PAL und NTSC

Normen

Es existieren folgende Fernsehnormen:

Norm A B, C, G, H D, K, L E F I M N
Zeilenzahl 405 625 625 819 819 625 525 625
Framerate 25fps 25fps 25fps 25fps 25fps 25fps 29,97fps 25fps
Videobandbreite 3MHz 5MHz 6MHz 10MHz 5MHz 5,5MHz 4,2MHz 4,2MHz

Die Norm A ist die englische Nachkriegsnorm und seit 1985 außer Betrieb. Norm E ist die französische Nachkriegsnorm, seit 1986 außer Betrieb, Norm F ist die belgische Abwandlung dazu.

Es haben sich im Grundsatz 2 verschiedene Normen durchgesetzt: Norm M mit NTSC-Farbkodierung und PAL auf Normen mit 625 Zeilen und 25fps. Eine Ausnahme bildet lediglich Brasilien mit PAL auf Norm M. Daher werde ich von hier an nur noch kurz von NTSC und PAL reden. Beide Systeme haben eine feste Anzahl an Zeilen. Der Elektronenstrahl im Röhrenfernseher schreibt das Bild Zeile für Zeile auf den Bildschirm. Allerdings werden nicht alle Zeilen für die Übertragung von Bildinformationen genutzt. Bei PAL werden je Halbbild 25 Zeilen für die Rückführung des Elektronenstrahls nach oben verwendet. Es bleiben von den 625 also nur noch 574 und 2 halbe Zeilen mit Bildinformation übrig, 287,5 Zeilen für jedes Halbbild. Das 1. Halbbild beginnt dabei mit einer halben Zeile, das 2. endet mit einer halben Zeile.

Zeilenstruktur

Helligkeitsauflösung

Die "Bildpunkte" haben in der analogen Welt keine feste Breite. Die Intensität des Elektronenstrahls ist entsprechend der Bildhelligkeit am jeweiligen Punkt größer oder kleiner. Das Intensitätssignal hat in Deutschland (PAL B/G) eine maximale Frequenz von 5MHz. Um diese 5MHz in eine Horizontalauflösung umzurechnen, müssen wir zuerst ausrechnen wie lange eine Zeile dauert. Bei 25 Bildern pro Sekunde dauert ein Bild 1/25 s = 40ms. 40ms / 625 Zeilen = 64μs. Eine Zeile dauert bei PAL also genau 64μs. Auf dem Weg von links nach rechts wird die Bildinformation auf die phosphoreszierende Schicht auf der Bildröhre gezeichnet. Dieser Weg wird als die aktive Zeile bezeichnet. Um zurück nach links zur Ausgangsposition der nächsten Zeile zu gelangen, wird allerdings auch Zeit benötigt. Diese Zeit beträgt genau 12μs. Für das Zeichnen der Bildinformationen einer Zeile (aktive Zeile) stehen also genau 52μs zur Verfügung. 52μs * 5MHz = 260 Perioden pro aktiver Zeile. Da eine Periode einer Sinusschwingung einen hellen und einen dunklen Punkt darstellen kann, ergibt sich für die Horizontalauflösung ein theoretischer Maximalwert von 2 * 260 = 520 Bildpunkten.

Analoges PAL hat somit eine Auflösung von 520x575 Bildpunkten bei einem Bildseitenverhältnis von exakt 4:3.

Für NTSC sieht die Rechnung genauso aus, nur mit anderen Werten. NTSC hat 525 Zeilen, 485 davon mit Bildinformation. Ein Bild dauert 1/29,97 s, was rund 33ms entspricht. Eine ganze Zeile dauert 33ms / 525 Zeilen = rund 63,5μs. Davon werden bei NTSC etwa 11,5μs für den Zeilenrücklauf nach links verwendet, so dass für die Bildinformation (aktive Zeile) wieder exakt 52μs übrigbleiben. NTSC hat eine maximale Modulationsfrequenz von 4,2MHz, was zu 2 * 52μs * 4,2MHz = knapp 437 Bildpunkten maximaler theoretischer Horizontalauflösung führt.

Analoges NTSC hat somit eine Auflösung von 437x485 Bildpunkten, ebenso wie PAL bei einem Bildseitenverhältnis von exakt 4:3.

Farbauflösung

Bis jetzt haben wir nur über das s/w-Bild geredet. PAL und NTSC bezeichnen aber eigentlich nur jeweils ein Farbcodierverfahren, das zur Abwärtskompatibilität zu s/w-Fernsehern 2 Farbdifferenzsignale mit überträgt. Die dritte Grundfarbe entsteht dabei automatisch durch Überlagerung der 3 Kanäle (s/w, Farbdifferenz 1 und Farbdifferenz 2). Ich möchte hier nicht genauer auf die Eigenheiten der Codierung eingehen, da das für die digitale Videobearbeitung irrelevant ist. Wichtig zu wissen ist allerdings, dass unser Auge eine geringere Farbauflösungsfähigkeit hat als das für s/w der Fall ist. Das Farbdifferenzsignal hat deshalb bei PAL sowie auch bei NTSC eine maximale Bandbreite von nur 1,3MHz.

Rechnen wir nun einmal die Farbauflösung von PAL und NTSC aus. Wie wir wissen, haben beide Systeme eine aktive Zeilenlänge von 52μs und eine maximale Farbbandbreite von 1,3MHz. 2 * 52μs * 1,3MHz ergeben eine horizontale Farbauflösung von gut 135 Punkten. Die Farbauflösung liegt also bei PAL bei einem Viertel der s/w-Auflösung, bei NTSC bei knapp einem Drittel.

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