Schwarz-Weiß-Fernsehen

Bis die auch heute noch teilweise gültigen Fernsehstandards entstanden, experimentierten viele Erfinder, häufig unabhängig voneinander, mit den Komponenten und Systemen, die für die Aufnahme, Übertragung und Wiedergabe von bewegten Bildern notwendig waren. Im Folgenden soll es um die Erfindungen und Systeme gehen, die sich dann auch tatsächlich durchsetzten, sowie um deren Hauptkonkurrenten, und zwar beim Schwarz-Weiß-Fernsehen.


Grundsätzlich gibt es zwei unterschiedliche Verfahren zur Fernsehübertragung: das mechanische und das elektronische. Das mechanische wurde zwar zuerst entwickelt, wurde aber nur in den Anfangsjahren regelmäßiger Sendungen teilweise genutzt.
Vor dem Zweiten Weltkrieg kochte jedes Land, das regelmäßige Fernsehausstrahlungen bot, sein eigenes Süppchen: Deutschland, Großbritannien, Frankreich und die USA verwendeten jeweils ein eigenes System; während des Krieges wurde das Programm entweder ganz eingestellt oder stark eingeschränkt.
In Europa benutzten dann nach dem Krieg Großbritannien und Frankreich ein jeweils anderes Verfahren als der Rest des Kontinents.
Erst mit Einführung des Farbfernsehens wurde die Spaltung zwischen Großbritannien und Kontinentaleuropa aufgegeben, es setzte sich allerdings abermals Frankreich, diesmal zusammen mit der UdSSR sowie dem Ostblock, mit einem eigenen System ab. Die USA hatten, wie auch schon beim Schwarz-Weiß-Fernsehen, ohnehin ein eigenes System.


Nipkow-Scheibe
Paul Nipkow erfand am 24. Dezember 1883 in Deutschland die Nipkow-Scheibe, im Januar 1884 bekam er das Patent dafür. Sie machte mechanische Bildaufnahme und -wiedergabe möglich.
Das Prinzip: Auf einer rotierenden Scheibe befinden sich, spiralförmig von außen nach innen, in einem regelmäßigen Abstand angeordnete Löcher. Zur Aufnahme eines Bildes wird zwischen dem aufzunehmenden Gegenstand und der Scheibe eine Linse platziert. Auf der anderen Seite der Scheibe befindet sich eine Photozelle. Dreht sich nun die Scheibe, so bewegt sich zunächst das Loch am äußeren Rand der Scheibe, durch die Linse gesehen, horizontal von links nach rechts, dann das nächste Loch ein wenig weiter innen, also durch die Linse gesehen eine Zeile tiefer, usw. Je nachdem, wie viel Licht vom Gegenstand für jede dieser Linien reflektiert wird, erzeugt die Photozelle mehr oder weniger Spannung. Mit einer zweiten Scheibe lässt sich das Bild dann wiedergeben, indem die Spannung wieder in Licht umgewandelt wird, das durch die Löcher der rotierenden Scheibe scheint.
Nipkow selbst brachte seine Erfindung allerdings nicht zur Anwendungsreife. Andere entwickelten jedoch mechanische Systeme, die darauf basierten. Für die breite Öffentlichkeit wurde damit erst 1928 auf der Funkausstellung in Berlin ein 30-Zeilen-Bild übertragen. Die Nipkow-Scheiben-Systeme setzten sich aber letztlich nicht durch, sehr wohl jedoch das Prinzip der zeilenweisen Bildaufnahme und -wiedergabe.

Braunsche Röhre
Einen anderen Ausgangspunkt hat die elektronische Fernsehtechnik.
Ferdinand von Braun stellte am 15. Februar 1897 die Braunsche Röhre vor. Sie wird auch Bildröhre, Elektronenstrahlröhre oder Kathodenstrahlröhre (auf Englisch Cathode Ray Tube, CRT) genannt. Sie machte elektronische Bildwiedergabe möglich, später auch Bildaufnahme.
Die Braunsche Röhre ist ein Kolben, der an seinem breiten Ende mit einer Leuchtstoffbeschichtung ausgestattet ist. Diese Beschichtung gibt dort Licht ab, wo sie von einem Elektronenstrahl getroffen wird, der vom schmalen Ende kommt. Durch Bewegung des Elektronenstrahls lässt sich auf der beschichteten Fläche ein Bild erzeugen, da die Beschichtung kurzzeitig nachleuchtet, nachdem sie getroffen wurde.
Bis die Braunsche Röhre auch tatsächlich zur Bilddarstellung benutzt wurde, sollten jedoch noch etliche Jahre vergehen. Erst 1906 gaben Brauns Assistent Max Dieckmann sowie Gustav Glage damit ein Standbild mit 20 Zeilen wieder, aufgenommen mit einer Variante der Nipkow-Scheibe. Alle mit Röhren arbeitenden elektronischen Fernsehsysteme basieren auf der Braunschen Röhre.

Iconoscope und Image Dissector Tube
Vladimir Zworykin stellte am 26. Juni 1933 in den USA das sogenannte Iconoscope vor, eine elektronische Kameraröhre. Das Iconoscope war das zweite wichtige Element für elektronisches Fernsehen. Ein Patent für einen Vorläufer davon beantragte Zworykin bereits 1923. Auch entwickelte er eine eigene Bildröhre, Kinescope genannt.
Es handelt sich beim Iconoscope um eine Variante der Braunschen Röhre, an deren breitem Ende sich statt einer Leuchtstoffbeschichtung eine photoelektrische Schicht befindet. Diese wird von einem Elektronenstrahl abgetastet, um die Veränderungen des Signals, das die Beschichtung je nach Stärke des Lichteinfalls abgibt, wahrzunehmen und zu übertragen. Trifft mehr Licht auf eine Stelle, ist das Signal stärker, trifft weniger auf sie, schwächer. Bis Mitte der 1980er-Jahre arbeiteten alle elektronischen Fernsehkameras nach diesem Prinzip.

Philo Farnsworth entwickelte ebenfalls in den USA eine Kamera, namens Image Dissector Tube (IDT, Bildzerlegungsröhre), und eine Bildröhre, die gleichfalls ein System zur elektronischen Fernsehübertragung bildeten. Auch sie basierten auf der Braunschen Röhre. Am 7. Januar 1927 meldete er sie zum Patent an.

Zeilensprung
1929 wurde von der 1919 in den USA gegründeten RCA (Radio Corporation of America) das sogenannte Zeilensprungverfahren (engl. interlaced scanning) bei der Bildübertragung eingeführt, wegen der dabei geringeren nötigen Übertragungsbandbreite sowie der kurzen Nachleuchtzeit des Phosphors in der Kathodenstrahlröhre. Statt jede Zeile eines Bildes nacheinander zu übertragen, wird jedes Bild in zwei Halbbilder aufgeteilt: Im ersten werden nur die ungeraden Zeilen übertragen, im zweiten nur die geraden. Man braucht dadurch nur halb soviel Übertragungsbandbreite, und die Beschichtung der Bildröhre muss nur halb so lange nachleuchten. Alle analogen elektronischen Fernsehübertragungen (bis auf einige in der Anfangszeit) arbeiten nach dem Zeilensprung-Prinzip, digitale teilweise auch.


Die Anzahl der möglichen Zeilen, die die im Folgenden erwähnten Systeme übertragen können, entspricht nicht der Anzahl der auch tatsächlich sichtbaren Bildzeilen. Diese ist stets geringer, da etliche der Zeilen für andere Zwecke als die Bilddarstellung verwendet werden.

Deutschland
In Deutschland fanden die ersten regelmäßigen Fernsehausstrahlungen seit dem 22. März 1935 statt. Bildaufnahme und Wiedergabe arbeiteten teilweise noch mechanisch, teilweise schon elektronisch. Es konnten 25 Vollbilder pro Sekunde (25 Hz) mit 180 Zeilen übertragen werden. Wer keinen Fernseher hatte, konnte das Programm ab dem 9. April 1935 in öffentlichen Fernsehstuben verfolgen. Der Sender erhielt den Namen Paul Nipkow. Die eröffnenden Worte „… in dieser Stunde wird der Rundfunk berufen, die größte und heiligste Mission zu erfüllen: nun das Bild des Führers unverlöschlich in alle deutsche Herzen zu pflanzen …“ waren Programm, die Nationalsozialisten nutzten die Ausstrahlungen für ihre Zwecke. Empfangen wurden die Sendungen in und um Berlin.
1938 wurde auf ein komplett elektronisches System für Aufnahme und Wiedergabe umgestellt, die Bilder hatten 441 Zeilen, und sie wurden nun in 50 Halbbildern pro Sekunde ausgestrahlt (50 Hz), das Bildformat betrug 5:4.
Mit Kriegsbeginn am 1. September 1939 wurde der Betrieb zunächst eingestellt, jedoch schon im November wieder regulär aufgenommen. Ab 1941 wurde das Programm auch in Lazaretten empfangen, ab dem Frühjahr 1943 ausschließlich dort. Am 21. Juni 1944 wurde der Betrieb dann endgültig aufgegeben.

Großbritannien
1922 wurde die BBC (British Broadcasting Company) gegründet, 1927 wurde sie zur British Broadcasting Corporation unter königlicher Charter.
John Logie Baird experimentierte seit 1923 mit der Nipkow-Scheibe, 1935 hatte er ein System entwickelt, das damit 25 Vollbilder pro Sekunde (25 Hz) mit jeweils 240 Zeilen übertrug, in 4:3. Es konnte allerdings nur zuvor auf Film Aufgenommenes abfilmen, und somit keine Livebilder produzieren.
1932 stellte EMI (Electrical and Musical Industries) ein komplett elektronisches System vor, unabhängig von den Systemen Zworykins und Farnsworths unter der Leitung von Isaac Shoenberg entwickelt. 1936 konnte das System – inzwischen als Marconi-EMI-System bekannt – 405 Zeilen übertragen, und, im Gegensatz zu Bairds System, auch Livebilder. Die Bilder wurden als Halbbilder übertragen, 50 Stück pro Sekunde (50 Hz), Bildformat 5:4.
Vom 2. November 1936 bis zum 5. Februar 1937 wurden von der BBC Testausstrahlungen veranstaltet, um eine Entscheidung für Bairds oder EMIs System zu treffen. Bairds System arbeitete teilweise noch mit mechanischer Aufnahme. Die Fernseher hatten eine Braunsche Röhre, und sie konnten Sendungen in beiden Systemen empfangen. EMI gewann.
Bis zum Ausbruch des Zweiten Weltkriegs am 1. September 1939 wurden in Großbritannien nun regelmäßiges Fernsehprogramm ausgestrahlt, empfangen wurde es in und um London. Dann wurde die Ausstrahlung eingestellt.

Frankreich
Am 26. April 1935 fand die erste offizielle Fernsehausstrahlung statt, zunächst noch halbelektronisch mit 60 Zeilen und 25 Vollbildern pro Sekunde (25 Hz.).
Seit Dezember 1935 wurde vollelektronisch mit 180 Zeilen gesendet, vom Eiffelturm aus. Am 14. Juli 1938 wurde ein System mit 455 Zeilen in 50 Halbbildern (50 Hz) zum Standard erklärt, Bildformat 5:4.
Alle Systeme wurden von René Barthélémy erdacht. Zu empfangen war das Programm in und um Paris.
Mit Beginn des Krieges im September 1939 wurden die Ausstrahlungen eingestellt, der Sender auf dem Eiffelturm funktionsunfähig gemacht, damit er nicht den Deutschen in die Hände fiele.
Unter deutscher Besatzung wurde ein Sender eröffnet, der das deutsche System mit 441 Zeilen verwendete, hauptsächlich zur Betreuung verwundeter deutscher Soldaten. Er sendete vom 7. Mai 1943 bis zum 16. August 1944.

USA
Während der Weltausstellung in New York begann NBC (National Broadcasting Company, sie gehörte RCA) am 30. April 1939 die öffentliche Fernsehausstrahlung in den USA, beschränkt auf New York. RCA hatte sich die Dienste von Zworykin gesichert, griff jedoch auch auf Entwicklungen von Farnsworth zurück; nach etlichen gerichtlichen Auseinandersetzungen bezahlten sie diesen auch dafür. Es wurde ein System mit 441 Zeilen verwendet, in 60 Halbbildern pro Sekunde (60 Hz), Bildformat 4:3.
1940 gründete die FCC (Federal Communications Commission) das NTSC (National Television System Committee). Es verabschiedete einen Standard, bei dem Bilder mit 525 Zeilen (486 sichtbar) in 60 Halbbildern pro Sekunde (60 Hz) übertragen wurden, Bildformat 4:3.
Am 1. Juli 1941 autorisierte die FCC die kommerzielle Fernsehausstrahlung mit diesem System (im Gegensatz zu Europa wurde das Fernsehen in den USA von Anfang an von kommerziellen Anbietern betrieben), neben NBC fing auch CBS (Columbia Broadcasting System) an zu senden. Zu empfangen waren die Programme in und um New York. Die regelmäßigen Ausstrahlungen von längerer Dauer währten jedoch auch in den USA nur kurz, bis zum 7. Dezember 1941, dem Tag des Kriegseintritts der USA aufgrund des japanischen Angriffs auf Pearl Harbor.

Ãœbertragung des Signals
Ãœbertragen wurde das Fernsehsignal bei allen diesen Systemen auf die folgende Weise:
Für die Helligkeit wurde die Amplitude eines Helligkeitsträgers (d.h. einer elektromagnetischen Welle, nämlich einer Radiowelle) mit dem Helligkeitssignal der Kamera moduliert.
Bei der Modulation wird eine Eigenschaft der Radiowelle, z.B. ihre Amplitude, verändert. Die Amplitude der Radiowelle ist ihr maximale Abstand von der Ruhelage (ihre sogenannte Auslenkung), sozusagen ihre Größe. Wird eine hohe Helligkeit übertragen, ist die Auslenkung der Schwingung groß; wird eine niedrige Helligkeit übertragen, ist die Auslenkung klein. Das sieht dann z.B. so aus:


Große Auslenkung


Kleine Auslenkung


Große und kleine Auslenkungen

Frankreich
Nach dem Ende der deutschen Besatzung sendete das französische Fernsehen wieder in Eigenregie, weiterhin im 441-Zeilen-Standard.
Am 20. November 1948 wurde per Regierungsdekret beschlossen, parallel zum 441-Zeilen-Fernsehen ein System mit 819 Zeilen und ebenfalls 50 Hz, entwickelt von Henri de France, zu verwenden. Ausstrahlungen in diesem System begannen am 15. November 1949. Am 2. Januar 1956 brannte der 441-Zeilen-Sender ab, von da an wurde nur noch in 819 Zeilen ausgestrahlt.

Großbritannien
In Großbritannien wurde die reguläre Ausstrahlung des Fernsehprogramms am 7. Juni 1946 wieder aufgenommen. Im schwarz-weißen 405-Zeilen-System wurden bis zum 3. Januar 1985 Sendungen ausgestrahlt, ab dem 3. April 1950 in 4:3. BBC 2 sendete seit dem 20. April 1964, und zwar ausschließlich in 625 Zeilen (576 sichtbar) mit 50 Hz, im Bildformat 4:3.

USA
Auch in den USA fing die regelmäßige Ausstrahlung wieder 1946 an, am 15. August begann als erstes das DuMont-Network zu senden.

UdSSR
Die ersten regelmäßigen Ausstrahlungen in einem 625-Zeilen-System (576 sichtbar) in 50 Halbbildern pro Sekunde (50 Hz), Bildformat 4:3, fanden ab dem 16.6.1949 in der UdSSR statt. Diese Parameter breiteten sich letztendlich über ganz Europa aus, in Frankreich allerdings erst mit der Einführung des Farbfernsehens.

Deutschland
In Deutschland wurde ab dem 25. Dezember 1952 wieder ein regelmäßiges Fernsehprogramm ausgestrahlt, ebenfalls mit 625 Zeilen (576 sichtbar) in 50 Halbbildern pro Sekunde (50 Hz), Bildformat 4:3, der sogenannten Gerber-Norm (nach dem für die Koordination der Länder, die sich auf diese Norm einigten, verantwortlichen Walter Gerber; diese Norm unterschied sich in einigen Aspekten leicht von der in der UdSSR verwendeten). Der erste ausstrahlende Sender war der Nordwestdeutsche Rundfunk (NWDR).


Die wesentlichen Bestandteile des Röhrenfernsehers sind der Schirm und die Elektronenkanone. In letzterer wird eine Kathode erhitzt und sendet so Elektronen aus, die, zu einem Strahl gebündelt, zu einer Anode gelangen. Dort wird der Strahl in Richtung des Schirms beschleunigt, welcher eine Leuchtschicht hat. Der Elektronenstrahl wird durch elektrische bzw. magnetische Felder horizontal bzw. vertikal abgelenkt, er bewegt sich dadurch zeilenweise über den Leuchtschirm, von oben nach unten. Wo er den Schirm trifft, leuchtet dieser; umso heller, je stärker der Elektronenstrahl ist. Da die Beschichtung eine kurze Zeit nachleuchtet, und durch die Beschaffenheit der menschlichen optischen Wahrnehmung, fügen sich die einzelnen Zeilen für den Betrachter zu einem Bild zusammen.