2  Das BAS-Signal

Wie schon unter 1 erwähnt erfolgt mit dem BAS-Signal nur die Schwarzweiß-Bildübertragung, d.h. die Übermittlung  von Helligkeitsinformationen. Diese sind maßgeblich für die Auflösung des Bildes verantwortlich, weil das Auge deutlich empfindlicher auf Helligkeitsunterschiede als auf Farbabstufungen reagiert. Der Einfachheit halber wird deshalb erst auf den folgenden Seiten auf die Farbbildübertragung eingegangen, da für das grundlegende Verständnis das BAS-Signal völlig ausreichend ist.  
Das Fernsehsignal setzt sich somit aus dem Bildsignal (B), dem Austastsignal (A) und dem Synchronsignal (S) zusammen. Der Normspannungswert für das BAS-Signal beträgt in der Fernsehtechnik 1 V, dabei handelt es sich um den Spitze-Spitze-Wert. Wie unten zu sehen, entfallen davon 70% auf den BA- und 30% auf den S-Anteil. In Abbildung 4 ist die schematische Zusammensetzung und der Aussteuerbereich des BAS-Signals dargestellt.

2.1 Bildsignal

Im folgenden Abschnitt soll auf die vom Bildsignal benötigte Bandbreite etwas näher eingegangen werden. Diese wird durch die Auflösung des Bildes bestimmt, d.h. durch die Anzahl der horizontal dargestellten Bildpunkte bzw. die vertikale Zeilenanzahl. Die höchste Frequenz lässt sich aus der Darstellung eines Schachbrettmusters herleiten (Abbildung 5), d.h. es wechseln sich immer schwarze und weiße Bildpunkte, sowohl spalten- als auch zeilenweise, ab. Bei Schwarz liegt der Pegel des Helligkeitssignals bei 0%, bei Weiß bei 100%. Die verschliffene, sinusähnliche Form des Bildsignals ergibt sich durch den endlichen Durchmesser des Abtaststrahls, was in einem kontinuierlichen Hell-Dunkel-Übergang resultiert.

Um die maximale Frequenz zu berechnen, ist es jedoch nötig ein paar Vorbetrachtungen zu machen. In der ITU-Norm ist für die Standards B und G eine Zeilenanzahl von 625 Zeilen pro Vollbild festgelegt, woraus sich die schon erwähnte Zeilenwechselfrequenz von 15625 Hz ergibt. Die Periodendauer einer Bildzeile wird laut ITU mit H bezeichnet und beträgt somit H = 64 μs.
Es muss allerdings berücksichtigt werden, dass Abtast- und Schreibstrahl eine bestimmte Zeit benötigen, um vom  Zeilenende an den Anfang der nächsten  bzw. vom Ende des ersten Halbbilds zum Anfang des zweiten zu springen, die so genannte Strahlaustastung. Hierfür existieren in der ITU-Norm genau festgelegt Rücklaufzeiten.

Für einen Zeilenwechsel beträgt diese Zeit t_ZR = 12 μs , für einen Halbbildwechsel ist t_BR = 25 • H + t_ZR  = 1,612 ms. Für eine Zeile stehen somit nur t_Z = 52 μs (siehe Abbildung 4) und für ein Halbbild nur 18,388 ms zur direkten Bildübertragung zur Verfügung. Damit stehen anstelle von 312 1/2 nur 287 1/2 Zeilen ( 312,5 • 18,388 ms ÷ 20 ms) pro Halbbild für die aktive Bildübertragung zur Verfügung, d.h. 575 Zeilen pro Vollbild. Aufgrund des Seitenverhältnisses von 4:3 ergibt sich somit eine horizontale Bildpunktanzahl von 767.

Mit diesen Werten lässt sich die theoretische Zeitdauer t_BP, die dem Abtast- bzw. Schreibstrahl für einen Bildpunkt zur Verfügung steht ermitteln. Diese beträgt t_BP = 52 μs ÷ 767 = 67,8 ns. Die Periodendauer T_BS des Bildsignals ist deshalb T_BS = 2 • t_BP = 135,6 ns, was theoretisch einer maximalen Frequenz von f_B,max = 7,375 MHz entsprechen würde.

In der Praxis ist dieser Wert jedoch nicht korrekt, da nach ITU-R BT.601-5 die horizontale Auflösung des PAL-Bildes 720 Bildpunkte beträgt, d.h. es wäre "nur" eine Frequenz von f ≈ 6,92 MHz notwenig.
Des Weiteren ist in dieser Empfehlung auch die Abtastfrequenz für das Luminanzsignal mit f_sample = 13,5 MHz vorgegeben. Dies führt aber zu einem Widerspruch in sich selbst. Nach dem Abtasttheorem von Shannon muss die Abtastfrequenz mindestens zweimal so groß sei, wie die höchste im Signal enthaltene Frequenz (f_sample >= 2 • f_signal). Demnach muss die Abtastfrequenz aber mindestens f_sample = 13,84 MHz betragen, um innerhalb von 52 μs 720 Bildpunkte erfassen bzw. darstellen zu können.

Mit einer aktiven Zeilendauer von t_Z = 52 μs und f_sample = 13,5 MHz (f_B,video = 6,75 MHz) lassen sich aber nur 702 aktive Bildpunkte abbilden (2 • 6,75 • 10⁶ • 52 • 10^-6 = 702). Aus diesem Grund haben die Bildpunkte auch kein Seitenverhältnis von 1:1, sondern von 767/702 = 59/54.

Es gibt aber auch eine Möglichkeit 720 aktive Bildpunkte zu erfassen, diese Variante ist zwar nicht ganz ITU konform wird aber nach verschiedenen Quellen dennoch in der Praxis angewandt. Um dies zu erreichen wird die aktive Zeilendauer auf 53,33 μs erhöht, das wird möglich indem sowohl die vordere als auch die hintere Schwarzschulter etwas verkürzt wird.

Die vertikale Auflösung des Bildes beträgt, wie schon erwähnt, 575 Zeilen. Durch die zeilenweise Darstellung würde es jedoch bei voller vertikaler Auflösung (575 Zeilen) zu Übersprecheffekten (Aliasing) im Spektrum kommen. So würde zwar die Darstellung einer schmalen Linie, die genau der Höhe und Position einer Bildzeile und somit des Abtaststrahls entspricht korrekt funktionieren, liegt diese hingegen zwischen zwei benachbarten Zeilen des Bildrasters kommt es aber zu Schwebungseffekten und einer fehlerhaften Bilddarstellung. Wie in Abbildung 6 zu sehen, entstehen bei der Abtastung zwischen den Zeilen der Bildvorlage keine voneinander trennbaren Linien mehr, sondern nur noch eine graue Fläche.

Bei der Verwendung des Zeilensprungverfahrens ist deshalb die volle vertikale Auflösung von 575 Linien nur bei einem Standbild erreichbar, wo die Details gleichmäßig auf die beiden Halbbilder verteilt sind. Bei bewegten Bildern verschieben sich aber die darzustellenden Objekte vom 1. zum 2. Halbbild, was eine korrekte Rekonstruktion der einzelnen Details der Bildvorlage unmöglich macht.

Einen Ausweg bietet die Reduktion der vertikalen optischen Auflösung und zwar um den so genannten Kell-Faktor, benannt nach  R. D. Kell der sich umfassend mit dem Problem der Bildzerlegung beschäftigt hat. Mit dem Kell-Faktor wird somit das Verhältnis zwischen physikalischer und optisch nutzbarer Bildauflösung beschrieben. Dieser beträgt laut ITU: k = 0,67. D.h., dass für die Darstellung von 67 vertikalen, voneinander unterscheidbaren schwarzen und weißen Linien ein Bildraster mit 100 vertikalen Zeilen benötigt wird.
Aus diesem Grund liegt die optische Auflösung des Fernsehbildes in vertikaler Richtung bei ~385 Linien (575 • 0,67). Werden bei sich bewegendem Bild mehr als 385 Linien in vertikaler Richtung dargestellt führt dies zu starken Aliasing-Effekten, d.h. die Details verschwimmen und bilden größtenteils nur noch eine graue Fläche.

Um die Auflösung in horizontaler und vertikaler Richtung wieder aneinander anzupassen, erfolgt ebenfalls ein herabsetzen der Horizontalauflösung um den Faktor k. Das bedeutet, dass die optische Auflösung bei ~513 Linien liegt.

In einem späteren Abschnitt wird allerdings noch gezeigt werden, dass die tatsächliche horizontale optische Auflösung noch geringer ist, als der in der Tabelle angegebene Wert.

Die Reduktion der horizontalen Bildauflösung wirkt sich gleichzeitig positiv auf die benötigte Übertragungsbandbreite aus, welche jetzt nur noch f_B = k • f_B,max  und somit maximal f_B = 4,94 MHz beträgt. Dieser Wert liegt genau innerhalb der von der ITU vorgegebenen Videobandbreite des PAL-Signals von f_B,video = 5 MHz bei der Bildübertragung.