tv (Teknik)

Siden de første praktisk anvendelige fjernsynsudsendelser fandt sted i 1930'erne, har en lang række tv-systemer set dagens lys. Op til i dag (2006) har de alle været indrettet efter det menneskelige øjes fysiologi, der giver mulighed for at skabe indtrykket af levende billeder ved at lade en intensitetsmoduleret, punktformet lysplet tegne billedet på en billedskærm, i takt med at motivet afsøges (skanderes af et kamera).

En tv-transmission er baseret på, at det billeddannende punkt bevæger sig fra venstre mod højre med konstant hastighed og springer hurtigt tilbage, når det når billedkanten. Samtidig udfører punktet en langsommere bevægelse nedad, til det når billedets underkant, og springer så atter op. Man kan altså tale om en billedfrekvens, nemlig antallet af spring fra bund til top pr. s, og en linjefrekvens, der er linjeantallet multipliceret med billedfrekvensen. I de fleste systemer fordobler man (del-)billedfrekvensen ved at forskyde linjerasteret i hvert andet billede (interlace). Moderne europæiske tv-systemer anvender 625 linjer fordelt på to delbilleder og en delbilledfrekvens på 50 pr. s (svarende til en billedfrekvens på 25 pr. s), hvorved der opnås et roligt billede og en tilstrækkelig detaljegengivelse.

Ved udviklingen af farve-tv har man ønsket, at de eksisterende s/h-modtagere kunne modtage og vise farvesignalet i sort/hvid. Et s/h-signal er et rent luminanssignal, dvs. at der for hvert punkt på skærmen (pixel) sendes og modtages ét signal, som angiver lysstyrken. Til at vise farver kræves for hvert skærmpunkt tre signaler, som angiver intensiteterne for hhv. rød (R), blå (B) og grøn (G). Disse tre signaler kunne i princippet sendes hver for sig til en farvemodtager, men ville ikke kunne anvendes i en s/h-modtager. Derfor danner man ud fra tv-kameraets optagelse af R, B og G et nyt signal (Y), som angiver den sort/hvide lysstyrke. Det fås ved følgende kombination af de tre farvers lysstyrke Y = 0,3R+0,59G+0,11B. Ved nu at sende luminanssignalet Y og de to såkaldte krominanssignaler (R−Y) og (B−Y) opnås, dels at en s/h-modtager ved blot at modtage Y får det rette sort/hvide signal, dels at en farvemodtager ved at lægge Y og (R−Y) sammen finder styrken for den røde farve, og tilsvarende ved at lægge Y og (B−Y) sammen finder den blå styrke. Når Y, R og B kendes, kan modtageren ved elektronisk beregning finde den grønne styrke G af ligningen ovenfor.

Luminanssignalet sendes med fuld båndbredde (dvs. stor nøjagtighed), da øjets opløsningsevne er bedre for sort/hvide overgange end for farveskift, mens krominanssignalerne sendes med mindre båndbredde (dvs. mindre nøjagtighed). Teknisk set modulerer krominanssignalerne en farvebærebølge, som er føjet ind i den øvre ende af videofrekvensbåndet (4,43 MHz).

Der er to analoge standarder, som er godkendt til international udveksling af tv-programmer: det amerikanske NTSC-system og det vesteuropæiske PAL-system. NTSC, som første gang blev demonstreret i 1953, anvender 525 linjer og 60 delbilleder pr. s. De to krominanssignaler amplitudemoduleres på to 90° forskudte bærebølger med frekvensen 3,58 MHz over billedbærebølgen. Det europæiske PAL-system bygger på de samme principper, men anvender 625 linjer og 50 delbilleder pr. s. Her fasevendes det ene af de to krominanssignaler for hver ny linje i et delbillede, hvorved variationer i farvetonen pga. transmissionsfejl ændres til variationer i farvemætning, som øjet bedre kan tolerere. Både NTSC og PAL er systemer, som egner sig til transmission over terrestriske sendere, kabelnet og satellit. I såvel NTSC som PAL sendes lydinformationen som et FM-moduleret signal med bærebølgen hhv. 4,5 og 5,5 MHz over billedbærebølgen. Man kan ikke modtage NTSC-signaler med en PAL-modtager og omvendt, men der findes tv-modtagere, der er bygget til at klare begge standarder.

I Frankrig og fransktalende lande samt i de fleste østeuropæiske lande anvendes SECAM, hvor luminansen har samme form som i PAL. Derimod overføres krominansen ved, at farvebærebølgen frekvensmoduleres sekventielt. Herved bliver krominansen ufølsom over for amplitude- og fasefejl i overføringen.

Siden slutningen af 1980'erne har MAC-systemet vundet indpas som satellitbåret tv-system. Informationerne overføres i et tidsdelt multipleks (TDM), som kombinerer et analogt billedsignal med et digitalt signal, der indeholder lyd-, data-, synkroniserings- og styresignaler. Billedsignalet består af linjer med tidskomprimerede, samplede krominans- og luminanskomponenter, der er tidsforskudte. Det kan foruden en god billedkvalitet overføre flere samtidige lydkanaler, bredt billedformat (16:9, bredde:højde) og datainformationer. Den mest anvendte version, D2-MAC, anvendes normalt med to stereolydkanaler med høj kvalitet.

Svagheden ved de analoge tv-systemer er, at de fylder meget i båndbredde og derfor er relativt dyre at transmittere, at de er vanskelige at kode (kryptere) med henblik på at udelukke ikke-betalende seere, at de vanskeligt kan overføre data og indgå i multimediaudviklingen, og at de ikke er fleksible, så de kan justeres til netop at opfylde de tekniske krav til en given opgave.

Manglerne ved analoge systemer kan opfyldes af det digitale systemkompleks DVB, (Digital Video Broadcasting), der i 1990'erne blev udviklet i Europa. DVB anvender til billed- og lydkodning MPEG2-komplekset, som kan benytte forskellige skanderingsformater, fx antal linjer i billedet (levels) og forskellige niveauer for signalbeskyttelse (profiles). Dette system åbner for en eventuel udvikling af højopløsnings-tv, se HDTV.

DVB anvendes allerede af mange europæiske tv-stationer til transmission over satellit. Systemniveauet er "main level/main profile" svarende til 625 linjer i billedet og en bitrate fra 3 til max. 15 Mbit/s; der sendes med billedformaterne 4:3 eller 16:9. De fleste europæiske lande sender regelmæssige udsendelser fra terrestriske sendere med DVB-T, ligesom mange store kabelanlæg i Europa sender med DVB-C. For kabelanlæggene giver det digitale system plads til flere kanaler og sikker kryptering, men også umiddelbar mulighed for at udnytte DVB-systemets interface til Internet og andre dataoverførsler.

Den første officielle danske landsdækkende digitale udsendelse over DVB-T-antennenettet skete 31.3.2006 efter flere års forberedelse og forsøg i Nordjylland. Distributionen af tv-signaler efter DVB-T-systemet foretages af I/S DIGI-TV (digi-tv.dk), som ejes af DR og TV 2/Danmark i fællesskab. Frem til 2011 vil man kunne modtage både analoge og digitale signaler, derefter forventes det analoge sendenet lukket.

Tv-kameraet, (videokameraet) omdanner lysinformation til elektriske signaler. Den centrale komponent er kamerarøret, som første gang blev anvendt i 1930'erne i forbindelse med de tidlige fjernsynstransmissioner. De første rør af typen ortikon var meget store, vanskelige at styre og kun svagt lysfølsomme. Siden har man anvendt forskellige rørtyper, bl.a. billedortikon (image orticon), som er mere lysfølsomme. Det var fremkomsten af plumbikonrøret i 1960'erne, der muliggjorde farvefjernsynets gennembrud. Plumbikonrør er mindre (diameter 2,5 cm, længde 20 cm), således at tre rør med følsomhed for hhv. rødt, grønt og blåt lys, som anvendes til farvefjernsyn, kan anbringes i ét kamerahus. Kamerarør findes også med følsomhed i det infrarøde eller ultraviolette spektralområde til specielle formål som fx overvågning, styring af industrielle processer samt militære instrumenter.

Lyset når kamerarøret gennem et linsesystem, og der dannes et billede på en lysfølsom plade. I de ældre rørtyper består pladen af punktformige elektroder isoleret fra hinanden. Ved belysning sker der fotoemission fra pladen, hvorved elektroner slås løs fra punktelektroderne. De enkelte punkters elektriske ladning vil derfor være bestemt af det optiske billede på pladen. Ved at aflade elektroden med en elektronstråle, der systematisk afsøger pladen, opnås en modulation af strålen, som kan omdannes til et elektrisk signal proportionalt med belysningen af pladen. Efter afladning gentages processen, i fjernsyns- og videosystemer typisk 25 gange pr. s.

I nyere kameratyper er rørene erstattet af lysfølsomme halvlederkomponenter (CCD, Charged Coupled Devices), som er små, robuste og meget lysfølsomme.

Tv-modtageren, (fjernsynet) modtager lyd- og billedsignaler fra en antenne eller et kabel-tv-anlæg. Apparatet består af en kanalvælger, elektroniske komponenter til behandling af signalet, et billedrør og en eller flere højttalere. På billedrørets skærm dannes billedet af én (s/h) eller tre (farve-tv) elektronstråler, som vha. synkroniseringsimpulser afbøjes hen over skærmen på samme systematiske måde som i tv-kameraet.

Der er tale om meget svage elektriske signaler, og det første kredsløb i en sædvanlig PAL-farvemodtager, som anvendes i Danmark, er en radiofrekvensforstærker (rf). Den forstærker de højfrekvente informationer (VHF eller UHF) på en sådan måde, at forholdet mellem information og elektrisk støj ikke forringes. Kanalvælgeren, som består af et antal fast afstemte, selektive forstærkere (tunere), kobler rf-forstærkeren ind på signalet fra den valgte tv-station. Det forstærkede rf-signal føres derefter til en mixer, hvor billed- og lydfrekvenserne omsættes til faste frekvensbånd, som er bedre egnede til den fortsatte bearbejdning i separate mellemfrekvensforstærkere.

Udgangssignalet fra den mellemfrekvensforstærker, der behandler videosignalet, tilføres videodemodulatoren, der videregiver et kompositsignal. Det består af et monokromt (s/h) luminanssignal (lysstyrke) med en båndbredde på 5 MHz, der også rummer synkroniseringsimpulser, og et krominanssignal (farve), der er kvadraturmoduleret på en farvebærebølge på 4,43 MHz. Farvesignalet indeholder også farvesynkroniseringsimpulser (burst). Via en luminansforstærker føres luminanssignalet til farvebilledrørets tre katoder. Luminansforstærkeren har et båndstopfilter, der fjerner farveinformationerne, og indeholder tillige et forsinkelsesled, der giver tid til bearbejdning af farvesignalet, samt kontrast- og lysstyrkeregulering.

Fra kompositsignalet udtages farvesignalet via et båndpasfilter og føres gennem en smalbånds farve-mellemfrekvensforstærker med midterfrekvens 4,43 MHz til en løbetidsdemodulator. Denne indeholder et 64 μs-forsinkelsesled, således at der kan gemmes en hel tv-linje. Med signalet fra to på hinanden følgende tv-linjer til stede er det nu muligt at splitte farveinformationen op i to farvekomponenter, der repræsenterer rødt og blåt. Den tredje farve, grøn, skabes efter demodulation ved elektronisk beregning i et matrixkredsløb.

De tre farveinformationer ledes efter forstærkning til hver sit styregitter i billedrøret. Samtidig er synkroniseringsimpulserne fra basisbåndsignalet udskilt i et separatorkredsløb og opdelt i vandrette og lodrette synkroniseringsimpulser. Disse producerer via afbøjningsgeneratorer de strømme, der løber gennem de elektromagnetiske afbøjningsspoler og får billedrørets elektronstråle, der er moduleret med billedsignalet, til at blive afbøjet over hele billedskærmen og således tegne billedet.

Parallelt med billedbehandlingen føres lydinformationen fra lydmellemfrekvensforstærkeren til en frekvensdetektor og herfra som et lavfrekvent mono-audiosignal via forstærkere til tv-modtagerens højttalere.

Siden begyndelsen af 1980'erne har en række europæiske lande supplerende også udsendt et digitalt lydsignal (NICAM) for transmission af stereo og flerkanallyd i tv. Dette signal er moduleret på en ekstra bærebølge 5,85 MHz over billedbærebølgen. Mange nyere modtagere indeholder også en NICAM-dekoder.

Af andre ekstrafaciliteter kan nævnes dekodere til tekst-tv og surround sound. Endelig rummer et tv-apparat kredsløb til ensretning og omsætning af netspænding til hhv. lavspænding for rør- eller halvlederkredsløb og højspænding (15.000-20.000 V), som er nødvendig for at etablere billedrørets skandering med elektronstrålen.

Til modtagning af såvel det analoge MAC-signal, der i vidt omfang sendes fra satellitter, som det europæiske digitale tv-system, DVB, der efter 2000 forventes at vinde indpas, vil i overvejende grad blive anvendt set-top-bokse, som udnytter PAL-modtageren som gengiver.

Læs mere om tv.