Grundlagen der Fernsehtechnik

Im Prinzip zeigt ein Fernseher 25 Bilder pro Sekunde an. Da eine Bildröhre bei 25 Hertz aber unerträglich flimmern würde, hat man bei der Entwicklung unseres Fernsehsystems PAL folgenden Trick angewandt: Man überträgt und zeigt zuerst alle ungeraden Zeilen an und danach alle geraden Bildzeilen. Diese Technik ist unter dem Begriff "Zeilensprungverfahren" bekannt. Dadurch ergibt sich eine Bildwiederholfrequenz von 50 Halbbildern pro Sekunde. Das Bild ist damit bei der gleichen Datenmenge relativ flimmerarm. Die beiden Halbbilder haben je 288 Zeilen und sind 1/50 Sekunde zeitlich versetzt. Ein Fernsehbild hat daher zusammen 576 sichtbare Zeilen (es gibt auch unsichtbare, in denen z.B. der Teletext übertragen wird, aber das ist an dieser Stelle nicht weiter wichtig).

Aufnahme von 3D-Videos

Was hat das Zeilensprungverfahren mit der 3D-Technik zu tun? Es ermöglicht erst, auf einfache Art und Weise 3D-Videos aufzunehmen. Dazu nutzt man alle ungeraden Zeilen (erstes Halbbild) für das Bild für das linke Auge und alle geraden Zeilen (zweites Halbbild) für das Bild für das rechte Auge (umgekehrt geht es natürlich auch). Fast alle kommerziellen 3D-Videokameras am Markt erzeugen ein derart beschaffenes 3D-Video-Signal (auch interlaced oder field-sequential 3D genannt). Es ist wichtig zu verstehen, dass es sich technisch um ein ganz normales Videosignal handelt, Fernseher und Videorekorder merken keinen Unterschied zu einem Nicht-3D-Signal. Der Zuschauer am Fernseher sieht ohne 3D-Bilder alles doppelt, d.h. jeweils linke und rechte Perspektive mit jedem Auge.

Kameraaufsätze

Kameraaufsätze wie z.B. der NuView-Adapter (erhältlich bei I-O Display Systems) erweitern eine konventionelle Kamera um die 3D-Aufnahmemöglichkeit und arbeiten folgendermaßen: Sie enthalten eine Spiegelkonstruktion, die es ermöglicht, die Szene aus den zwei erforderlichen, leicht unterschiedlichen Perspektiven aufzunehmen. Der Adapter macht aus dem einen Objektiv der Videokamera praktisch zwei. Die beiden Strahlengänge werden mit einem Prisma oder einem halbdurchlässigen Spiegel überlagert. Diese Anordnung würde die beiden Perspektiven gleichzeitig aufnehmen, das heißt es fehlt noch der entscheidende Teil, da man die überlagerten Bilder nie wieder trennen könnte.

Hier hilft das Zeilensprungverfahren des Fernsehsystems weiter: Da zuerst die ungeraden Zeilen und zeitlich danach die geraden Zeilen aufgenommen werden, blendet man abwechselnd die linke und rechte Perspektive aus, und zwar im Takt der Halbbilder. Somit landet z.B. die linke Perspektive in den ungeraden Zeilen (erstes Halbbild) und die rechte Perspektive in den geraden Zeilen (zweites Halbbild).
Das Ausblenden erfolgt mit einem LCD-Shutter je Strahlengang. Ein LCD-Shutter ist ohne Spannung durchsichtig, legt man eine Spannung an wird er undurchsichtig, also schwarz. Die Ansteuerung der LCD-Shutter muss, wie schon erwähnt, synchron zum Halbbildtakt erfolgen. Dazu extrahiert der Adapter aus dem Ausgangssignal der Videokamera den Bildtakt. Aus diesem Grund muss der NuView-Adapter an den Videoausgang der Kamera angeschlossen werden.

Der NuView-Adapter ist mit allen Videosystem (8mm, Hi8, VHS, S-VHS, DV) kompatibel, mit Ausnahme progressiver Kameras. Diese nehmen das ganze Bild in einem Rutsch in einen internen Speicher auf, und erzeugen aus diesem das übliche Videosignal. Da der Adapter allerdings davon ausgeht, dass die Kamera nacheinander die Halbbilder aufnimmt, funktioniert die 3D-Aufnahme nicht. Das Problem stellt sich in der Praxis allerdings nicht, da ein progressiver Modus nur in einigen teuren Kameras vorhanden ist und außerdem abgeschaltet werden kann.

Problematisch sind allenfalls noch Kameras mit außenfokusierender Optik. Der NuView-Adapter wird unter anderem am Objektiv befestigt, deshalb darf sich dieses beim Fokusieren und Zoomen nicht drehen. Mit etwas handwerklichem Geschick kann man aber eine andere Befestigung herstellen. Wichtig ist, dass aufgrund des Funktionsprinzips der NuView-Adapter (und alle ähnlichen Geräte nach diesem Prinzip nicht) nicht mit Photoapparaten zusammenarbeiten!

3D-Kameras

Bei den zuvor beschriebenen Adaptern wird der ständige Wechsel zwischen linker und rechter Ansicht im optischen Strahlengang durchgeführt. Die Alternative dazu besteht darin, zwei separate Kameras zu verwenden. Im zuvor beschriebenen Halbbildtakt schaltet man zwischen den beiden Ausgangssignalen um (natürlich elektronisch) und erhält damit wieder ein einziges Videosignal, dass mit jedem Rekorder aufgenommen werden kann. Voraussetzung ist die Synchronität der beiden Kameras (oder man verwendet eine sehr aufwendige Elektronik mit Bildspeichern). Das aufgenommene Videosignal unterscheidet sich nicht von jedem der Adapter-Lösungen.

Der Vorteil von zwei Kameras liegt darin, dass man deren Abstand (also die sog. Stereobasis) vergrößern kann. Damit kann man auch von weiter entfernten Motiven noch einen guten 3D-Effekt erzeugen. Beim NuView-Adapter benötigt man immer einen nahen Vordergrund, ansonsten wirken die Bilder kaum räumlich.

Im Amateurbereich ist die Aufnahme von 3D-Videos mit zwei gewöhnlichen, unsynchronisierten Kameras eine beliebte Methode. Das Prinzip ist simpel: Man startet die Aufnahme auf beiden Kameras möglichst gleichzeitig und synchronisiert die beiden Aufnahmen erst später am Computer. Die Computerbearbeitung erlaubt sowohl ein 3D-Video im konventionellen Interlaced-Format zu erzeugen oder als hochqualitative Alternative eine Videodatei z.B. im Nebeneinander- oder Übereinander-Format. Bei einer Synchronisierung auf Halbbildbasis (anstatt auf Framebasis) erreicht man eine Genauigkeit von 1/100 Sekunde. Der Zufall entscheidet über den tatsächlichen Offset, dieser liegt aber immer zwischen 0 und 1/100 Sekunde. Bei der oben beschriebenen Methode mit Multiplexer oder NuView-Adapter beträgt der Offset genau 1/50 Sekunde (für die Wiedergabe am Fernsehgerät optimal, für andere Wiedergabemethoden nicht, z.B. Wiedergabe am Computer).

Egal ob man einen Multiplexer verwendet oder während der Nachbearbeitung am Computer synchronisiert - es ergeben sich bei der Verwendung zweier Kameras weitere Probleme: Es müssen auch Zoom, Weißabgleich, Belichtung usw. synchronisiert werden, aber diese Möglichkeit bieten leider nur professionellen Kameras. Als Abhilfe stellt man das Zoom auf beiden Kameras immer auf eine der Endpositionen ein und erhält damit einen identischen Bildausschnitt für linke und rechte Perspektive (vorausgesetzt zwei gleiche Kameras wurden verwendet) und verlässt sich bei den übrigen Bildparametern auf die Automatikfunktionen der Kameras. Unter normalen Lichverhältnissen erhält man damit meist brauchbare Ergebnisse. Beispiele findest Du auf den 3D-Seiten von Werner Bloos.

Wiedergabe

Wiedergabe mit Fernsehern und Videoprojektoren:

Am einfachsten erfolgt die Wiedergabe von 3D-Videos am Fernseher. Dazu werden Shutterbrillen verwendet, die einen LCD-Shutter je Auge verwenden. Diese müssen wieder auf den Halbbildtakt synchronisiert werden. Dazu wird in das Videoverbindungskabel zwischen Videorekorder (oder DVD-Player) und Fernseher eine Box geschaltet, die diesen Takt aus dem Signal extrahiert und die Shutter damit steuert. Dies ist auch schon die ganze Funktion der Box, das Videosignal selbst bleibt völlig unverändert!

Der Hacken an der Sache liegt an der Bildwiederholfrequenz: Jedes Auge sieht seine Perspektive nur mehr mit 25 Hz, das Flimmern ist daher unerträglich und führt schon nach kürzester Zeit zu Kopfschmerzen. Beim amerikanischen NTSC-System ergeben sich 30 Hz, also ein etwas besserer Wert. 100 Hz-Fernseher können gar nicht verwendet werden, da diese die Halbbilder intern verdoppeln oder manipulieren und diese daher nicht mehr synchron zum Signal aus der Box angezeigt werden. Es gibt allerdings spezielle 100 Hz-Fernseher, die speziell für 3D-Videos gebaut werden.

Für professionelle Präsentation gibt es Video-Projektoren, die mit Polfiltern arbeiten. Zum Betrachten benötigt man eine Brille mit Polfiltern auf, die es in Pappendeckel- oder Plastikausführungen gibt. Eine metallische Leinwand ist erforderlich, damit die Polarisation des Lichts nicht zerstört wird. Eine andere Variante arbeitet mit Shutterbrillen.

Wiedergabe am Computer:

Am Computer gibt es viele Möglichkeiten ein 3D-Video anzuzeigen. Unter 3D-Verfahren habe ich die wichtigsten beschrieben.

Für alle Computerlösungen braucht man natürlich Software, die das Video im passenden Format darstellt. Als kostenlose Lösung kommt z.B. der Stereoscopic Video Player von Michal Husak oder mein Stereoscopic Player in Frage.

Videoschnitt

Der Videoschnitt am Computer kann mit jeder handelsüblichen Schnittsoftware durchgeführt werden, da 3D-Videos sich nur im Bildinhalt, aber nicht technisch von gewöhnlichen Videos unterscheiden. Wichtig ist nur, das Videosignal mit voller Auflösung (576 Zeilen bei PAL) zu digitalisieren, damit man auch beide Halbbilder (und damit sowohl linkes als auch rechtes Bild) in den Computer bekommt. Dies gilt auch wenn man mit zwei unsynchronisierten Kameras aufnimmt, da man ebenfalls beide Halbbilder für eine bestmögliche Synchronisation benötigt. Vorsicht ist bei Effekten angebracht: nicht alle sind für 3D geeignet, hier kann man sich aber mit Ausprobieren leicht helfen. Nicht erlaubt sind Vergrößerungen und Verkleinerungen des Videos (Skalierungen): Dabei werden ungerade und gerade Zeilen miteinander verschmolzen und der 3D-Effekt zerstört.

3D-Sendungen im Fernsehen

Einige Fernsehsender (z.B. Pro7) haben in der Vergangenheit schon 3D-Sendungen gezeigt. Dabei wurde aber nicht die übliche Technik verwendet, da die meisten Fernsehzuseher keine Shutterbrillen und passende Ansteuerungsbox besitzen. Shutterbrillen gibt es außerdem nicht in günstiger Pappausführung, da die LC-Shutter einen Glasträger verwenden und deshalb unbiegsam sind, außerdem ist die Ansteuerelektronik unvermeidbar.

Für 3D-Sendungen kommt deshalb ausschließlich das Pulfrich-Verfahren zum Einsatz, dass eigentlich kein echtes 3D-Verfahren ist, sondern auf einer optischen Täuschung beruht. Die Kamera muss sich dabei immer in der gleichen Richtung um das Objekt bewegen. Der Zuseher benötigt eine Brille mit heller und dunkler Folie (meist noch eingefärbt, aber nicht notwendigerweise). Da das abgedunkelte Auge den Bildinhalt später wahrnimmt und sich die Kamera bewegt, nehmen die beiden Augen unterschiedliche Perspektiven wahr und ein dreidimensionaler Eindruck entsteht. Bei einem Standbild verschwindet der 3D-Effekt. Die ständige Kamerabewegung (nervend) und der nur schwache 3D-Effekt sind die größten Nachteile des Verfahrens. Vorteile: keine spezielle Kamera erforderlich, Zuseher ohne Brille sehen den Film ganz normal (keine Doppelbilder!). Haupteinsatzgebiet des Pulfrich-Verfahrens (nach dem derzeitigen Patentinhaber auch Telcast 3D genannt) sind Naturdokus. Bei e-m-s sind auch schon DVDs in dieser Technik erschienen, dabei sind aber nur einzelne Sequenzen 3D.

Echte 3D-Filme könnten die TV-Sender technisch gesehen zwar ausstrahlen, aber außer einigen Enthusiasten mit Shutterbrillenausrüstung niemand anschauen.


Letzte Änderung: 11.9.2003