50 Jahre PAL-Farbfernsehen – eine Grabrede zum Geburtstag

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So vergeht die Herrlichkeit der Welt: Bei seiner Einführung war PAL (Phase Alternating Line, etwa: Phasenwechsel zu jeder Zeile) das beste und modernste Farbfernsehsystem der Welt. Im Zeitalter mannsgroßer UHD-Flach-TVs ist es ein technischer Dinosaurier, dessen Grab schon ausgehoben ist.

70 Jahre zurück: Die westliche Welt erholt sich von den Folgen des Zweiten Weltkriegs, Konsumgüter sind wieder gefragt. In Europa und den USA war mit Fernsehen bis in die ersten Kriegsjahre experimentiert worden. Der spätere PAL-Vater stand während der Olympischen Spiele 1936 an den "Ikonoskop"-Kameras für die TV-Übertragung in die öffentlichen Fernsehstuben – die Vorläufer des Public Viewing. Wie das Kino drängte es auch das Fernsehen zur Farbe. Schon 1940 hatte die US-Radio- und TV-Kette CBS (Columbia Broadcasting System) der Presse ein Farbfernsehsystem mit Farbrad demonstriert. 1950 wurde es für drei Jahre der offizielle Standard in den Vereinigten Staaten. Seine Technik ist auf den ersten Blick verblüffend simpel: Vor Schwarzweißkamera und Bildschirm rotieren synchron Farbräder. Kamera und Bildschirm arbeiten mit dreifacher Bildfrequenz und produzieren beziehungsweise zeigen nacheinander die drei nötigen TV-Grundfarben Rot, Grün und Blau (RGB).

In der Praxis ist das System dann doch nicht so genial einfach: Die so gesendeten Signale sind nicht kompatibel zu Schwarzweißempfängern, Farbscheibe oder -trommel bringen die Geräte auf wuchtige Maße. Der Mechanismus ist zudem nicht ganz leise, das System produziert Ränder in allen Regenbogenfarben. Mit den damals verfügbaren Kameras und Bildschirmen reicht zudem die Helligkeit nicht mehr – die Farbfilter schlucken ohnehin Licht; wenn der Bildschirm statt einem in der selben Zeit drei Bilder darstellen muss, steht fürs vollständige Farbbild auch nur noch ein Drittel der Leuchtkraft zur Verfügung.

NTSC

So geht es also nicht. Aber wie überträgt man RGB simultan und schwarzweißkompatibel? Der erste praktikable Ansatz stammt ebenfalls aus den USA – vom damals dominierenden Unterhaltungselektronikhersteller RCA (Radio Corporation of America), dem praktischerweise auch das NBC-Sendernetzwerk (National Broadcasting Company) gehörte. Das später unter dem Namen NTSC (was nur für das US-Standardisierungsgremium "National Television Systems Committee" steht) berühmt-berüchtigt gewordene System formt aus dem RGB-Signal einer Kamera ein Schwarzweißsignal ("Luminanz", Y). Das enthält 59 Prozent Grün-, 30 Prozent Rot- und 11 Prozent Blauanteile. Parallel bildet eine Differenzschaltung aus B-Y ein U genanntes Signal, eine weitere aus R-Y ein zweites, V genanntes. Gönnt man U und V dieselbe Bandbreite (als 4:4:4 bezeichnet) wie Y, lässt sich das schließlich geforderte RGB-Signal ohne Qualitätseinbußen wiederherstellen. Wollte man diese Signale senden, brauchte man für ein Farbbild immer noch drei Sender und drei Empfangsteile pro TV-Gerät, was zu Analogzeiten sehr teuer geworden wäre. Außerdem ist die Synchronisierung der drei Signale zu einem korrekten Farbbild schwierig. Bis hierhin ist der einzige Vorteil von YUV ("Komponenten") statt RGB nur, dass ein schwarzweißkompatibles Signal entsteht, welches Altgeräte korrekt darstellen können.

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50 Jahre PAL-Fernsehen (12 Bilder)

Glücklicherweise orientiert sich das menschliche Auge an Kanten – also den Inhalten, die das Y-Signal transportiert. Man kann für U und V die Bandbreite reduzieren, ohne den Gesamteindruck des Farbbilds gravierend zu verschlechtern. Ein weiterer Umstand, der dem analogen Farb-TV sehr zupass kommt: Das Bild wird zeilenweise abgetastet und gezeigt; das resultierende Y-Signal hat daher eine Art Kammstruktur. Zwischen den Zinken dieses Kamms ist also noch Platz. Moduliert man einen Hilfsträger mit passender Frequenz durch die bandbreitenreduzierten U- und V-Signale, passt der zwischen die Zinken des Kamms. Schwarzweißgeräte ignorieren die so transportieren Farbinformationen, Farbfernseher trennen den Hilfsträger vom Y-Signal, dekodieren U und V und stellen aus YUV wieder RGB her.

Die Crux des 1953 eingeführten NTSC: Phasenschwankungen, wie sie während der analogen terrestrischen Übertragung immer auftreten können, resultieren in auffälligen Farbtonfehlern. An US-Farb-TVs gibt es daher einen Knopf ("Hue"), mit dem man den korrekten Farbton regeln muss – manchmal mehrfach während einer Sendung.

Besser machen

Diesen Fehler zu vermeiden, ohne neue Probleme einzuführen, war die Idee von Walter Bruch. PAL dreht von einer Bildzeile zur nächsten die Phase des Farbträgers um 180 Grad. Der PAL-Empfänger speichert die Farbinformation für die Dauer einer Zeile zwischen und bildet aus diesem und dem für die nächste Zeile den Mittelwert. Aus einem störenden Farbtonfehler wird so ein kaum auffallender Sättigungsfehler.

Erfinder Bruch befasste sich seit Beginn der 1930er Jahre mit Fernsehtechnik, ab 1935 bei Telefunken. Während des Zweiten Weltkriegs betreute er in Peenemünde die Videotechnik zur Startkontrolle der V2-"Wunderwaffen". Ab 1950 arbeitete er wieder für Telefunken im dortigen Grundlagenlabor für Empfängertechnik. PAL entwickelte er ohne offiziellen Auftrag und meldete es 1962 zum Patent an. Es folgten Vorführungen 1963 bei der EBU, Feldtests und natürlich auch Werbetouren.

Zu den Zeiten, als NTSC und später PAL konzipiert und umgesetzt wurden, arbeiteten TV-Geräte (und viele Radios) mit Elektronenröhren in ihren Schaltkreisen. Eine Verzögerungsleitung für die Dauer von 64 Mikrosekunden – entsprechend einer Bildzeile – zu realisieren war nicht trivial. Der Bruch-Mitarbeiter Ernst F. Schröder erinnert sich, wie man im Labor für die Versuche noch buchstäblich mit einem langen, auf eine Trommel gewickelten Koaxialkabel arbeitete – für ein TV-Gerät eine kaum nutzbare Lösung. Stattdessen entwickelte man etwa streichholzschachtelgroße, im Inneren gefaltete Glaskörper, verwandelte das Farb- in ein Ultraschallsignal und schickte es durch den Glaskörper. Korrekt dimensioniert bremst er das Signal um die gewünschten 64 Mikrosekunden. Selbst dieser Kniff war zur damaligen Zeit teuer, weshalb Kritiker PAL als "Pay Additional Luxury“ verspotteten.