3 Die Farbinformation

Die bisherigen Erläuterungen bezogen sich ausschließlich auf die Übertragung der Leuchtdichteinformationen (Helligkeit). In diesem Abschnitt wird beschrieben, wie zum bestehenden BAS-Signal die Farbinformation (F) hinzugefügt wird.
Das Problem bei der Entwicklung des Farbfernsehens bestand darin, dass sowohl die bereits vorhandenen SW-Fernsehgeräte das Farbfernsehsignal als auch die neuen Farbfernseher eine SW-Sendung verarbeiten können. Das geht nur, wenn im bisher genutzten Frequenzband die Leuchtdichte- und die Farbinformationen zusammen übertragen wird
Dazu müssen aus der Farbbildvorlage Informationen über die Leuchtdichte- und die Farbverteilung gewonnen werden. Eine Bildvorlage kann deshalb, wie in Abbildung 7 dargestellt, durch folgende Komponenten beschrieben werden: Leuchtdichte und Farbart.

Abbildung 7: Komponenten einer farbigen Bildvorlage

Die Farbart wird dabei durch den Farbton, d.h. die entsprechende Wellenlänge des Lichts und die Farbsättigung, d.h. die Intensität der Farbe gegenüber von Weiß, beschrieben.

Technisch kann jedoch nur das Leuchtdichtesignal direkt gewonnen werden, beim Farbartsignal ist dies nicht möglich. Aus diesem Grund wird der Bildübertragung die Dreifarbentheorie von Helmholtz zugrunde gelegt. Diese besagt, dass sich eine beliebige Bildvorlage in drei Primärfarbanteile, Rot (R), Grün (G) und Blau (B), zerlegen lässt. Diese Farbwertsignale (R, G, B) werden in der Praxis durch den Einsatz von farbselektiven Bildaufnahmewandlern gewonnen.

Durch die nichtlineare Kennlinie der verwendeten elektronischen Bauelemente ist vor der Weiterverarbeitung jedoch eine Entzerrung der Signalkomponenten notwendig. Nur so kann der lineare Zusammenhang zwischen dem von der Kamera erfassten und dem von der Bildröhre wiedergegebenen Lichtstrom gewährleistet werden. In den folgenden Abschnitten beziehen sich die Erklärungen immer auf diese Gamma korrigierten Werte, da zu Gunsten der Übersichtlichkeit keine neuen Variablen vergeben werden sollen.

Durch den Einsatz einer entsprechenden Kodierung wird somit sowohl das Leuchtdichte- als auch das Farbartsignal aus den o.g. RGB-Komponenten erzeugt. Auf nähere Erläuterungen zur Kodierung der Signalanteile soll hier aber nicht näher eingegangen werden. D.h. auf die Grundlagen der Farbenlehre die zur entsprechenden Gewichtung der einzelnen Farbwertsignale führt soll hier vorerst verzichtet werden. Mit der dazugehörigen Kodierung erhält man für das Leuchtdichtesignal (Y) folgende Zusammensetzung: Y = 0,299 • R + 0,587 • G + 0,114 • B.
Da es sich in der Praxis jedoch um Spannungswerte handelt, die vom Bildaufnahmewandler geliefert werden, wird das Y-Signal mit Hilfe einer Matrixschaltung gewonnen. Dadurch ergibt sich Y zu:

U_Y = 0,299 • U_R + 0,587 • U_G + 0,114 • U_B

Wie bereits erwähnt lassen sich Farbton und -sättigung nicht durch unabhängige Signale darstellen, weshalb Farbdifferenzsignale verwendet werden. Diese ergeben sich aus den Primärfarben, reduziert um den Leuchtdichteanteil zu R-Y, G-Y und B-Y.
Für die Übertragung ist es indessen ausreichend, wenn zwei der drei Signale übermittelt werden, das sich das Dritte mit Hilfe des Y-Signals rekonstruieren lässt. Standardmäßig wird dazu nur das Rotdifferenzsignal (R-Y) und das Blaudifferenzsignal (B-Y) genutzt. Für die Komponente R-Y wird auch die Bezeichnung V und für B-Y die Bezeichnung U verwendet, woraus der Begriff YUV-Signal resultiert. Die beiden Farbdifferenzsignale lassen sich durch die folgende Vorschrift bilden:

U_V = 0,701 • U_R - 0,587 • U_G - 0,114 • U_B = U_R-Y

U_U = -0,299 • U_R - 0,587 • U_G + 0,886 • U_B = U_B-Y

Wie auch das Leuchtdichtesignal werden die Farbdifferenzsignale in einer Matrixschaltung gewonnen, wie sie schematisch in Abbildung 8 zu sehen ist.

Auf der Empfängerseite wird das dritte Farbdifferenzsignal G-Y durch folgende Rechnung wiedergewonnen:

(U_G - U_Y) = -0,509 • (U_R - U_Y) - 0,194 • (U_B - U_Y)

Somit lässt sich auch das komplette RGB-Signal zur Ansteuerung der Farbbildröhre rekonstruieren. Für die Ansteuerung einer SW-Bildröhre wird hingegen nur das U_Y -Signal benötigt. Hier wird auch der Grund für die Zerlegung des RGB-Signals deutlich, denn nur so lässt sich eine Kompatibilität zw. SW- und Farbfernsehen gewährleisten.