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Videosignale

Bevor es eigentlich an die Auswahl von passender Hardware für den eigenen HTPC geht, ist einiges an Grundlagenforschung notwendig, um sich nicht mit einer falschen Hardwareauswahl mögliche Optionen zu verstellen. Ein sehr wichtige Thema hierbei sind die Übertragungswege von Videosignalen an das darstellende System (z.B. TV oder Projektor).

Ich werde hier nicht zu sehr ins Detail gehen können, es sei auf entsprechende andere Seite im Internet verwiesen, aber ein wenig Grundlagenwissen ist doch notwendig.

Um die einzelnen Videosignale einschätzen zu können, ist es notwendig, ein paar Grundlagen über die Darstellung von Bildern zu wissen.

Die Kathodenstrahlröhre

Im Anfang war die Röhre....oder genauer gesagt, die Braun'sche Röhre. Sie besteht vereinfacht aus einem Glaskolben, an derem Boden eine fluoreszierende Schicht angebracht ist. An der Spitze der Röhre befindet sich eine Kathode, an die eine sehr hohe Spannung angelegt wird. Von dieser Kathode ausgehend wird somit ein Strahl von Elektronen auf die fluoreszierende Schicht "geschossen", dort wo sie auftrifft, erzeugt sie, je nach Itensität, einen mehr oder weniger hell leuchtenden Punkt (siehe Abb.1). Aufgrund dieser Technik wird die Braun'sche Röhre auch als Kathodenstrahlröhre oder englisch Cathode Ray Tube (CRT) bezeichnet.

Nur mit einem leuchtenden Punkt ist es aber noch nicht getan, darum wird mit Hilfe von elektrischen Spulen an der Seite der Röhre der Elektronenstrahl abgelenkt und zwar einmal in vertikaler Richtung und einmal in horizontaler Richtung. Bei einem Monitor oder Fernseher geschieht diese Ablenkung so, daß der Elektronenstrahl zeilenweise die gesamte Fläche der fluoreszierenden Schicht abtastet, ist er am Ende einer Zeile angekommen, fängt er am Anfang der nächsten Zeile wieder an.

Damit haben wir also schon drei wesentliche Informationen zusammen, die für den Aufbau eines Bildes mit einer Röhre notwendig sind: Die Intensität des Strahles, die Ansteuerung der horizontalen Ablenkeinheit und die Ansteuerung der vertikalen Ablenkeinheit.

Damit wir zu einem farbigen Bild kommen, braucht es aber noch ein bisschen mehr. Bekanntermaßen läßt sich ja jede beliebige Lichtfarbe durch Licht der drei Primärfarben zusammenmischen: Rot, Grün und Blau. Aus diesem Grund wird eine Farbbildröhre einfach mit drei parallel arbeitenden Kathoden ausgestattet, die jeweils auf drei nebeneinander liegenden Punkte auf der fluoreszierenden Schicht auftreffen und dort einen farbigen Punkt erzeugen (siehe Abb.2). Die Farbe hängt von der Schicht selbst ab, durch die Wahl geeigneter Materialien wird hier jeweils ein roter, grüner und blauer Lichtpunkt erzeugt.

In einem Fernseher oder Monitor wird natürlich in Wahrheit noch wesentlich mehr Aufwand getrieben, aber für unser grundlegendes Verständnis soll es an dieser Stelle erstmal reichen. An notwendigen Informationen für den farbigen Bildaufbau in einer Kathodenstrahlröhre haben wir also die drei Helligkeitsinformationen für die drei Kathoden der Primärfarben Rot, Grün und Blau, die Informationen für die vertikale Ablenkeinheit (V-Sync genannt) und die für die horizontale Ablenkeinheit (H-Sync genannt).

Und damit sind wir auch schon beim einfachsten und naheliegendsten Weg, einen Monitor oder Fernseher anzusteuern:



Abb.1: Die Kathodenstrahlröhre

 

Abb.2: Erzeugung von Farbbildern

 

RGB mit diskreten Sync-Signalen

Hier werden die drei Farbsignale und die beiden Sync-Signale direkt vom Bildgeber (z.B. einem PC oder ein DVD-Player) erzeugt, und an den Monitor weitergegeben. Die bekannteste Anwendung dafür ist wahrscheinlich der VGA-Anschluß, auf dem 15poligen Stecker (siehe Abb.3) finden sich die RGB-Signale mit den dazugehörigen Massen (der Bezugspunkt, zu dem das Signal erzeugt wird, sozusagen die Null-Linie) sowie H-Sync und V-Sync, ebenfalls mit den dazugehörigen Massen. Alternativ dazu gibt es auch Monitore, die fünf BNC-Buchsen für den gleichen Zweck haben (siehe Abb.4), die Signale sind identisch.

Für die Bilderzeugung ist dieses Signal das Einfachste und benötigt die wenigste Aufbereitung.



Abb.3: VGA-Buchse, 15polig Sub-D

 

Abb.4: BNC-Buchsen

 

RGB mit Composite Sync

...ist im Prinzip das gleiche wie oben, allerdings gibt es hier keine getrennten Sync-Signale für Horizontale und Vertikale Ablenkung, sondern die beiden Signale werden zusammengemischt.

Häufigster Anwendungsfall hierfür sind Fernseher mit SCART-Anschluß (siehe Abb.5), allerdings verstehen viele Fernseher auch getrennte Sync-Signale. Die Auswirkung auf die Bildqualität ist zu vernachlässigen, daher ist auch diese Übertragungsvariante relativ uneingeschränkt zu empfehlen. 




Abb.5: SCART-Buchse (Euro-AV)

 

Composite Video

..wird auch FBAS genannt und ist sozusagen die "verschärfte" Version von RGB mit Composite Sync. Bei Composite Video werden aber nicht nur die Sync-Signale zusammengemischt, sondern auch die Farbsignale, und zwar alles zu einem einzigen Signal. Der offensichtliche Vorteil ist, daß dieses Signal als Einziges zur Übertragung auf dem analogen Funkwege geeignet ist, Nachteil ist die miserable Bildqualität. Spätestens bei der Darstellung von filigranen Elementen, wie z.B. Schrift wird diese bis zur Unlesbarkeit verwaschen. Composite Video sollte daher als kleinster gemeinsamer Nenner verstanden werden, für die hochwertige Wiedergabe taugt es definitiv nicht.

Dementsprechend ist Composite Video auch vor allem da anzutreffen, wo "mal eben" etwas (Camcorder, Digitalkameras, etc.) an den Fernseher angeschlossen werden soll, z.B. über die meistens frontseitig vorhandene RCA-Buchse.

S-Video

...ist da schon deutlich besser, es ist zwar immer noch ein ziemlich zusammengerührtes Signal, aber immerhin werden hier die dich sich sonst stark beeinflussenden Anteile von Helligkeit (Luminanz) und Farbe (Chrominanz) voneinander getrennt. Das Ergebnis ist ein erheblich klareres Bild, bei wirklich hochwertiger Erzeugung reicht es sogar zur Textdarstellung. S-video sollte übrigens nicht mit S-VHS verwechselt werden, S-VHS ist ein Aufzeichnungsstandard für Videokassetten, der ebenfalls auf der Trennung von Helligkeit und Farbe basiert. Da dieser Vorteil Monitor-/Fernseherseitig nur ausgekauft werden kann, wenn auch das Videosignal Helligkeit und Farbe getrennt überträgt tritt S-VHS nur zusammen mit S-Video auf, daher auch die häufige Verwechslung. Anschlußseitig wird S-Video meistens über einen Hosiden-Stecker oder den SCART-Stecker übergeben. 



Abb.6: TV-Frontpanel mit S-Video und Composite Video

 

YUV Komponentensignal

Eine hauptsächlich in den USA verwendete Übertragungsart, die sich jedoch vom Aufbau grundsätzlich von den bisher aufgezählten unterscheidet. Es orientiert sich nicht, wie die anderen Signale, an der Darstellung, sondern entspricht dem Aufzeichnungsformat auf der DVD. Verwendet werden drei Signale: Das Y-Signal enthält die Helligkeitsinformation (Luminance) der drei Primärfarben, sowie meistens auch die beiden Sync-Signale. U und V sind sogenannte Farbdifferenzsignale, die nicht die drei Farben selbst, sondern nur die Differenz der Farben Rot und Blau zur Gesamthelligkeit enthält. Der Anschluß erfolgt immer über RCA-Stecker, entweder drei, wenn die Sync-Signale im Y enthalten sind, oder fünf, wenn die beiden Syncs extra geführt werden. Qualitativ ist diese Anschlußart mit RGB zu vergleichen, hat RGB gegenüber aber den Vorteil einer geringeren Störanfälligkeit. Daher ist diese Anschlußart häufig im High-End Bereich anzutreffen, besonders bei der Ansteuerung von Projektoren über einen DVD-Player, der in der Regeln einige Meter vom Projektor entfernt ist. 



Abb.7: YUV-Eingangsbuchsen

 

DVI

Die bisherigen Übertragunsvarianten waren alle auf analoger Basis, naheliegenderweise aufgrund der ebenfalls analogen Bilderzeugung über eine Kathodenstrahlröhre. Mit dem Aufkommen von digitalen Displays, bei denen das Bild nicht mehr über einen Elektronenstrahl erzeugt wird, sondern durch das gezielte Ansteuern einzelner Bildpunkte (oder Spiegel, im Falle von DLP) ergab sich aber die Möglichkeit, auch eine digitale Ansteuerung durchzuführen.

DVI ist hier der Standard, und wenn sich die Möglichkeit ergibt, z.B. einen Projektor per DVI anzusteuern, sollte man das auch immer Anstreben. DVI gibt es im wesentlichen in zwei Geschmacksrichtungen: DVI-D bei dem ausschließliche digitale Endgeräte angeschlossen werden können, sowie DVI-I, an dem digitale und analoge Endgeräte betrieben werden können. Okay, logischerweise gibt es auch ein DVI-A, an dem ausschließlich analoge Endgeräte laufen, da das aber reichlich witzlos ist, ist das wohl mehr eine theoretische Variante.

Hinzuzufügen ist natürlich auch noch, daß auch digitale Endgeräte wie TFTs oder LCD-Projektoren in der Regel durchaus analoge Signale verarbeiten können, andersherum ist es wohl eher nicht anzutreffen.



Abb.8: DVI-Übersicht

 

Fazit

Aus dem obigen lassen sich jetzt natürlich eine Reihe von Empfehlungen ableiten, die aber bitte nicht als das Maß aller Dinge gelten sollen, sonst hätte ich mir den obigen Teil sparen können :)

Ergibt sich die Möglichkeit, ein Endgerät digital per DVI anzusteuern, sollte man alles daransetzen, das auch zu tun. Man erspart sich unheimlich viel Arbeit, und wird mit maximaler Qualität belohnt. Allerdings kann einem die maximale Kabellänge bei DVi einen Strich durch die Rechnung machen, sie beträgt in der Regel nur 5m.

YUV ist sicherlich das Mittel der Wahl, um einen DVD-Player an einen Projektor anzuschließen. Es ist weitestgehend unempfindlich gegen Störungen und der DVD-Player spart sich die Farbraumkonvertierung von YUV (so wird auf der DVD aufgezeichnet) zu RGB.

Hier soll es aber um HTPCs gehen, und auch nach langem Suchen habe ich keine Grafikkarte gefunden, die in der Lage gewesen wäre, YUV auszugeben. Von Composite Video würde ich einfach mal rigoros abraten, es sei denn es geht um eine fliegende Verkabelung. Da ein HTPC aber unter Umständen auch Text darstellen soll, sowie eine hohe Wiedergabequalität erreichen muß, bleiben nur noch S-Video und RGB übrig. Die meisten Heimkino-Projektoren, die derzeit so auf dem Markt sind, verfügen über einen VGA-Eingang (RGB mit diskretem Sync), es bietet sich an, diesen auch zu verwenden. Man erreicht somit die höchste Übertragungsqualität, kann sich aber das eine oder andere Bein stellen, was Refreshraten angeht, aber dazu an anderer Stelle mehr.

Für die Ansteuerung eines Fernsehers bietet sich RGB mit Composite Sync an, wichtig ist dabei allerdings, die Timings der Grafikkarte an den Fernseher anzupassen, idealerweise verwendet man dafür einen dedizierten TV-Out. Aber auch hier wird die Luft dünn, denn nur wenige Grafikkarten mit TV-Out sind auch in der Lage, über diesen ein RGB-Signal auszugeben.

Die meisten TV-Outs beherrschen jedoch ohne Mühe die Ausgabe über S-Video, hier hängt die Darstellungsqualität aber stark von der Grafikkarte ab. Besonders gut sind hier augenscheinlich Matrox- und ATI-Grafikkarten, aber hier ist probieren angesagt.

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