiger auftretende Datenmuster durch kürzere Kodierungen dargestellt werden als seltenere Muster (Hoffmann-Codierung).
Das 16:9-Bildformat
Durch die Digitalisierung wird auch das hochauflösende Fernsehen (HDTV, englisch high definition television) im 16:9-Bildformat möglich, das der menschlichen Sichtweite am besten angepasst ist. Das HDTV baut seine Bilder mit 1125 oder 1250 Zeilen auf, ist also wesentlich schärfer als das herkömmliche Fernsehen mit nur 625 Bildzeilen. Eine Komprimierung der Signale ist auch hier notwendig, damit breitbandige HDTV-Signale auch in den bestehenden Fernsehkanälen übertragen werden können. Das normale 4:3-Fernsehbild im herkömmlichen PAL-System lässt sich nicht ohne weiteres auf das 16:9-Format umsetzen, da die Bildzeilen lediglich vergrößert werden, was allerdings zu einer schlechten Bildqualität führt. Das PALplus, als Erweiterung zu PAL, ist kompatibel zur noch vorhandenen analogen Fernsehwelt, es kann problemlos über Kabel, Satellit und Antenne empfangen werden und erfüllt die wichtigen Parameter der 16:9-Bildformate. Es bietet eine höhere Auflösung der Bildwiedergabe und führt zu klaren und scharfen Bildern.
Nach der 16:9-Kameraaufnahme werden die Bilder zum PALplus-Encoder des Senders gebracht, der das 16:9-Bild in ein Breitwandbild mit schwarzen Balken oben und unten umwandelt. Gleichzeitig werden die Zusatzinformationen für eine bessere Bildqualität von PALplus in den unsichtbaren Zeilen (schwarze Balken) als »Helper« versteckt und ausgestrahlt. Aus dem komprimierten 16:9-Bild wird ein Breitwandbild in PALplus, das sich auf jedem normalen Fernseher anschauen lässt. Der PALplus-Decoder errechnet aus dem sichtbaren Bild wieder ein komprimiertes 16:9-Bild, das auf 16:9-Fernsehern mit Breitbildröhren formatfüllend angezeigt wird.
Zukunftsaussichten
Die Digitalisierung macht Programmanwendungen möglich, die weit über das eigentliche Fernsehen hinausgehen. Durch neue Spartenprogramme, aber auch interaktive Anwendungen, z. B. Einkaufen am Bildschirm, wandelt sich das Fernsehen vom reinen Anbieter zum aktiven Dienstleister. Längerfristig ist geplant, die Möglichkeiten des Fernsehens mit denen der vernetzten Computer zu verbinden.