Was ist HDTV?

Die Abkürzung steht für "High Definition Television", also für hochauflösendes Fernsehen und Video. Das ist eine völlig neue Qualitätsklasse, der grösste Fortschritt seit 1954 das Farbfernsehen eingeführt wurde. HDTV bringt bis zu fünf Mal soviel Bildinformation, Breitbild und Surroundsound, das ergibt ein fesselndes Erlebnis, wie man es bisher nicht gekannt hat.

Je grösser der Bildschirm oder die Projektionsleinwand, umso deutlicher wird der Unterschied zum herkömmlichen Fernsehen.

Wie kann man HDTV sehen?

Sie brauchen einen Bildschirm, der in der Lage ist, die hohe Bildauflösung darzustellen. Das ist bei den meisten Computer-Displays der Fall, aber bei fast keinem Fernsehgerät mit klassischer Bildröhre. Am ehesten kommen LCD- oder Plasma-Displays in Betracht, auch Videoprojektoren ("Beamer") und Rückprojektionsgeräte. Wichtigste Beurteilungsgrösse ist dabei die Zahl der horizontal darstellbaren Zeilen. Es gibt keine allgemein anerkannte und verbindliche Grenze zwischen Standard-Auflösung (SD) und High Definition (HD), aber mehr und mehr kristallisiert sich die Übereinkunft heraus, ein HDTV-taugliches Gerät müsse im 16:9 Format mindestens 720 Zeilen darstellen können. Dies hat die  "European Industry Association for Information Systems, Communication Technologies and Consumer Electronics " EICTA festgeschrieben.

Der Vergleich zeigt: Herkömmliches Fernsehen und Video zeigt 576 horizontale Zeilen. Auf jeder können bis zu 720 Bildpunkte (Pixel) dargestellt werden, sodass ein Bild insgesamt 414.700 Bildpunkte enthalten kann. Demgegenüber kann das neue High Definition Format bis zu 5 Mal soviel Information zeigen, das bringt einen enormen Gewinn an Bildschärfe und Detailgenauigkeit.

Je grösser der Bildschirm oder die Projektionsleinwand, umso eindrucksvoller wird der Unterschied zum herkömmlichen Fernsehen.

Wie funktioniert HDTV?

Nach herkömmlicher Technik setzt sich ein Fernseh- oder Videobild im Seitenverhältnis von 4:3 aus 576 sichtbaren Zeilen zusammen, von denen jede 720 Bildpunkte (Linien) darstellen kann. Diese 576 horizontalen Zeilen bekommt man allerdings nicht zugleich zu sehen. Weil Mitte des letzten Jahrhunderts noch nicht so grosse Informationsmengen übertragen werden konnten, erfand man eine Methode, zuerst die Zeilen 1,3,5,7 und so weiter zu übertragen und danach die Zeilen 2,4,6,8 etc. Dies war ausserdem auch nötig, weil bei den damals verfügbaren Bildröhren die Gefahr bestand, dass das Bild oben schon wieder dunkel wurde bevor unten die letzte Zeile geschrieben war. Der Aufbau eines kompletten Bildes hätte 1/25 Sek. gedauert und das war für die damaligen Bildröhren zu lang, denn die Nachleuchtdauer der Phosphore reichte dafür nicht aus. Der Aufbau eines "Halbbildes" dauert nur 1/50 Sekunde und infolge der Trägheit des Auges addieren sich die beiden Hälften im Gehirn zu einem vollständigen Bild. Dieses Verweben von Halbbildern miteinander nennt man "Zeilensprung"-Verfahren oder "Interlacing". Damit sind allerdings auch Nachteile verbunden, vor allem Flimmern sowie Unschärfen bei bewegten Bildern.

Mit High Definition beginnt nun ein völlig neues Zeitalter von Fernsehen und Video:

• Das Breitbildformat bringt ein kinoähnliches, dem natürlichen Sehfeld angenähertes Seitenverhältnis
• Eine Vervielfachung der Bildpunkte macht eine Fülle feinster Details sichtbar
• Die Möglichkeit progressiven Bildaufbaus ergibt einen bedeutend höheren Schärfeeindruck und produziert flimmerfreie Bilder
• Surroundsound sorgt für ein profundes Klangerlebnis

HDTV in verschiedenen "Duftnoten"

Anders als herkömmliches Fernsehen und Video ist HDTV kein starr definiertes System. Es lässt sich individuellen Erfordernissen anpassen. Folglich gibt es HDTV in verschiedenen Ausführungen:

• 1280 x 720p bringt 1280 Bildpunkte in der Horizontalen und 720 in der Vertikalen, die progressiv dargestellt werden. Man bekommt also jederzeit Vollbilder zu sehen, und zwar 50 in jeder Sekunde. Das bringt gegenüber den Halbbildern von herkömmlichem Fernsehen und Video einen enormen Gewinn an Informationsdichte, Schärfeeindruck und Bildruhe. Hinzu kommt eine Verdoppelung des Detailreichtums in Breite und Höhe. Für progressive Bilddarstellung spricht ausserdem, dass sie einfacher und effizienter zu komprimieren ist.
• 1920 x 1080i bietet sogar 5 Mal soviel Bildinformation wie herkömmliches Fernsehen und Video, allerdings nur bei 25 Bildern pro Sekunde, also einer geringeren nBewegungsauflösung. Hinzu kommt, dass diese Bilder "interlaced" übertragen werden. Das liegt zum einen daran, dass hier für progressive Uebertragung ein enormer Datenaufwand nötig wäre, andererseits, dass bei dieser Informationsdichte das Interlacing nicht mehr dermassen nachteilig in Erscheinung tritt. Weil das Zeilensprungverfahren ("Interlacing") die Qualität bewegter Bilder deutlich einschränkt, sehen die längerfristigen Planungen von Geräteherstellern und Fernsehanstalten allerdings vor, in einigen Jahren auch 1080 Zeilen progressiv zu übertragen.

Fernsehsender können beide Formate ausstrahlen und Bildschirme können beide wiedergeben.

Warum das Format 1920x1080i25 nicht ohne weiteres für eine grössere Bildschärfe garantiert als 1280x720p50, zeigt die nachstehende Grafik. Diese stellt die Informationsdichte dar, die das Auge pro Sekunde erreicht. Hier erkennt man, dass 1080i25 dem Auge nur etwa 10 Prozent mehr Information bietet als 720p50 weil 720p jeweils 50 Vollbilder pro Sekunde zeigt, 1080i aber nur 25. Hinzu kommen beim Format 1080i25 unvermeidliche Unschärfen, sobald sich im Bild irgendetwas bewegt. Also liegt der Wunsch nahe, die Vorzüge beider Formate zu einem "high-end" Format 1920x1080p50 zu verbinden. Tatsächlich wird dieses schon heute da und dort für hochstehende Studioproduktionen verwendet. Es bedingt aber eine nochmalige Verdopplung der Datenrate. Mit einer deratigen Datenmenge kann man vorläufig nicht ökonomisch umgehen, daher wird man 1920X1080p50 für Distribution und Wiedergabe noch auf Jahre hinaus nicht einsetzen können.

Was ist Bewegungsunschärfe ?

Beim Format 1080i25 werden die Videobilder aus zwei nacheinander aufgenommenen Hälften zusammengesetzt. Zuerst - innerhalb einer 50stel Sekunde - die 540 Zeilen Nummer 1, 3, 5, 7 und so weiter, in der nächsten 50stel Sekunde die weiteren 540 Zeilen Zeilen Nummer 2, 4, 6, 8 etc. Das ergibt zusammengesetzt pro Sekunde 25 Vollbilder von insgesamt 1080 Zeilen, und es führt zu hoher Bildschärfe bei relativ niedriger Datenrate - allerdings nur bei Standbildern. Denn wenn sich zwischen der Aufnahme des ersten Halbbildes und der des zweiten Halbbildes irgendetwas bewegt hat, passen diese beiden Halbbilder nicht mehr genau zusammen. Das stark vergrösserte Beispielbild zeigt diesen Effekt, der bei progrssiver Bildaufnahme nicht auftritt.

Wie schliesst man HDTV-Geräte an ?

Zum Verbinden von Abspielgerät oder Settopbox mit HD-Bildschirm oder HD-Projektor sind die aus der SD-Technik bekannten Anschlüsse SCART, Y/C und Composite nicht geeignet. Die aus der Computertechnik bekannte VGA-Verbindung sowie die Videoverbindung via Komponenten sind hingegen HD-tauglich - allerdings nur mit Einschränkungen, denn Analogverbindungen wie diese sind nicht gegen unerlaubtes Kopieren geschützt. Die Digital-Verbindungen DVI und HDMI transportieren dasselbe Datenformat, DVI allerdings nur Bild, HDMI hingegen Bild und Ton. HDMI-Verbindungen sind immer durch das Verschlüsselungssystem HDCP geschützt und daher uneingeschränkt zukunftssicher. Das kann von DVI-Eingängen nicht immer gesagt werden, denn solche kommen mit und auch ohne HDCP-Kompatibilität vor. Daher ist hier Vorsicht geboten: Bei Bildschirmen oder Projektoren mit DVI-Eingang ist unbedingt darauf zu achten, dass diese ausdrücklich als "HDCP-tauglich" gekennzeichnet sind, andernfalls können sie keine geschützten Programme (z.B. Spielfilme) wiedergeben.

Was ist Scaling ?

Ein Bildschirm muss die verschiedensten Bildformate wiedergeben können. Dazu muss er das Eingangssignal so umrechnen, dass jederzeit das vom Betrachter gewünschte Format gezeigt wird (4:3, verschiedene Breitbild-Modi, Zoom). Die Umrechnung, z.B. von 576 auf 720 Zeilen oder von 1080 auf 720, ist eine äusserst komplexe Angelegenheit, die zu Qualitätseinbussen führen kann. In der Raffinesse der Elektronik, die diese Umrechnung bewerkstelligt, unterscheiden sich die einzelnen Marken und Modelle sehr stark voneinander. Daher können sich sogar Geräte, die Panels vom selben Hersteller verwenden, in ihrer Bildqualität markant voneinander unterscheiden. Es ist also verfehlt, einfach von der Zahl der Bildzeilen eines Panels auf dessen Bildqualität zu schliessen. Man muss unbedingt einbeziehen, wie gut die Elektronik mit bewegten Bildern aus unterschiedlichen Quellen umgeht.

Was ist De-Interlacing ?

Wie oben auf dieser Seite beschrieben, werden PAL-Fernsehsendungen, aber auch HDTV-Sendungen meist im Format 1080i, im Zeilensprungverfahren ("interlaced") ausgestrahlt. Da LCD- und Plasmapanels sowie Projektoren aber Vollbilder ("progressiv") zeigen, müssen die Halbbilder in diesen Geräten zu Vollbildern zusammengefügt werden. Damit das möglichst ohne Nebenwirkungen wie z.B. Bewegungsunschärfen geschieht, ist eine augeklügelte Elektronik vonnöten, die bei den verschiedenen Marken und Modellen unterschiedlich hoch entwickelt ist.

Was muss man über Verschlüsselung wissen?

Immer mehr Fernsehsender übertragen ihre Programme verschlüsselt. Man kann sie also nicht mehr mit beliebigen Geräten empfangen, sondern man benötigt einen speziellen Decoder und eine so genannte Smart Card, die zum Empfang berechtigt. Für die Verschlüsselung gibt es zahlreiche Gründe:

• Manche Sender wollen oder müssen ihr Sendegebiet einschränken, etwa wenn sie über Satellit übertragen wie SRG und ORF.
• Programmveranstalter wie RTL wollen ihre Rechte schützen, so dass niemand unbefugt damit Geschäfte machen kann, etwa fremde Werbung dazwischenschneiden oder ins Bild einblenden.
• Infrastrukturbetreiber wie Kabel- oder Satellitenfirmen wollen die Zuschauer an den Kosten der Übertragung beteiligen, etwa bei der HD+-Plattform in Deutschland.
• Bei klassischem Pay-TV zahlt der Kunde für die Inhalte, so wie bei Sky oder dem Teleclub in der Schweiz.

Rund um die Verschlüsselung gibt es aber viel Verwirrung, weil zahlreiche Begriffe unklar sind oder falsch verstanden werden.

1. Verschlüsselung oder Scrambling

Alle TV-Sender, die digitale Programme verschlüsselt ausstrahlen, nutzen einen gemeinsamen Standard, der in der DVB-Norm festgelegt ist. Er nennt sich Common Scambling Algorithm (DVB-CSA) und besteht aus einer so genannten Verwürfelung, bei der die einzelnen Datenpakete in eine wirre Reihenfolge gebracht werden. Diese Reihenfolge ändert sich zudem ständig. Um daraus nun ein sauberes Bild- und Tonsignal zusammenzusetzen, benötigt der DVB-Empfänger einen Schlüssel sowie die Information, für welche Datenpakete dieser Schlüssel gültig ist. Weil dieses Verfahren in der Norm verankert ist, lassen sich mehrere Wege, wie der Schlüssel transportiert wird, gleichzeitig einsetzen. Man nennt das dann Simulcrypt und das bedeutet, dass ein Sender zum Beispiel mit Nagravision und NDS Videoguard parallel zugänglich gemacht wird. Gleichzeitig muss eine Kennung im Sendestrom enthalten sein, welche Karten für dem Empfang freigeschaltet sind. Dabei hat jede Karte eine eigene, nicht auslesbare Nummer.

2. Zugangsberechtigungs-Systeme oder Conditional Access (CA)

Für die Übertragung der Schlüssel, die zum Empfang notwendig sind, gibt es zahlreiche Verfahren, von denen die bekanntesten Nagravision, NDS Videoguard, Conax, Irdeto, Viaccess  oder Betacrypt heissen. Sie regeln, wie Kontrolldaten im Datenstrom versteckt werden, wie aus ihnen der Schlüssel errechnet werden kann, wo auf den Karten die jeweilige Berechtigung so versteckt wird, dass sie nicht auslesbar ist, und so weiter. Diese Methoden sind frei wählbar, so dass die einzelnen Anbieter ihre CA-Systeme ständig weiterentwickeln können; von den meisten Firmen gibt es daher mehrere Versionen, die sich teilweise grundlegend voneinander unterscheiden.

Man unterscheidet dabei zwischen einem eingebauten CA-Verfahren (Embedded) und einer Lösung auf Basis des Common Interface (CI, siehe unten). In der Regel hat ein Empfänger immer nur ein Zugangssystem eingebaut, so dass das Gerät oft nur für einen speziellen Dienst nutzbar ist. Gleichzeitig können Sender und Verschlüsselungsfirma den Herstellern von Set-top-Boxen bestimmte Bauarten und Funktionsweisen vorschreiben. So kann zum Beispiel verlangt werden, dass innerhalb der Box kein Signal ungeschützt abgreifbar sein darf oder dass am Ausgang ein Kopierschutz (z. B. Macrovision an Scart und HDCP an HDMI) aktiviert werden muss.

Eindeutig einem bestimmten Verfahren zugeordnet ist auch die jeweilige Smart Card. So lassen sich mit einer Nagra-Karte keine Videoguard-Empfänger betreiben. Eine Ausnahme ist das so genannte Tunneln oder Umhüllen (Tunneling, Enveloping). Das hat man zum Beispiel bei Nagra eingesetzt, um damit auch Empfänger betreiben zu können, die Betacrypt eingebaut haben. Dort wird auf der Karte ein zweites Protokoll eingesetzt, das die Kontrollcodes entsprechend übersetzt.

3. Gemeinsame Schnittstelle oder Common Interface (CI)

Im DVB-Standard verankert ist die Spezifikation einer offenen Schnittstelle, die es erlauben soll, mit jedem Empfänger jedes Verschlüsselungssystem zu nutzen, das Common Interface (CI). Dieser Schlitz nimmt ein Modul auf, in dem ein Chip die Übersetzung der jeweiligen Befehle des CA-Systems in die von jedem DVB-Receiver verstandenen Schlüssel des CSA-Verfahrens besorgt. Von Seiten der EU-Kommission wird verlangt, dass jeder Fernseher mit DVB-Empfangsteil eine solche Schnittstelle besitzt. Allerdings sind die Sender nicht verpflichtet, die Benutzung dieser Module zu erlauben. Zahlreiche Betreiber bestehen darauf, dass der Empfang ihrer Programme nur mit von ihnen lizensierter Hardwäre möglich ist, etwa BSkyB in Großbritannien. Die CI-Module (manchmal auch CA-Modul genannt) enthalten eines oder mehrere CA-Systeme. Sie benötigen dafür eine Lizenz, etwa von Nagra, Conax oder NDS. Allerdings genügt eine einzelne Lizenz nicht für alle entsprechend verschlüsselten Angebote oder Smart Cards. So lassen sich manche Nagra-Karten in CI-Modulen verwenden, andere dagegen nicht.

4. CI-plus

Am CI-Standard wird häufig kritisiert, dass er nicht allen Sicherheitsanforderungen genügt. Vor allem gilt das für die offene Übertragung der Schlüssel über die Schnittstelle. Daher hat eine Arbeitsgruppe aus Firmen und Anbietern eine Weiterentwicklung in Form von CI-plus verabschiedet. Darin ist unter anderem eine weitere, allerdings einheitliche Verschlüsselung der Kontrolldaten zwischen Modul und Empfänger geregelt (in AES oder Triple-DES), dazu Sicherheitsmassnahmen auf Empfängerseite, etwa die Verschlüsselung von Aufzeichnungen und der Bezug von Lizenzen für die Wiedergabeberechtigung, vergleichbar mit den DRM-Systemen am PC wie Windows-DRM oder Apple Fairplay.

CI-plus soll es erlauben, möglichst alle Funktionen eines CA-Systems über die gemeinsame Schnittstelle zu organisieren, von der Kontrolle der Aufzeichnungen bis hin zu Jugendschutz. Damit würden spezielle Boxen, die nur ein Verfahren oder einen Anbieter unterstützen, überflüssig. Beschränkungen über das CA-System hinaus sind mit CI-plus nicht möglich, CI-plus dient lediglich als eine Art Übersetzer.

CI-plus und CI sind miteinander kompatibel, soweit es die Grundfunktionen des Common Interface betrifft. Ein CI-plus-taugliches Gerät lässt sich lässt sich mit einem CI-Modul betreiben, dann allerdings nur auf der Ebene von dessen Funktionen; umgekehrt passt ein CI-plus-Modul in jeden CI-Schlitz, funktioniert da aber nur wie ein CI-Modul. Wenn ein CI-plus-Modul so eingesetzt wird, muss es die Entschlüsselung verweigern, falls das CA-System nur CI-plus erlaubt.

Es liegt an den Sendern, ob sie die Verwendung von CI-plus-Modulen verlangen. Vereinzelt gab es bereits Kritik, weil manche Einschränkungen von CA-Systemen nicht über CI-plus zu regeln sind, etwa beim Ansehen von aufgenommenen Sendungen das Überspringen von Werbepausen zu unterbinden (so genanntes Ad Skipping). Für diese Art der Steuerung wäre der Einsatz der DVB-Technik CPCM (Content Protection and Copy Management) nötig. Aus diesem Grunde wollen manche Sender das Aufnahmen ihrer Programme grundsätzlich unterbinden.

5. Plattformen (HD+ und andere)

Unter einer Plattform versteht man im digitalen Fernsehen den Betrieb eines Angebots, das mit einheitlicher Technik und gemeinsamer Verschlüsselung zu empfangen ist. Auch Plattformen ohne Verschlüsselung kommen vor, etwa die Freesat- und Freeview-Systeme in England, die nur interaktive Funktionen regeln. Bei nicht frei empfangbaren Angeboten kommt es vor allem auf die Smart Card an, die für alle Programme benutzbar sein muss. Solche Plattformen gibt es zum Beispiel beim ORF, wo über die Technik dieses Senders auch andere Angebote zu empfangen sind, etwa von Premiere/Sky oder Arena. In Frankreich gibt es TNTSAT, das sowohl über Astra wie über terrestrische Antennen empfangbar ist und vor allem für HD-Sender genutzt wird. In Deutschland soll HD+ eine solche Plattform darstellen, über die auch konkurrierende Anbieter wie RTL oder Sat1 zu sehen sind. Auch Premiere hat versucht, sich mit dem Angebot Premier Star in dieser Richtung zu profilieren, dieses Bouquet wurde aber eingestellt beziehungsweise in das neue Sky-Programm integriert.

Der Betreiber einer Plattform kann – in Absprache mit den vertretenen Sendern – festlegen, welche Anforderungen er stellt. Freesat zum Beispiel bringt eine spezielle Benutzerführung und Programminformation mit sich, dazu eine Steuerung der Parallelausstrahlung von normaler und HD-Qualität. Astra als Betreiber von HD+ verlangt recht hohe Sicherheitsnormen, so zum Beispiel CI-plus auf Empfängerseite oder wenigstens spezielle CI-Module, die nur in bestimmten Receivern einer Marke funktionieren. Conditional Access bei HD+ ist Nagravision in neuester Form. Es ist auch der Plattformbetreiber, der entscheidet, wo, auf welchem Weg und zu welchen Konditionen die nötigen Smart Cards verkauft werden. So werden beispielsweise die Smart Cards für die deutsche HD+ Plattform ausschliesslich in Deutschland verkauft, sodass diese Programme in den anderen europäischen Ländern über Satellit nicht zu empfangen sind.

Abkürzungen aus der professionellen Videotechnik und deren Bedeutung (englisch)