9.2 Messungen

Zur Beurteilung der Qualität der digitalen Übertragung gegenüber der analogen führten wir mehrere Messungen durch. Einerseits untersuchten wir die Unterschiede der Bild- und Tonqualität bei gutem Empfang, anderseits die Störfestigkeit und die Ausfallcharakteristik.

Mit der uns zur Verfügung stehenden Empfangsanlage und den kommerziellen Decodern war eine Messung an zwei Punkten möglich. Wir bestimmten das C/N Verhältnis in der 1. ZF und das entsprechende (bewertete) S/N im Basisband. Die Messgeräte sind zur Analyse analoger Systeme konzipiert und nur bedingt für digitale Systeme geeignet. Mit dem VM 700A von Tektronix lassen sich Bildparameter (S/N, Farbsättigung, Farbvektoren, Waveform, Kontrast) von PAL Signalen bestimmen. Dazu wird dem analogen Signal beim Sender eine spezielle Testzeile ( Zeile 17) hinzugefügt. Da die unsichtbaren Zeilen mit dem MPEG2/DVB-Verfahren jedoch nicht übertragen werden (um die Datenrate klein zu halten), und die Messzeile somit fehlt, wählten wir zur digitalen S/N Messung als Alternative folgende Messorte:

• Schwarze Balken bei Spielfilmen im Breitbildformat (kein PAL-Plus)
• Bilder, die über längere Zeit weisse oder schwarze horizontale Linien zeigten (z.B. Tabellen)
• Testbilder

Die Ermittlung des C/N der 1. ZF erfolgte mit einem (analogen) Messempfänger von Kathrein, der mit einer Bandbreite von 12 MHz den Spannungspegel in dBmV misst. Dabei entsteht folgende Problematik:

• Die analoge Carrierleistung ist mit einer 12 MHz Messbandbreite fast vollständig erfasst, die digitale Carrierleistung fällt jedoch eher zu klein aus, da analoge Spek- tren schmaler als digitale sind (siehe Bilder 9.4a , 9.4b, 6.7 und 6.8).
• Zur Messung der Noiseleistung schlägt die Literatur vor, entweder die Antenne aus dem Bereich des Satelliten zu drehen (Grundrauschpegel), oder einen nicht benutzten Nachbarkanal zu verwenden. Die beiden Werte können jedoch grosse Unterschiede von bis zu 9 dB aufweisen (u.a. wegen einer ungenügenden Entkop- plung der beiden Polarisationsebenen). Wir wählten als Noise-Messpunkt ein genü- gend breites Minimum im Spektrum nahe bei der Carrierfrequenz. Diese Leistung liegt in der Grössenordung der real auf dem Transponder wirksamen Rauschleistung.
• Die Beschreibung des Messempfängers sieht für die analoge Messung einen Korrek- turfaktor vor (12 MHz Messbandbreite aber 26 MHz Transponderbandbreite). We- gen der breiteren Form der digitalen Spektren sollte dieser für die digitale Messung kleiner sein.

Bild 9.4a und Bild 9.4b Messaufbau zum Systemvergleich bei gutem Empfang

9.2.1 Systemvergleich bei gutem Empfang

Zur Beurteilung der Bildqualität wählten wir den in Bild 9.5 gezeigten Messaufbau. Wir analysierten bei gutem Empfang analoge Bilder (Ausstrahlung terrestrisch, im Kabel und über Satellit) und digitale Bilder (über Satellit). Gemessen wurde das optisch bewertete S/N, das Rauschleistungsdichtespektrum, die Waveform (Kontrast, Rauschen) und die Farbvektoren (Farbsättigung). Ferner haben wir über Kopfhörer die Tonqualität verglichen. Da die digitale Bildqualität von der Dynamik der Bildinhalte abhängt, wählten wir in einem Versuch eine für den Encoder anspruchsvolle Sportübertragung, in einem zweiten ein statisches Testbild.

Bild 9.5 Messaufbau zum Systemvergleich bei gutem Empfang

Mit dem Messgerät Tektronix VM 700A haben wir S/N, Farbsättigung und Kontrast gemessen, der PC diente zum Digitalisieren der Bilder und der Kathrein Messempfänger MSK21 wurde zur C/N-Messung eingesetzt. Ausserdem wurden verschiedene Sequenzen auf Video aufgezeichnet.

9.2.1.1 Bildqualität bei dynamischen Bildinhalten

Die Messungen erfolgten bei guten Empfangsbedingungen auf ARD während einer Tennisübertragung.

Objektiver Bildvergleich:

Tabelle 10 Optisch bewertete S/N Werte (* aus Testbild)

Das digitale S/N wurde in einem digitalen Testbild auf Astra gemessen, da auf ARD keine Messmöglichkeiten bestanden. Wie bereits erwähnt ist dieser Wert eher zu hoch, weil der Encoder bei statischen Strukturen unterfordert ist.

Subjektiver Bildvergleich:

Unsere subjektiven Bildeindrücke fassen wir in Tabelle 11 zusammen. Es bestehen in den meisten Punkten relativ kleine Unterschiede zwischen dem analogen und dem digitalen Bild. Auffallend sind vorallem die unterschiedlichen Grundeinstellungen von Kontrast und Farbsättigung (das digitale Bild ist blasser), die jedoch durch manuelle Einstellungen am Fernseher auszugleichen sind. Das digitale Bild wirkt bei genauer Betrachtung weicher aber nur minimal unschärfer und ist sehr rauscharm. Das analoge zeigt mehr Rauschen, gibt aber bestimmte Strukturen (wie z.B. Holzmaserungen) naturgetreuer wieder. Diese Unterschiede sind jedoch so gering, dass sie nur bei einem direkten A-B-Vergleich (Umschalten) auszumachen sind.

Tabelle 11 Subjektive Bildeindrücke, 1 = bester Wert, 4 = schlechtester Wert (relativ bewertet)

Der folgende Teil zeigt jeweils eine Totale, eine Nahaufnahme, Waveform und das Rauschleistungsdichtespektrum der vier Übertragungssysteme:

Analoges Satellitenfernsehen

Totale, ARD Satellit analog

Waveform, Messzeile 17

Rauschleistungsdichtespektrum, S/N bewertet = 47.8 dB

Nahaufnahme, ARD Satellit analog

Digitales Satellitenfernsehen

Totale, ARD Satellit digital

Waveform, digitales Testbild Astra

Rauschleistungsdichtespektrum, S/N bewertet = 61.2 dB (Testbild Astra)

Nahaufnahme, ARD Satellit digital

Terrestrisches Fernsehen

Totale, ARD terrestrisch analog

Waveform, Messzeile 17

Rauschleistungsdichtespektrum, S/N bewertet = 40.0 dB

Nahaufnahme, ARD terrestrisch analog

Kabelfernsehen

Totale, ARD Kabel analog

Waveform, Messzeile 17

Rauschleistungsdichtespektrum, S/N bewertet = 45.0 dB

Nahaufnahme, ARD Kabel analog

9.2.1.2 Bildqualität bei statischen Bildinhalten

Wir verglichen ein analoges und ein digitales Testbild auf Kopernikus:

Tabelle 12 Optisch bewertete S/N Werte
          1) Bereich ohne Artefakte
          2) Bereich mit vielen Artefakten

Das digitale Testbild auf Kopernikus zeigte an seinen horizontalen Kanten sehr viele Artefakte. Dies ist nur mit einer sehr geringen Datenrate oder einer fehlerhaften, bzw. ineffizienten Codierung zu erklären und scheint ein allgemeines Problem der digitalen Sendungen auf Kopernikus zu sein: Auch ein frei empfangbares Programmpaket (mit ARD, ZDF, PRO7, SAT1, DSF, RTL, VOX) war qualitativ unzureichend (Artefakte bei den Logos und Kanten). Die meisten dieser Programme werden in guter Qualität (ohne Artefakte) auch auf Astra ausgestrahlt.
Ansonsten war das digitale Testbild sehr sauber und die Trennung der Farbflächen war sehr gut. Rauschen war nicht festzustellen. Die Messung des S/N ergab digital 57.0 dB im Bereich ohne Artefakte und 33.7 dB im Bereich vieler Artefakte. Die Artefakte hatten in der Waveform die Enveloppe eines binären NRZ-Signals. Entsprechend ist auch das Leistungsdichtespektrum sinus(x)/x - förmig (Bild 9.7 rechts). Daraus wird ersichtlich, dass die Erfassung der Artefakte mit analogen Messmethoden nicht sinnvoll ist (33.7 dB entspräche einem analogen Bild unterhalb der FM-Schwelle, vgl. Bilder 9.18 bis 9.26)

Bild 9.6 Testbilder, Kopernikus, links: analog, rechts: digital

Bild 9.7 S/N bewertet, links: Testbild analog, mitte/rechts: Testbild digital ohne/mit Artefakte

Bild 9.8 Farbvektordiagramm, links: Testbild analog, rechts: Testbild digital

9.2.1.3 Tonqualität und Lippensynchronität

Den subjektiven Vergleich der Tonqualität führten wir einmal bei einer Nachrichtensendung (Sprache), bei einem Spielfilm und bei einer Musiksendung durch. Bei allen drei Vergleichen war fast kein Unterschied auszumachen. Die Tiefen Frequenzen waren im digitalen Ton angehoben, dafür waren weniger Höhen zu hören. Wiederum ist dies eine Sache der Voreinstellung und mit einem Equalizer zu korrigieren. Da für uns kein Vergleich mit dem Originalton möglich war, können wir keine Aussage darüber machen, welches Verfahren den Frequenzgang mehr verfälscht. Der Stereoeffekt und die räumliche Wiedergabe war bei beiden Systemen annähernd gleich. Im digital übertragenen Ton war ausserdem weniger Grundrauschen vorhanden.
Ein äusserst störender Effekt trat bei allen digital übertragenen Sendungen auf: Der Ton war nicht synchron zum Bild. Im schlimmsten Fall lag die Verzögerungszeit im Bereich von Sekunden, im Normalfall betrug sie weniger als 200 ms. Besonders auffällig ist der Effekt deshalb, weil der Ton vor dem dazugehörigen Bild kommt, was störender ist als bei umgekehrter Reihenfolge.