1982 : de start voor digitale tv

Geschreven door Jan Cuypers.

In de jaren 1970 begint de opmars van de digitale elektronica. Ook bij de productie en de uitzending van TV-programma’s  vinden toestellen die de signalen digitaal verwerken meer en meer ingang. Mondjesmaat, want de meeste elektronische kringen werden nog met individuele componenten uitgevoerd, er waren nog geen krachtige geïntegreerde kringen.

Productiehuizen en omroepen gebruiken dure digitale effectenmachines, dikwijls van het Britse pioniermerk Quantel. Ze worden vooral ingezet voor videoclips en andere high-endtoepassingen. Vaak zijn die effecten brutaal en nu minder genietbaar of triviaal, soms subtiel, ja artistiek zoals bij deze videoclip van Kate Bush uit 1978. Klik op de afbeelding om te starten - niet alle effecten zijn elektronisch.

Kate Bush Wuthering heights

Digitale signaalverwerking werd ondermeer ook toegepast voor het synchroniseren van externe videobronnen (DFS : digital frame synchronizer). Zo konden ze gemengd worden met lokale beeldbronnen.

De manier waarop de videosignalen door deze toestellen gedigitaliseerd en bewerkt werden was nog niet gestandaardiseerd. Het verschilde van merk tot merk of zelfs van toestel tot toestel. Deze apparaten vormden in feite digitale eilanden in een analoge zee : in- en uitgangssignalen waren gewoon analoog en dat komt de kwaliteit en de onderlinge verbindingsmogelijkheden niet ten goede.

Rond 1978 drong de nood aan een digitale standaard zich op. Maar er was meer dan één analoge norm : In de meeste Europese landen waren kleurentv-signalen in PAL. In Frankrijk was het SECAM, in ondermeer de VS en Japan was het NTSC. Dat zijn telkens composietsignalen : het helderheidssignaal nodig voor de zwartwitkijker en de kleurinformatie zitten in mekaar verweven. Ze kunnen terug gescheiden worden  maar dat geeft kwaliteitsverlies. 

1982 : de keuze voor digitaal.

De overgang naar digitale signalen was een uitstekende gelegenheid om terug te keren naar de bouwstenen zelf, de componenten van kleurentv.

Dat zijn eigenlijk de kleursignalen Rood, Groen en Blauw. Maar die alle drie op volle kwaliteit digitaliseren vergt wel een heel hoge bitrate (digitale bandbreedte), en het is meestal niet nodig : het oog is immers minder gevoelig voor kleurovergangen dan voor zwartwit. Dat is trouwens ook het uitgangspunt bij composietsignalen.

In plaats van R, G en B digitaliseert men het helderheids- of luminantiesignaal Y (Y = 0,30R + 0,59G + 0,11B) en de kleurverschilsignalen R-Y en B-Y (of U en V).

De bandbreedte van videosignalen (in standaarddefinitie) bedraagt 5 tot 5,5 MHz. Men weet dat de bemonsteringsfrequentie minimum het dubbele moet zijn van de bandbreedte, in de praktijk een ietsje meer. (Het theorema van Shannon.) Om de totale benodigde bitrate te verminderen heeft men voor Y een bemonsteringsfrequentie gekozen gelijk aan 13,5 MHz - dus ruim voldoende - en de helft of 6,75 MHz voor U en V. Codetaal : 4:2:2. Om nog meer bitrate te sparen werken sommige recorders nog “zuiniger” met kleurverschilsignalen, men spreekt van 4:1:1 of 4:2:0 .

Tussen haakjes, de digitale fototoestellen hanteren een gelijkaardige filosofie wat betreft de scherpte van de kleurovergangen: de sensors hebben tweemaal zoveel groene pixels als blauwe en rode. De volgorde is voor de ene lijn G,R,G,R,G,R,G,R,G enz., voor de volgende B,G,B,G,B,G enz.. Men spreekt van Bayerfiltering.  Voor alle duidelijkheid : het aantal pixels van een fototoestel is de som van de rode, groene en blauwe pixels samen.

Terug naar tv : voor 4:3-signalen heeft men altijd 720 Y-monsters (pixels) per lijn, en 360 voor U en V. Voor breedbeeld (16:9) mag men ook bemonsteren tegen 13,5 x 4 / 3 : 18 MHz. Dat geeft dan 720 x 4 / 3 = 960 Y-monsters per lijn. Het aantal lijnen kan verschillen : in Europa 576, in de NTSC-landen 486. Voor wie er aan geïnteresseerd is : de huidige versie van deze internationale norm vindt u hier .

Uit deze internationale afspraken uit 1982 volgen ook de huidige standaarden voor HDTV en zelfs UHD (ultra HD, ook wel 4K genoemd) :

Voor HDTV wordt het aantal monsters of pixels per lijn verdubbeld : 960 x 2 = 1920. Omdat HD met “vierkante” pixels werkt (wat niet het geval is in standaardvideo) bedraagt het aantal lijnen : 1920:16 x 9 = 1080.

Voor Ultra-HD worden die getallen nogmaals verdubbeld : 920 x 2 = 3840 pixels, op 1080 x 2 = 2160 lijnen.

___________________________________________