Kurzzusammenfassung

Untersuchungsgegenstand dieser Arbeit ist die Planung der Einführung von HDTV im Sendezentrum der ARD. Aufbauend auf der aktuellen Marktsituation, einer Übersicht über die verfügbaren Technologien und den momentanen Betriebsabläufen wird eine Strategie entwickelt, um einen schnellen Übergang zu ermöglichen. Besondere Bedeutung haben der ungestörte Sendebetrieb und die reibungslose Integration in die vorhandenen Strukturen. Neben dem technischen Konzept wird der nötige Aufwand bis zu einem Sendestart der ARD aufgezeigt.

Danksagung

Für das Ermöglichen dieser Diplomarbeit und die hervorragende Betreuung möchte ich mich bei Herrn Stephen Wagner und Herrn Prof. Dr. Robert Mores ganz herzlich bedanken. Ein weiterer Dank gilt Herrn Michael Carter und Herrn Wilfried Wicke, die mir ebenfalls jederzeit mit fachlicher Kompetenz und persönlichem Rat zur Seite standen. Für das Korrekturlesen möchte ich mich bei Annette Bittmann und meinen Eltern bedanken, die mir eine große Hilfe waren.

Abstract

Implementation of HDTV in the ARD Broadcast Center -requirements and technical feasibility

Subject of this study is the implementation of HDTV in the ARD Broadcast Center. Based on the given market situation, available technologies and current workflows, a strategy is developed to ensure a quick transition. A seamless integration into the existing structures without endangering the running operations is essential. In addition to the technical concept the required effort and expenditure up to the launching of HDTV broadcast services by the ARD is pointed out.

INHALTSVERZEICHNIS

   IV

Inhaltsverzeichnis   

Titelseite   I

Kurzzusammenfassung   II

Abstract   III

Inhaltsverzeichnis   IV

1  Einleitung  1

1.1  Motivation  1

1.2  Zielsetzung  1

1.3  Aufbau der Arbeit  2

1.4  Definition  2

2  Entwicklung und Marktsituation  4

2.1  Der Anfang  4

2.2  Die geschichtliche Entwicklung  7

2.2.1  Anfang in Japan  8

2.2.2  Reaktion Europas  9

2.2.3  Entwicklung in den USA  10

2.2.4  Der Anfang der digitalen Ära  12

2.3  Der heutige Stand  13

INHALTSVERZEICHNIS

   V

2.3.1  USA  13

2.3.2  Asien  14

2.3.3  Australien  14

2.3.4  Europa  15

2.4  Zukünftige Entwicklung  18

2.4.1  Warum diesmal?  18

2.4.2  Wie geht es weiter?  22

3  Technische Grundlagen  25

3.1  Kontribution  25

3.1.1  Zeilensprungverfahren und Bildqualität  25

3.1.2  Schnittstellen und Speicherung  28

3.1.3  Formatkonvertierung  30

3.2  Distribution  32

3.2.1  Videokompression  32

3.2.2  Tonkompression  35

3.2.3  DVB  37

3.3  Verbraucher  41

3.3.1  Decoder  41

3.3.2  HDMI  42

3.3.3  Displays  42

4  Betriebliche Abläufe  46

4.1  Kontribution  46

4.2  Sendeabwicklung  51

4.3  Distribution  52

4.4  EBU  53

INHALTSVERZEICHNIS

   VI

5  Planung für das ARD-Sendezentrum  54

5.1  Lösungsansatz  54

5.2  1 Testinstallation  55

5.3  2 Vorläufige Installation  58

5.3.1  Erweiterung der Sendeabwicklung  58

5.3.2  HD Compression Center  61

5.3.3  Uplink  61

5.4  3 Integration von HDTV  62

5.4.1  Havarie-Sendestraße  62

5.4.2  Sendeabwicklung  65

5.4.3  HD Compression Center  68

5.4.4  Kontribution  68

5.5  Alternative Ansätze  69

5.6  EBU  70

6  Schlussbetrachtung  71

6.1  Zusammenfassung  71

6.2  Ausblick  72

Kostenaufstellung   74

Abk  ürzungsverzeichnis  75

Abbildungsverzeichnis   78

Tabellenverzeichnis 80   

Literaturverzeichnis   81

Index   86

Abschlie  ßende Erklärung  88

1. EINLEITUNG 1

1 Einleitung

1.1 Motivation

Digitalisierung und die Entwicklung von HDTV revolutionieren im Augenblick das Fernsehen zum zweiten Mal. Beide Entwicklungen entsprechen in ihrer technischen und wirtschaftlichen Bedeutung und Tragweite nur der Einführung des Farbfernsehens im Jahre 1967. Das neue hochauflösende Fernsehen wirkt für Zuschauer und Fachleute ähnlich überzeugend und beeindruckend und fordert die Sender technisch, finanziell und logistisch heraus. Die gesamte Infrastruktur der Sender muss umgebaut und der neuen Technik angepasst werden. Die umfangreiche Planung

dieser anspruchsvollen Aufgabe für das ARD ¹ -Sendezentrum durchzuführen, stellt aufgrund der

komplexen Situation der zentralen Sendeabwicklung eine besondere Herausforderung dar.

1.2 Zielsetzung

Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, ein technisches Konzept für die Einführung von HDTV im ARD-Sendezentrum in Frankfurt zu entwickeln. Um dies auf einer fundierten Grundlage durchführen zu können, wird zunächst die momentane Situation des Marktes und der technischen Möglichkeiten untersucht. Dabei werden nicht einzelne Aspekte bis in die letzten Details durchleuchtet, sondern das Ziel ist ein Überblick über aktuelle Entwicklungen, um dann anhand der Ergebnisse das Thema richtig bewerten zu können. Bei der anschließenden Planung geht es vorrangig eher um das übergreifende Konzept und dessen Durchführbarkeit als um all zu detaillierte technische oder organisatorische Informationen. Außerdem muss bei allen Ausführungen natürlich die erforderliche Vertraulichkeit für Firmeninterna gewahrt werden. Bei der Darstellung der aktuellen Entwicklungen wurde der Stand bis Ende 2005 berücksichtigt.

Das mit dieser Arbeit entwickelte Konzept soll die langfristige, strategische Grundlage für künftige Aktivitäten sein und zugleich bei der Überprüfung zu treffender Entscheidungen helfen. Nur so wird es gelingen, die zentrale Ausspielstelle für „Das Erste“ technologisch für die Zukunft zu sichern. Außerdem soll die Analyse des Marktes und des Standes der aktuellen Entwicklungen zum Thema HDTV die Position der ARD und ihres Handlungsbedarfes untersuchen.

¹ ARD: Arbeitsgemeinschaft der öffentlich-rechtlichen Rundfunkanstalten der Bundesrepublik Deutschland

1.3. AUFBAU DER ARBEIT 2

1.3 Aufbau der Arbeit

Zum besseren Verständnis der heutigen Situation wird zunächst in Kapitel 2 ein kurzer Rückblick auf die historische Entwicklung gegeben und der Leser an den momentanen Stand herangeführt. So soll das Verständnis der aktuellen Situation ermöglicht werden. Weiterhin soll eine Betrachtung des aktuellen Marktes und des weltweiten Standes der Einführung von HDTV zusätzliche Erkenntnisse zur heutigen Situation bringen. Von Interesse sind ebenfalls die Entscheidungen anderer Fernsehanstalten und die sich daraus ergebenden Auswirkungen auf die Entwicklung.

In Kapitel 3 werden die technischen Grundlagen des heutigen Standards näher betrachtet, um einen Überblick über die einzusetzenden Technologien zu bekommen und eine Einschätzung der zu benutzenden Parameter zu ermöglichen. Berücksichtigt werden dabei die Gebiete der Kontribution, der Distribution und damit direkt einhergehend des Endkunden. Der Bereich der Produktion und Postproduktion wird bewusst ausgeklammert, da er technisch inzwischen von der weiteren Verarbeitung entkoppelt ist.

Mit einer Untersuchung der Betriebsabläufe und Signalwege des Sendezentrums in Kapitel 4 sind alle Voraussetzungen für die Planung einer Einführung von HDTV im folgenden Kapitel 5 gelegt. Das dafür entwickelte Modell zeigt, wie diese Integration ohne Gefährdung des Sendebetriebes geschehen kann und gleichzeitig eine zügige Reaktion auf die aktuellen Entwicklungen ermöglicht wird. Sämtliche Überlegungen und Planungen in diesem Kapitel wurden vom Verfasser dieser Diplomarbeit aufbauend aus den Erkenntnissen der vorangehenden Kapitel eigenständig entwickelt.

1.4 Definition

Das zentrale Thema dieser Arbeit ist HDTV, also High Definition Television. „Hochauflösend" ist dabei ein relativer Begriff, der das erste Mal wahrscheinlich 1935 auftauchte. Damals hatte die Deutsche Reichspost den weltersten Fernsehprogrammdienst etabliert [Sim90, S. 18] und verdoppelte die Zeilenzahl des Systems auf 180 Zeilen bei einer Bildwechselfrequenz von 25Hz. Für damalige Verhältnisse hochauflösend - aus heutiger Sicht nicht wirklich befriedigend. Genau auf diesem Streben nach mehr Details beruht die Forderung, das jetzige Fernsehsystem weiter zu verbessern.

Die ITU ² definiert HDTV aus heutiger Sicht im Report ITU-R BT.801 wie folgt: „A high defi-

nition system is a system designed to allow viewing at about three times the picture height, such that the system is virtually, or nearly, transparent to the quality or portrayel that would have been percieved in the original scene or performance by a discerning viewer with normal visual acuity."

² ITU: International Telecommunication Union

1.4. DEFINITION 3

Diese Festlegung folgt Untersuchungen des NHKs ³ aus der Mitte der 60er Jahre über das visuelle Wahrnehmungsvermögen (HVS ⁴ ). Dort stellt Dr. T. Fujio fest, dass das menschliche Gesichtsfeld

in horizontaler Richtung fast doppelt so groß ist wie in vertikaler Richtung. Außerdem wird beobachtet, dass die Zuschauer unbewusst eine bestimmte Entfernung vom Bildschirm suchen. Das Ziel dabei ist, möglichst viele Details zu erkennen ohne die Zeilenstruktur der Wiedergabe wahrzunehmen. Dies ist im Mittel eine Entfernung vom ca. sechsfachen der Bildhöhe [Tan04]. Siehe hierzu auch Abbildung 1.1.

Die Konsequenz aus diesen Beobachtungen ist, dass das bisherige Fernsehsystem mit einem Bildseitenverhältnis von 4:3 und einer Zeilenzahl, die einen durchschnittlichen Betrachtungsabstand von 6H hervorbringt, zu ersetzen ist. Das Bildseitenverhältnis von 16:9 entspricht dabei eher dem Gesichtsfeld des beidäugigen Sehens und entsteht aus einem Kompromiss der unterschiedlichen Bildformate aus Fernsehen und Kinofilm. Die Zeilenzahl muss dabei hoch genug sein, um einen Betrachtungsabstand von 3H zu erlauben. So ermöglichen mehr Details und das breitere Bild dem Zuschauer, sich näher an der Bildquelle zu platzieren. Ein solches System ersetzt damit das bisherige Anschauen von Television durch das Erlebnis der Telepräsenz. Hochwertiger Surroundton verstärkt dieses Erlebnis noch wesentlich bzw. ermöglicht es überhaupt erst. Eine emotionale Einbindung des Zuschauers ist in diesem Maße bei Television nicht möglich. Durch die Telepräsenz gelingt es, den Zuschauer über seine eigene Vorstellungskraft hinaus an Filmen, Konzerten oder Sportveranstaltungen teilhaben zu lassen.

Eine weitere grundsätzliche Definition soll an dieser Stelle eingefügt werden. Die Beschreibung

des Bildformates erfolgt in dieser Arbeit nach der EBU ⁵ -Richtlinie. Im Originaltext dazu: „The

convention used to describe TV formats is: ’the number of active lines per frame’ and ’the scanning algorithm’ (interlace [i] or progressiv [p]) / ’the frame rate’“ [Lav05]. Somit ist die

korrekte Bezeichnung für das PAL ⁶ -Format: 576i/25.

³ NHK: Nippon Hoso Kyokai

⁴ HVS: Human Visual Systems

⁵ EBU: European Broadcasting Union

⁶ PAL: Phase Alternating Line

2. ENTWICKLUNG UND MARKTSITUATION 4

2 Entwicklung und Marktsituation

Um zu verstehen, wo wir uns im Augenblick befinden, ist es notwendig, einen Exkurs in die Geschichte von HDTV zu machen. Die Beweggründe für den Anfang der Entwicklung sind hierbei genauso interessant wie der Weg vom analogen System hin zu den jetzigen Standards. Ein Blick in den sich sehr dynamisch entwickelnden Markt erlaubt eine Einschätzung der momentanen Situation und der weiteren Entwicklung. So lassen sich einige Voraussetzungen für die Erwägung einer möglichen Ausstrahlung in HDTV seitens der Rundfunkhäuser finden.

2.1 Der Anfang

Wie kam es eigentlich zu der Entwicklung von HDTV? Natürlich gibt es das in Kapitel 1.4 schon erwähnte generelle Streben nach immer mehr Informationen und immer mehr Details. Doch dies war nur ein Grund für den Startschuss einer jahrzehntelangen Entwicklung, die heute ganz neue Möglichkeiten der Bildqualität liefert.

Essentiell geht es aber um handfeste finanzielle Interessen in Größenordnungen von Milliarden Dollar. „Markets do not exist; they are created“ [Nib91, S. 46] ist die Grundidee dahinter. Sollen neue Absatzmärkte entstehen, müssen neue Anreize geboten werden. Dabei geht es zum einen um den Markt der professionellen Technik für Produktion und Ausstrahlung, aber viel mehr noch um die Technik für die Endkunden. Wird ein neuer Standard durchgesetzt und beim Verbraucher ein Kaufanreiz erzeugt, können die sich so erschließenden Märkte gigantisch sein. Der Schlüssel, um sich solche neu erschaffenen Märkte dann auch zu sichern, sind die verwendeten Standards. „Wer die Normen hat, hat die Märkte“ stellte der Bundesforschungsminister Riesenhuber auf der Funkausstellung 1987 treffend fest. Hier liegt der Antriebsmotor für sämtliche Entwicklungen, die in den nächsten Kapiteln beschrieben werden. HDTV soll die Marktfähigkeit von Industrien und Programmen garantieren. Betroffen sind hier z.B. die Chipindustrie, die Hersteller von Geräten für Produktion, Postproduktion und Rundfunksender, die gesamte Unterhaltungsgeräteindustrie sowie alle Firmen, die bei der Produktion und Vermarktung von Inhalten beteiligt sind.

Die Wirtschaftsmechanismen, die bei HDTV-Geräten greifen, sind die klassischen Mechanismen für Schlüsseltechnologien. Eine steigende Nachfrage nach entsprechenden Produkten setzt eine Entwicklung in Gang, die sich selbst immer weiter treibt. Durch ein höheres Produktionsvolumen ist es den Herstellern möglich, die Produkte zu geringeren Kosten zu produzieren. Dies ermöglicht

2.1. DER ANFANG 5

zum einen niedrigere Preise, zum anderen höhere Bruttogewinne. Aus den niedrigeren Preisen ergibt sich eine gesteigerte Nachfrage nach den Produkten, was wiederum zu einem höheren Produktionsvolumen führt. Aus dem höheren Bruttogewinn ergibt sich, dass die Unternehmen mehr in Forschung und Entwicklung der Produkte investieren können, um somit die vorhandenen Produkte weiter zu verbessern. Bessere Produkte führen wiederum zu einer gesteigerten Nachfrage und so ebenfalls zu einem höheren Produktionsvolumen, womit sich beide Kreise schließen und neue Runden im Preiskarussell oder neue Produktgenerationen ermöglichen. Sehr anschaulich wird dies in einer Grafik in [Mac86, S. 30] dargestellt, die hier als Abbildung 2.1 übersetzt ist.

Die Standards, die die Entwicklung eines solchen Marktes ermöglichen, werden von einzelnen Herstellern oder auch von staatlichen Stellen je nach Interessenlage vorgeschlagen. Für die exakte Ausarbeitung und Anerkennung als allgemeiner Standard sind aber andere Institutionen zuständig. Auf globaler Ebene sind dies im Falle eines Rundfunkstandards:

• ITU: Die ITU wurde 1865 in Europa gegründet und ist für die Regelung des Kommunikationsverkehres zuständig. Ihr Sitz ist in Genf, sie hat inzwischen den Status einer UN-Sonderagentur und ist weltweit zuständig.

• CCIR: Das 1929 gegründete CCIR ⁷ ist eher für die Koordination betrieblicher und tech-

nischer Fragen im Bereich des Fernsehens, der Telekommunikation via Satellit und der Radioastronomie zuständig. Mitglieder sind hier -wie auch bei der ITU- nicht nur Staaten, sondern auch Rundfunksender, Forschungsanstalten und die Geräteindustrie.

⁷ CCIR: Comité Consultatif International des Radiocommunications

2.1. DER ANFANG 6

• ISO: Die ISO ⁸ ist allgemein für internationale Waren und Dienstleistungen zuständig. Sie

gibt es seit 1926 und ist inzwischen die bedeutendste internationale Standardisierungsorganisation. Allerdings ist die Annahme ihrer Standards freiwillig. Sie hat keinerlei staatliche Unterstützung zur Durchsetzung ihrer Standards.

• IEC: Die IEC ⁹ wurde 1904 gegründet und ist die wichtigste internationale Standardisie-

rungsorganisation für elektrische und elektronische Geräte. Die ISO und die IEC sind private Organisationen und haben beide den Beraterstatus der Vereinten Nationen.

Dazu kommen noch die regional zuständigen Organisationen:

• EBU: Die EBU wurde 1950 mit Sitz in Genf gegründet und ist für die Einhaltung der internationalen Abkommen sowie für den internationalen Nachrichten- und Programmaustausch der ihr angeschlossenen vorwiegend europäischen Rundfunkanstalten zuständig. Sie vertritt die Interessen der Mitglieder, koordiniert innerhalb der angeschlossenen Staaten und deren Rundfunkanstalten und bringt Vorschläge in das CCIR oder die ITU ein.

• ANSI: Das ANSI ¹⁰ ist eine amerikanische Privatorganisation. Es veröffentlicht die Vorschläge der SMPTE ¹¹ und ähnlicher Organisationen, die aber nicht rechtsverbindlich sind. Hält

man sich an seine Standards, kann man dies durch einen Gütesiegel kenntlich machen.

• SMPTE: Die SMPTE ist die amerikanische Vereinigung der Film- und Fernsehingenieure und erarbeitet technische Parameter für Standards. Sie ist von dem ANSI als Entwickler anerkannt und hat weltweit Niederlassungen, unter anderem in Deutschland.

• FCC: Die FCC ¹² ist die unabhängige Telekommunikationsbehörde der amerikanischen Re-

gierung. Gegründet wurde sie 1934. Sie ist mit der Entscheidungsgewalt über Funkverkehr, Kabelkommunikation und Telekommunikation ausgestattet und außerdem zuständig für die Lizenzvergabe an Privatstationen und die Frequenzzuweisung. Ihre Standards werden als verbindliche Bestimmungen erlassen.

• MPT: Das MPT ist das japanische Ministerium für Post- und Telekommunikation. Es erlässt Standards in Form von verbindlichen Bestimmungen und bringt Vorschläge in das CCIR ein.

Möglichst weltweit einheitliche Normen sind wichtig, da sie vieles vereinfachen. Je weniger Normen es gibt und je weniger man das Programm dadurch konvertieren muss, desto unkomplizierter wird der internationale Programmaustausch und desto transparenter wird der weltweite

⁸ ISO: International Organization for Standardization

⁹ IEC: International Electrotechnical Commission

¹⁰ ANSI: American National Standard Institute

¹¹ SMPTE: Society of Motion Picture and Television Engineers

¹² FCC: Federal Communication Committee

2.2. DIE GESCHICHTLICHE ENTWICKLUNG 7

Programmmarkt. Jede Umkonvertierung weniger kommt natürlich auch direkt der Bildqualität zugute. Einheitliche Normen senken zusätzlich deutlich die Endpreise für Geräte, da die Industrie weniger Geräte für unterschiedliche Normen entwickeln und bauen muss und durch die höheren Stückzahlen und gesparten Entwicklungskosten billiger produzieren kann.

„Je weiter sich die Parameter für die Übertragung eines HDTV-Systems an die des Standard-Kanals annähern, desto wahrscheinlicher wird die Verwendung.“ [Sim90, S. 116]. Dies ist ein weiterer wesentlicher Aspekt. Nur wenn es möglich ist, mit den neuen Standards die bisher für

SDTV ¹³ verwendeten Kanäle weiter zu benutzen, wird es eine Chance geben, diese Standards

auch in die Realität umzusetzen. Leider scheitert die Etablierung eines einheitlichen Weltstandards an diversen Problemen. Dazu gehören z.B. die unterschiedlichen Netzfrequenzen von 50Hz und 60Hz genauso wie die Interessen großer Konzerne und die historisch gewachsenen Unterschie-

de von PAL, NTSC ¹⁴ und SECAM ¹⁵ und deren Verbreitungswege. Denn ein eigener Standard

schützt durch die zugrundeliegenden Patente auf die Normen immer auch den einheimischen Markt vor der Konkurrenz.

Die USA z.B. sind führend in der Filmproduktion. Aber die Technologieführung musste spätestens bei Videorekordern und Röhrenfernsehern an Japan abgeben werden. Eine eigene HDTV-Norm kann in dieser Situation den heimischen Markt wieder beleben und die Position der Industrie stärken. Noch schlimmer steht es in Europa. Auch die hiesige Unterhaltungsindustrie und Technologieentwicklung leidet unter Japans Vorherrschaft. Dazu kommt noch, dass der Filmmarkt von den USA beherrscht wird und nur wenige Programmstunden aus eigener Produktion kommen. Es geht bei der Entwicklung der HDTV-Standards um die Position der Elektroindustrie, um die ökonomische Bedeutung von HDTV, um die politische Stellung der Staaten, um technologische Selbstbehauptung, um kulturelle Identitäten. Diese Aspekte werden in den nächsten Kapiteln genauer beleuchtet.

2.2 Die geschichtliche Entwicklung

Legt man die Definition aus Kapitel 1.4 zugrunde, so gab es die ersten Labormuster eines HDTV-Systems schon zu Beginn des zweiten Weltkrieges bei der deutschen „Fernseh GmbH“ mit 1029 Zeilen zu begutachten [Bis93]. Aber wie bei so vielem anderen hat der zweite Weltkrieg auch hier eine kräftige Kerbe geschlagen. Lange Zeit hatte man andere Sorgen, und die Entwicklung nahm einen ganz anderen Weg. Die ersten, die wieder in diese Richtung forschten, waren die Japaner.

¹³ SDTV: Standard Definition Television

¹⁴ NTSC: National Television Systems Committee

¹⁵ SECAM: Séquentiel Couleur avec Mémoire

2.2. DIE GESCHICHTLICHE ENTWICKLUNG 8

2.2.1 Anfang in Japan

Anfang der 70er Jahre nahmen in Japan das NHK, Sony und Matsushita die Forschung mit dem Ziel auf, dem Fernsehsignal mehr Schärfe, weniger Artefakte durch CrossLuminanz und CrossColour und ein breiteres Bildformat -basierend aus den Ergebnissen der in Kapitel 1.4 beschriebenen Untersuchungen- zu bescheren. Der eigentliche Grund dieser Bemühungen war jedoch anderswo zu suchen: „Der Standardisierungsprozess für analoges HDTV wurde von den Japanern mit dem Ziel in Gang gesetzt, die führende Rolle im Weltfernsehmarkt zu sichern und auszubauen.“ [Heu92, S. 211]. Der Kampf um diese Position zog sich wie ein roter Faden durch die ganze Entwicklung des neuen Formates. Das NHK verfolgte außerdem noch ein eigenes Interesse, da es sich aus einer Steuer für den Fernsehempfang finanziert. Ein neues HDTV-System wäre eine Begründung für eine Erhöhung dieser Steuer und damit eine Absicherung der Finanzierung

des in den 80er Jahren immerhin weltweit zweitgrößten Networks nach der BBC ¹⁶ [Bri97, S. 15].

Mit dem Ziel den Weltstandard zu setzen, förderte Japan alleine bis 1974 die Forschung mit geschätzten 500 - 800 Mio. US$. Man wollte sich so alle Vorteile sichern, die derjenige hat, der mit einer solchen Entwicklung vorprescht und die Normen festsetzt (Prinzip: first-mover vs. secondmover). 1982 präsentierte Japan der Welt den ersten analogen HDTV-Standard mit Hi-Vision.

Allerdings fehlte noch ein passender Übertragungsstandard. Dieser wurde 1986 mit MUSE 17

vorgestellt. Um das Hi-Vision-Signal über einen klassischen 8MHz-Kanal zu transportieren, setzte man eine differentielle Übertragung ein. Ein Bildpunkt wird dabei so lange beibehalten, bis er sich bewegt und dann neu übertragen wird. Außerdem nahm man eine quasi-bewegungsadaptive Reduktion vor, indem die hohen Frequenzanteile des Spektrums nacheinander übertragen werden. Die Folge sind scharfe Bilder bei ruhenden Strukturen, aber Unschärfe bei schnellen Bewegungen, da dort die Zeit für die Übertragung der hochauflösenden Details fehlte. Außerdem konnten schon 4 Tonkanäle mitübertragen werden [Sch00, S. 179]. Die Anpassung an das amerikanische NTSC wurde später nachgereicht. Dabei wurde Narrow-MUSE an die 6MHz-Kanäle angepasst, um auch den amerikanischen Markt erobern zu können.

Die Bestrebungen Japans scheiterten jedoch -wie auch die Annahme als weltweiter Standard auf der CCIR-Vollversammlung von Dubrovnik 1986- an der gerade noch rechtzeitigen Entwicklung eigener Standards durch Europa und den USA. So beugte man auch einer Anpassung von Hi-Vision an den europäischen Markt vor. Trotzdem wurde das Hi-Vision-System erstmals 1988 bei der Sommerolympiade in Seoul öffentlich getestet und erste Produktionen angefertigt. 1990 gab es dann auch die ersten Geräte für den Endkunden zu kaufen. Allerdings lag der Einführungspreis für Fernseher von Sony bei 45.000,-DM und von Matsushita bei 51.000,-DM [Bis93, S. 56]. Ein Videorekorder sollte gar 115.000,- US$ kosten.

Trotz massiver Probleme ging Hi-Vision in Japan 1991 auf Sendung: ein Satellit wurde beim Start zerstört, die Geräte für den Endkunden waren viel zu teuer und es gab kaum verfügbares

¹⁶ BBC: British Broadcasting Corporation

¹⁷ MUSE: Multiple Subsampling Encoding

2.2. DIE GESCHICHTLICHE ENTWICKLUNG 9

Programm, da in den USA keine Filme in Hi-Vision produziert wurden. Da aber die aufkommende digitale Kompressionstechnik in Japan erst sehr spät verfügbar war, hielt man an dem analogen System fest, obwohl sich schon längst abzeichnete, dass das digitale Fernsehen in den Startlöchern stand. Ein weiterer Grund für die Einführung des analogen HDTV-Systems war, dass die Entwicklung von Hi-Vision unglaubliche Summen verschlungen hatte.

2.2.2 Reaktion Europas

In Europa lassen sich erste Aktivitäten 1983 mit einem Förderauftrag des Bundes an das Heinrich-Hertz-Institut für Nachrichtentechnik (inzwischen ein Institut der Fraunhofer Gesellschaft) für die Entwicklung einer HDTV-Kamera feststellen. 1985 fanden sich dann die Unternehmen Thomson-Brandt, Philips, Nokia und BTS (der Nachfolger der Fernseh GmbH) gerade noch rechtzeitig zu dem europäischen Eureka-Projekt zusammen, um die Anerkennung von Hi-Vision als Weltstandard wegen eines Mangels an Alternativen zu verhindern. Außerdem sollte so einer Anpassung

von MUSE für D2-MAC ¹⁸ zuvorgekommen und ein Eindringen in den europäischen Markt im

zweiten Anlauf vermieden werden.

Die europäische Förderung durch das Programm Eureka wirkte in zweierlei Hinsicht - politisch und wirtschaftlich. Politisch, indem die Entwicklung der MAC-Richtlinie mit dem Ziel der weltweiten Anerkennung des Standards koordiniert wurde. Wirtschaftlich, indem z.B. mit Eureka95

die F&E ¹⁹ -Politik mit dem Ziel gefördert wurde, den völligen Verlust der Märkte für Technologie

(z.B. Chipherstellung, IT-Technologie, Kommunikation) und Unterhaltungsgeräte (z.B. Video-recorder, Fernseher) an Japan oder die USA zu verhindern. Eureka selber war ein allgemeines europäisches Programm zur technologischen Zusammenarbeit. Speziell mit HDTV beschäftigte sich dabei hauptsächlich Eureka95; aber auch eine Vielzahl anderer Projekte betrafen am Rande HDTV. Das Volumen der Förderung von HDTV wird mit ca. 500Mio. DM angegeben. Deren Ziel war, Japan und die USA vom heimischen Markt fernzuhalten und durch einen einheitlichen Binnenmarkt die hiesige Industrie zu stärken.

1987 wurde der erste D2-MAC-Satellit TV-SAT1 in die Umlaufbahn geschossen. Leider verweigerte er seinen Dienst, was einen erheblichen Rückschlag für das Projekt bedeutete. D2-MAC sollte die europäischen Unterschiede zwischen PAL und SECAM aufheben. Um diesen Standard durchzusetzen, sollten in ganz Europa die Betreiber von Kabelnetzen und Satelliten genauso wie die Rundfunkanstalten auf den neuen Standard festgelegt werden. Das System arbeitete zwar noch interlaced, aber eine progressive Variante wurde in Aussicht gestellt, da man damals schon erkannte, dass das Zeilensprungverfahren eine Sackgasse für die Bildqualität ist (siehe auch Kapitel 3.1.1). D2-MAC wurde als Nachfolger von PAL vor allem im Satellitenbereich entwickelt, da die Bildqualität bei PAL auf großen Bildschirmen doch recht eingeschränkt war und man deutliche Artefakte sah. Um CrossColour und CrossLuminanz zu vermeiden, wurden Chrominanz

¹⁸ MAC: Multiplexed Analogue Components

¹⁹ F&E: Forschung & Entwicklung

2.2. DIE GESCHICHTLICHE ENTWICKLUNG 10

und Luminanz nacheinander übertragen. Auch eine Erweiterung des Bildseitenverhältnisses auf 16:9 wurde vorgesehen. Diese übernahm man später auch für PALPlus, an dessen Entwicklung hauptsächlich die Unternehmen Thomson und Philips beteiligt waren.

HD-Mac wurde so entwickelt, dass es zu D2-MAC kompatibel und mit 10,25MHz Bandbreite auch im Hyperband des deutschen Kabelnetzes übertragbar war. Die gesamte Entwicklung verfolgte eine evolutionäre Strategie. Im ersten Schritt sollten PAL-Empfänger mittels eines Konverters so aufgerüstet werden, dass sie D2-MAC empfangen können. Spätere Geräte sollten dann den Standard direkt empfangen. HD-Mac war natürlich nur von entsprechenden HD-Geräten in voller Qualität empfangbar, allerdings konnten D2-Mac-Empfänger auch ein SD-Signal aus dem HD-Mac-Signal ableiten.

Ebenfalls 1987 waren auf der IFA ²⁰ erste Kameras, Filmabtaster und Monitore für Eureka zu

sehen. Ein Jahr später war dann die volle Produktionskette mit 10MHz Bandbreite verfügbar, allerdings füllten Encoder und Decoder noch ganze 13 Geräteschränke [Bis93, S. 60]. Damit wurden auch die ersten Musterproduktionen möglich. 1991 stellte Thomson dann endlich den ersten Musterbildschirm vor, allerdings wurde gleichzeitig als Alternative PALPlus entwickelt und gegen massive französische Lobbyarbeit durchgesetzt. Wie sich zeigte, hatte es fast die gleiche Bildqualität wie D2-MAC mit dem Vorteil der vollen PAL-Kompatibilität. Es reduzierte ebenfalls die Cross-Artefakte und bot eine Lösung für das 16:9-Format. Dies bedeutete das Ende für D2-Mac.

Ein weiteres Problem war, dass D2-MAC auf veralteter High-Power-Satellitentechnik basiert und politisch für ebendiese vorgeschrieben war. Astra und Eutelsat konnten aber mit den inzwischen verfügbaren neuen Low-Power-Satelliten qualitativ hochwertiges PAL-Fernsehen ausstrahlen, das jedermann ohne Konverter empfangen kann. Und das bei geringeren Kosten für den Programmanbieter als auf einem staatlichen D2-Mac-Satellit. Außerdem zeichnete sich mehr und mehr ab, dass das Fernsehen der nächsten Generation digital sein wird. HD-MAC wurde so zu einem rückständigen System, und der Zwischenschritt über PALPlus erschien wesentlich sinnvoller.

2.2.3 Entwicklung in den USA

Nachdem in den USA zuerst vor allem in Hollywood Hi-Vision unterstützt wurde und sich beim Rundfunk niemand für HDTV interessierte -es waren keinerlei zusätzliche Werbeeinnahmen zu erwarten- kam der große Umschwung 1988, nachdem Europa die Japaner stoppte. Auf einmal verfiel man in Panik: Japan hatte HDTV fertig entwickelt und in Amerika hatte dem niemand etwas entgegenzusetzen. Um den Binnenmarkt und die heimische Elektroindustrie zu schützen, wurde ein Wettbewerb ausgeschrieben, der Verlockendes in Aussicht stellte. Amerika hatte jeden mit einer guten Idee eingeladen, sein System vorzustellen. 8 Teilnehmer reichten 11 Vorschläge ein, der Gewinner sollte die alleinigen Lizenzrechte und damit Verkäufe von Millionen von

²⁰ IFA: Internationale Funkausstellung

2.2. DIE GESCHICHTLICHE ENTWICKLUNG 11

Fernsehern und Billionen von Dollar Gewinn bekommen! Allerdings gab es große Schwierigkeiten mit dem vorhandenen 6MHz-Raster der Kanäle bei der Bandbreite eines HDTV-Signals und eine große Konkurrenz zwischen den Betreibern der terrestrischen Netze und der Kabel- und Satelliten-Netzwerke. Der eigentliche Antrieb war aber, dass man eine Abgabe brachliegender Frequenzen an andere Dienste verhindern wollte. Mit HDTV hatte man eine sinnvolle Nutzung.

Die Aussicht, dass die Japaner den Weltstandard bestimmen und unglaubliche Summen an Produktionsequipment und Unterhaltungselektronik verdienen wollten, brachte auch den US-Kongress ins Spiel, der zu verhindern suchte, dass zum wiederholten Male die Japaner den Markt abschöpfen, wie es schon bei Fernsehgeräten oder Videorecordern passiert ist. Nach erfolgreicher Lobbyarbeit auf politischem Parkett zogen sich die Rundfunkverbände jedoch plötzlich wieder zurück, da sich zeigte, dass die zu erwartenden Kosten einer Einführung von HDTV den Kaufpreis so manchen kleineren Senders übersteigen würden [Bri97, S. 65].

1990 entschied man sich in Amerika dafür, den terrestrischen Standard auch kabeltauglich zu entwickeln. Favorisiert wurde dabei ein Simulcast-Modell mit einem zweiten parallel ausgestrahlten HDTV-Kanal gegenüber einem Augmentations-Modell, bei dem es einen Ergänzungskanal für die hochauflösenden Daten als Zusatzinformationen gibt. Dies wäre eine Ergänzung des 6MHz-Kanals mit einem 3MHz-Kanal gewesen, jedoch zeigte sich bei Tests der Simulcast-Betrieb in der Bildqualität deutlich überlegen.

Die Verzögerungen durch Politik und neue Erkenntnisse brachten im Endeffekt aber genau die Zeit, in der ein digitales System entwickelt werden konnte. Das analoge Verschlüsselungsverfahren für Satellitenprogramme war schon geknackt und analoges HDTV nur sehr schwierig in die Bandbreite der Kanäle zu bekommen. Digitale Videokompression ist das Schlüsselelement, um HDTV in einem Kanal zu übertragen. Hier war man in den USA führend in der Forschung und brachte diese Erkenntnisse nun in die Entwicklung eines digitalen Video-Systems ein. Somit wurde durch digitales Fernsehen die kontinuierliche Fernsehkette aufgebrochen, die bisher von der Kamera bis zum Fernseher mit nur einem durchgängigen Standard existierte.

Was bleibt von den analogen HDTV-Bemühungen? In Japan sendet man mit einem veralteten System; dem Rest der Welt bleibt einzig das Bildseitenverhältnis mit 16:9, das sich ab jetzt als Standard etabliert. Tabelle 2.1 fasst abschließend die analogen HDTV-Systeme in den wichtigsten Parametern zusammen.

2.2. DIE GESCHICHTLICHE ENTWICKLUNG 12

2.2.4 Der Anfang der digitalen Ära

Das digitale Fernseh-Zeitalter begann 1990, als General Instruments nur 4 Wochen vor Ablauf der Anmeldefrist des in Amerika ausgeschriebenen Wettbewerbes für ein HDTV-System einen Vorschlag für das erste volldigitale System einreichte. Ein Jahr später war man für erste Tests bereit. Allerdings waren noch immer 4 Bewerber im Rennen, nachdem das analoge japanische System chancenlos ausstieg. Um endlich Geld mit HDTV verdienen zu können und weitere Kosten in der Entwicklung zu vermeiden, vereinte Donald Rumsfeld (damals bei General Instruments) 1993 die verbleibenden Akteure zur Grand Alliance. Beteiligt waren General Instruments, AT&T

/ Zenith (damals fast insolvent), das MIT ²¹ und die Sarnoff-Gruppe mit Thomson und Philips.

Die Installation eines progressiven Standards war zwar eigentlich erwünscht, jedoch politisch nicht durchsetzbar. Viele der beteiligten Firmen haben starke Interessen in interlace-Techniken, und progressive Endgeräte waren absehbar auf Jahre hin noch nicht verfügbar. Der Kompromiss in dieser Sache war sehr schwierig und wurde durch einen Migrationsplan hin zu progressiven 1080 Zeilen realisiert. Vorher waren sowohl progressive als auch interlace-Formate zugelassen. Dick Wiley und Joe Flaherty betreuten die Entwicklung der Allianz und gaben Impulse für ei-

ne Videokompression mit MPEG2 ²² nach MainProfile@MainLevel. Beim Standard für den Ton

setzte sich das amerikanische Dolby gegen das europäische Musicam durch. Grundlage für die bei der Grand Alliance zugelassenen Formate in Tabelle 2.2 ist ein 16:9 Signal mit quadratischen Bildpunkten, wobei auch Frequenzen von 59,94Hz, 29,97Hz oder 23,98 Hz, die aus der NTSC-Welt kommen, zugelassen sind. Die quadratischen Bildpunkte vereinfachen erheblich die Bildbearbeitung und Effektberechnung. Für den Ton werden Mpeg2-Stereo und DolbyDigital AC-3 Surround in 5.1 mit 384kbit/s zugelassen. Nach [Ra95, S. 6] wird für terrestrische Aus-

strahlung eine 8VSB ²³ -Modulation angewendet, während im Kabelnetz eine 16VSB-Modulation

benutzt wird.

Zur gleichen Zeit löste in Europa das European DVB ²⁴ Project die HD-MAC-Bemühungen von

Eureka95 ab, während Japan an seinem inzwischen erfolgreich eingeführten analogen Hi-Vision festhielt. Das DVB-Project wurde gegründet, da der Kraftakt eines weltweit gültigen Standards

²¹ MIT: Massachusetts Institute of Technology

²² MPEG: Motion Picture Experts Group

²³ VSB: Vestigial Sideband Modulation

²⁴ DVB: Digital Video Broadcasting