Scharfe Flachmänner

Wie wir heute fernsehen

In den letzten 30 Jahren hat der Fernseher die Wohnungen erobert. Es gibt fast keinen deutschen Haushalt mehr, in dem er fehlt, in jedem dritten stehen sogar mindestens zwei Geräte. Längst ist der Fernseher zum modernen Lagerfeuer geworden, um das sich die Familie allabendlich versammelt. Im Heimkino soll es dabei fast genauso schön sein wie im echten Kino, mit Bildern, die flimmerfrei und möglichst groß ins Wohnzimmer kommen.

Die Hersteller der TV-Geräte haben sich darauf eingestellt und sind dazu übergegangen, immer größere Bildröhren zu entwickeln. Fernseher mit Bildschirmdiagonalen von über 70 Zentimetern sind keine Seltenheit mehr. Allerdings erreichen diese Geräte wegen der erforderlichen Bautiefe der Bildröhre die Ausmaße kleinerer Möbelstücke. Das frisst Platz und ist kein schöner Anblick.

Doch die Röhrengiganten werden mehr und mehr abgelöst von Geräten mit Flüssigkristall-Bildschirmen (Liquid Crystal Display, LCD) und Plasma-Fernsehern, die trotz größerer Monitore nur so tief sind wie ein dickes Buch. Der Ferne Osten macht es vor: In Japan haben flache Fernseher bereits einen Marktanteil von etwa 50 Prozent. 2003 waren es noch 35 Prozent. In Deutschland entscheidet sich derzeit etwa jeder fünfte Käufer für ein flaches Gerät – mit Konsequenzen für die Röhre: Die großen Hersteller beenden die Produktion von Bildröhren und schließen Produktionsstätten, wie LG.Philips 2004 in Aachen.

Die neuen flachen Fernseher stellen die Röhrengeräte buchstäblich in den Schatten: So präsentierte Samsung auf der Cebit 2004 einen LCD-Fernseher mit einer Bildschirmdiagonalen von 1,45 Meter. Und der nimmt sich geradezu klein aus verglichen mit einem ebenfalls auf der Elektronikmesse in Hannover vorgestellten Plasmagerät mit einer Diagonalen von 2,30 Metern. Der Superfernseher, der Anfang 2005 auf den Markt kommen soll, ist mit einem Preis von fast 50 000 Euro allerdings nur für wenige Geldbeutel geeignet.

Der Aufbau von Flüssigkristall- und Plasma-Bildschirmen ist ähnlich: Beide bestehen aus zwei Glasscheiben. Dazwischen befinden sich kleine Kammern, jeweils eine pro Bildpunkt (Pixel). In einem Plasma-TV enthalten die Kammern ein Edelgas sowie eine Phosphorverbindung. Ein elektrischer Impuls zündet das Gas – ähnlich wie in einer Neonröhre – und bringt das Phosphorsalz zum Leuchten. Allerdings eignet sich diese Technik wegen der hohen Herstellungskosten nur für größere Displays ab etwa 90 Zentimeter Diagonale. In einem LCD-Bildschirm hingegen befinden sich in den Kammern Flüssigkristalle. Eine Lampe strahlt sie von hinten an. Wird eine elektrische Spannung angelegt, verändern die Kristalle ihre Orientierung und lassen dadurch mehr oder weniger Licht durch. Vor den Kammern angebrachte Farbfilter machen das Bild bunt.

Doch nicht nur die Größe, auch die Bildqualität ist sensationell: Plasma- und LCD-Bildschirme kommen auf maximal zwei Millionen Bildpunkte. Zum Vergleich: Die Röhrengeräte haben nur rund 400 000 Pixel. Damit die Bilder mit dem heutigen PAL-Standard, der 625 Zeilen vorgibt, auch auf den Flachfernsehern gut aussehen, statten die Hersteller ihre Geräte mit digitalen Bildverbesserungssystemen aus. Die erzeugen ein Bild mit höherer Zeilenzahl, das verglichen mit einem herkömmlichen Fernsehbild brillanter ist, außerdem bessere Farben und mehr Tiefenschärfe bietet. Anfängliche Schwierigkeiten der flachen Bildschirme – etwa die schlechte Darstellung dunkler Farben, zu wenige Bildpunkte sowie eine mangelnde Farbtreue – sind inzwischen ausgeräumt.

Fortschritte gibt es nicht nur bei den Geräten. Die Sender stellen zudem auf digitale Übertragung (Digital Video Broadcasting, DVB) um. Da die Fernsehbilder bei DVB komprimiert werden, passen bis zu zehnmal so viele Programme auf einen Kanal. Bei der analogen Übertragung werden stets 25 Bilder – beziehungsweise 50 Halbbilder – in der Sekunde gesendet. Bei der Komprimierung nach dem Standard MPEG2 – benannt nach der Moving Picture Experts Group, die den Standard festgesetzt hat – werden Bildteile durch die Differenz zum vorherigen Bild beschrieben. Für die Nahaufnahme eines Formel-1-Rennens etwa wird das gleich bleibende Bild der Straße nicht jedes Mal neu übertragen, sondern zwischengespeichert und beim nächsten Bild wieder aus dem Zwischenspeicher abgerufen. Auch das Bild des Fahrzeugs wird nur einmal gesendet. Für den Rest der Sequenz reicht es aus, Vektoren zu übertragen, die angeben, wie weit sich das Auto von einem Bild zum nächsten bewegt. Aus diesen Informationen wird die Bildsequenz interpoliert. Dadurch müssen weniger Daten übertragen werden als beim herkömmlichen Fernsehen, und es steht Platz für mehr Programme zur Verfügung.

So haben die Berliner, die bereits seit 2003 das digitale Antennenfernsehen DVB-T (Digital Video Broadcasting – Terrestrial) empfangen können, nun die Wahl zwischen 27 statt vorher 10 Programmen. Doch dafür mussten sie zunächst neue Geräte anschaffen. Denn die analogen Fernseher und Videorekorder sind nicht für den digitalen Empfang geeignet. Sie brauchen einen Dekoder, der die digitalen in analoge Signale verwandelt. Inzwischen ist das digitale Antennenfernsehen auch in anderen Ballungsräumen zu empfangen, zum Beispiel rund um Hamburg sowie in der Region Rhein-Ruhr in Nordrhein-Westfalen (siehe bild der wissenschaft 7/2004, „Frischer Wind im Antennenwald”).

Digitale Übertragung bedeutet nicht nur mehr Programme mit schöneren Bildern und besserem Klang. Die Technik ermöglicht es auch, digitale Zusatzdienste über den Fernseher abzurufen. Über den Standard MHP (Multimedia Home Platform) sind sogar interaktive Anwendungen möglich – allerdings derzeit nur eingeschränkt, denn noch ist Fernsehen eine Einbahnstraße: Es können nur Inhalte vom Programmanbieter zum Zuschauer übertragen werden. Der kann bei einer Sendung wie „Verstehen Sie Spaß?” mitraten und seine Ergebnisse per Fernbedienung der Set-Top-Box mitteilen. Doch damit ist die Kommunikation via Fernseher beendet: Erreicht der Zuschauer eine bestimmte Punktzahl, blendet die Set-Top-Box eine Telefonnummer ins Fernsehbild ein. Dort muss der Zuschauer dann anrufen, um an einer Verlosung teilzunehmen: eine wenig elegante Lösung. Experten gehen davon aus, dass in Zukunft das Internet den Rückkanal bilden wird.

Das digitale Antennenfernsehen lässt sich auch mobil empfangen, zum Beispiel im Auto. Hier bieten sich multimediale Zusatzdienste an, etwa das Abrufen von Straßenkarten, in denen Umleitungen eingezeichnet sind. Selbst PDAs und Mobiltelefone sollen in Zukunft TV-fähig sein. Für diese Geräte wurde ein eigener Standard entwickelt: DVB-H, wobei das „H” für „Handheld”, also tragbare Geräte steht (siehe Kasten „Tatort und Tagesschau auf dem Telefon”). DVB-H basiert auf DVB-T, unterscheidet sich aber durch einige Besonderheiten, beispielsweise bessere Empfangseigenschaften, damit man auch in engen Straßen zwischen Hochhäusern das TV-Bild gut empfangen kann. Außerdem ist der Standard stromsparend, um die Akkus der kleinen Geräte nicht zu stark zu belasten. Im Sommer 2004 gab es bereits einen Pilotversuch für DVB-H in Berlin. Ein Starttermin für das Handy-Fernsehen steht jedoch noch nicht fest.

Wie die Kiste zu flimmern begann

Als einer der Wegbereiter des Fernsehens gilt der Berliner Paul Nipkow. Er entwickelte 1883 das „elektrische Teleskop”, mit dem ihm die erste elektromechanische Wiedergabe von Schwarz-Weiß-Bildern gelang. Das Kernstück war eine Scheibe mit spiralförmig angeordneten Löchern, die „Nipkow-Scheibe”. Sie rotierte zwischen einem Bild und einer lichtempfindlichen zweiten Scheibe aus Selen. Durch die Löcher in der Nipkow-Scheibe fiel das Licht eines einzelnen Bildpunktes auf die dahinter liegende Selen-Platte. Das Selen verwandelte das auftreffende Licht in Elektrizität – eine stärkere elektrische Spannung für einen heller leuchtenden, eine schwächere Spannung für einen dunkleren Bildpunkt.

1897 erfand der deutsche Physiker Karl Ferdinand Braun die Kathodenstrahlröhre, nach ihm auch Braun’sche Röhre genannt, die bis in unsere Tage die Standardtechnik für das Fernsehen ist. Die Röhre besteht aus einem luftleeren, trichterförmigen Glaskörper. Im Inneren befinden sich eine „Elektronenkanone”, ein Ablenksystem aus Elektromagneten sowie – an der Vorderseite – eine mit Leuchtstoff beschichtete Glasscheibe. Die Elektronenkanone erzeugt einen kontinuierlichen Strahl aus negativ geladenen Teilchen, den so genannten Kathodenstrahl. Trifft er auf die beschichtete Scheibe, beginnt diese zu leuchten. Die Elektromagnete lenken den Strahl systematisch über den Leuchtschirm und zeichnen so zeilenweise ein Bild auf ihn. Dabei gilt: Je stärker der Lichtimpuls, desto heller leuchtet ein Bildpunkt auf.

Doch die Wissenschaftler setzten zunächst weiter auf mechanische Verfahren zur Bildzerlegung. Erst 1923 wurde das Fernsehen elektronisch. Der Russe Wladimir Kosmitsch Zworykin baute mit dem auf der Braun’schen Röhre basierenden „Ikonoskop” den ersten elektronischen Bildabtaster. Im Inneren einer Kathodenstrahlröhre waren auf einer Platte feine Cäsium-Silber-Tropfen angeordnet. Wurde darauf per Elektronenstrahl ein Bild projiziert, luden sich die Tropfen unterschiedlich stark auf. Ein weiterer Strahl von Elektronen tastete diese elektrischen Ladungen ab. Die Ladungsdifferenzen wurden an einen Monitor übertragen und in einer anderen Bildröhre als Helligkeitsunterschiede wiedergeben.

In Deutschland begann das TV-Zeitalter 1928, als auf der 5. Großen Deutschen Funkausstellung in Berlin zwei Fernsehgeräte präsentiert wurden: Der ungarische Ingenieur Dénes von Mihály zeigte seinen Telehor mit einer Bildschirmgröße von 4 mal 4 Zentimetern und 30 Bildzeilen. Deutlich ausgereifter war der Telefunken-Prototyp, entwickelt vom Leipziger August Karolus. Das Gerät hatte einen Bildschirm mit 96 Zeilen und war 8 mal 8 Zentimeter groß. Doch auch diese beiden Geräte nutzten noch eine Nipkow-Scheibe für die Bildzerlegung.

Drei Jahre später schließlich führte der Physiker Manfred von Ardenne eine vollelektronische Bildröhre vor, die auf Zworykins Ikonoskop basierte. Die Röhre hatte 100 Zeilen und konnte 20 Bildwechsel pro Sekunde verarbeiten – das waren schon mehr, als die am 20. Juli 1929 von der Deutschen Reichspost festgelegte erste Fernsehnorm vorsah. Laut ihr wurde das Bild in 30 Zeilen bei einer Wiedergabefrequenz von 12,5 Bildern pro Sekunde zerlegt. 1931 legte die Post die heute noch geltende Zahl von 25 Bildwechseln pro Sekunde fest und führte das Zeilensprungverfahren ein. Dieses erzeugt bei einer Übertragung von 25 Bildern pro Sekunde 50 Halbbilder und verringert so das lästige Flimmern auf der Mattscheibe. Das Verfahren wird bis heute angewendet. Selbst die flimmerfreien 100 Hertz-Fernseher arbeiten nicht mit mehr Bildern, sondern verdoppeln lediglich die Bildwechselfrequenz durch eine digitale Speicherung der Halbbilder.

Die Zahl der Bildzeilen erhöhte sich im Lauf der Jahre: 1931 legte die Norm 48 Zeilen fest. 1937 war man schon bei 441 Zeilen angelangt. Die heute noch geltende so genannte Gerber-Norm stammt aus dem Jahr 1948. Danach besteht das Fernsehbild aus 625 Zeilen (720 mal 625 Bildpunkten), wobei aber nur 576 Zeilen sichtbare Informationen enthalten. Damit ist die Festsetzung für Auflösung, Seitenverhältnis und Bildwechselfrequenz des Fernsehbildes älter als die Bundesrepublik Deutschland. Die nächste Veränderung kam erst 1993, als der EU-Ministerrat beschloss, „die Einführung fortgeschrittener Fernsehdienste in Europa im Format 16:9″ – also im kinoähnlichen Breitwandformat – gezielt zu fördern.

Das erste regelmäßige Fernsehprogramm wurde ab 1935 vom Sender Witzleben in Berlin ausgestrahlt, allerdings noch in sehr bescheidenem Umfang: Witzleben sendete an drei Tagen in der Woche jeweils ein anderthalbstündiges Programm – für ein Publikum von anfangs gerade mal 250 Zuschauern in Berlin und Umgebung. Im gleichen Jahr eröffnete die Reichspost die erste öffentliche Fernsehstube, in der man kostenlos fernsehen konnte. Denn wie den Rundfunk setzten die Nazis auch das junge Medium Fernsehen für ihre Propagandazwecke ein. So waren die Olympischen Spiele 1936 in Berlin das erste Großereignis, das im Fernsehen übertragen wurde – wenn auch nur in 28 Berliner Fernsehstuben. Das Fernsehvergnügen zu Hause ließ noch etwas auf sich warten. 1939 kam der „Deutsche Einheits-Fernseh-Empfänger E1″ für 650 Reichsmark auf den Markt. Doch der Ausbruch des Zweiten Weltkrieges verhinderte seine Verbreitung.

Noch waren die Fernsehbilder nur schwarz-weiß. Die Technologie des Farbfernsehens wurde zwar erstmals im Jahre 1937 auf der Berliner Funkausstellung vorgestellt. Doch bis die Zuschauer zu Hause bunte Bilder empfangen konnten, dauerte es noch etliche Jahre. In den USA wurde das Farbfernsehen 1954 eingeführt. Der dort eingesetzte Standard NTSC (National Television Standards Committee) wies allerdings Schwächen auf. Wegen der vielen Farbfehler wurde NTSC oft als „Never the same colour” („niemals die gleiche Farbe”) verballhornt.

In Deutschland startete am 25. August 1967 der damalige Außenminister und Vizekanzler Willy Brandt das Farbfernsehen durch einen symbolischen Knopfdruck. Das Warten hatte sich für die Europäer gelohnt: Der 1963 von AEG-Telefunken-Entwicklungsleiter Walter Bruch in Deutschland entwickelte Standard PAL (Phase Alternating Line) und der französische Standard SECAM (Sequentiel Couleur avec Mémoire) zauberten deutlich bessere Bilder auf den Bildschirm als die amerikanische Technologie. Wie PAL projiziert auch SECAM 625 Zeilen und 50 Bilder pro Sekunde auf die Mattscheibe, jedoch werden die Farben auf andere Weise übertragen. SECAM war auch ein Politikum: Die Regierungen der DDR und anderer Ostblockstaaten übernahmen das französische Farbsystem, um ihren Bürgern das Westfernsehen zu verleiden. So ganz gelang das aber nicht: In der DDR war das Westfernsehen weiterhin in schwarz-weiß zu empfangen.

Trotz bunter Bilder bot das deutsche Fernsehprogramm lange Zeit wenig Auswahl. Es gab kaum Programme, zwischen denen die Zuschauer hätten umschalten können. Erst mit der Einführung des Kabelfernsehens und der Gründung von privaten, werbefinanzierten Fernsehstationen im Jahr 1984 hielt eine größere Programmvielfalt Einzug – und die Fernbedienung bekam damit ihre Existenzberechtigung. Die ersten Kabelfernbedienungen kamen bereits 1954 auf den Markt. Ab 1959 gab es die Programmwechsler drahtlos, zunächst noch per Ultraschall, was aber bisweilen zu ungewollten Effekten führte – etwa dass sich der Fernseher einschaltete, wenn eine Tür schlug. Mitte der siebziger Jahre wurden die Ultraschall-Fernbedienungen schließlich durch die heute gebräuchlichen Infrarot-Fernbedienungen verdrängt.

Die scharfen Bilder von morgen

Grosse Bildschirme mit zwei Millionen Bildpunkten und kräftige Farben sind eine gewaltige Verbesserung der einstigen „ Flimmerkiste”. Doch erst das hochauflösende Fernsehen (High Definition Television, HDTV) reizt die Möglichkeiten der neuen Fernseher aus. Eine deutliche höhere Auflösung von 720 Zeilen (1280 mal 720 Pixel im Vollbildverfahren, genannt „progressive scan” – deshalb heißt der Standard „720p”) oder sogar 1080 Zeilen (1920 mal 1080 Pixel im Zeilensprungverfahren „interlaced” – daher das Kürzel „1080i”) sorgen für deutlich schärfere Bilder und flüssigere Bewegungsabläufe.

Die Technik dafür ist schon älter: Bereits 1983 präsentierten japanische Hersteller einen analogen HDTV-Standard. 1986 startete die EU das Forschungsprojekt „Eureka EU 95″, das einen europäischen HDTV-Standard entwickeln sollte. Ziel war es, ihn zu den Olympischen Spielen 1992 in Barcelona einzuführen. Doch es fehlten die Bildschirme für das hochauflösende Fernsehen. 1998 wurde in den USA ein digitaler HDTV-Standard eingeführt, der deutlich weniger Bandbreite benötigt als das analoge HDTV. Seit Anfang 2004 strahlt der belgische Sender HD1, der unter dem Namen „Euro1080″ an den Start gegangen war, hochauflösendes Fernsehen in Europa über Satellit aus. Ab November 2005 will auch der Bezahlsender Premiere HDTV-Programme anbieten – mit der Übertragung von Sportsendungen, Dokumentationen und Spielfilmen. Zudem sollen alle 64 Spiele der Fußball-Weltmeisterschaft 2006 in Deutschland im HDTV-Format auf Premiere ausgestrahlt werden. Flächendeckend wird sich HDTV hierzulande wohl dennoch nicht so bald durchsetzen. Denn hochauflösende Filme sind in der Produktion teurer als Filme im PAL-Format. Außerdem umfassen sie eine vier bis fünf Mal so große Datenmenge, brauchen also mehr Bandbreite bei der Übertragung. Forscher sind jedoch schon dabei, bessere Kompressionsverfahren zu entwickeln, die hier Abhilfe schaffen sollen.

Auch wenn derzeit den LCD-Bildschirmen die Zukunft zu gehören scheint – es steht schon eine Technologie bereit, die auch die Flüssigkristall-Bildschirme wieder ablösen soll: organische Leuchtdioden, kurz OLED (Organic Light-Emitting Diodes). Sie haben einige entscheidenden Vorteile gegenüber den Flüssigkristallen: Die OLEDs bestehen aus organischen, halbleitenden Polymeren, die durch elektrischen Strom zum Leuchten gebracht werden. Da sie selbst leuchten, brauchen sie keine Hintergrundbeleuchtung, verbrauchen also weniger Strom – und sie sind erheblich dünner als LCD- und Plasma-Bildschirme. Sie sind sogar so dünn, dass der Fernseher der Zukunft vielleicht die Tapete als Wandbehang ersetzen wird.

Ein weiterer Vorteil: Die ultraflachen Bildschirme sind einfach herzustellen. Der japanische Drucker- und Monitorhersteller Seiko Epson hat ein Verfahren entwickelt, mit dessen Hilfe die leuchtenden Pixel wie mit einem Tintenstrahldrucker auf das Trägermaterial gebracht werden. Das Unternehmen hat bereits den Prototypen eines OLED-Monitors mit einer Bildschirmdiagonalen von über einem Meter vorgestellt. 2007 wollen die Japaner die Massenproduktion solcher Displays aufnehmen. Bis dahin müssen allerdings noch Probleme mit der Leuchtkraft und der Lebensdauer der Dioden gelöst werden. ■

Werner Pluta