Den optimala TV-upplevelsen

Transkript

1 Den optimala TV-upplevelsen En studie baserad på HD-tekniken och det mänskliga synsinnet POOJAN RAVANDOUST Examensarbete Stockholm, Sverige 2009

2 Den optimala TV-upplevelsen En studie baserad på HD-tekniken och det mänskliga synsinnet POOJAN RAVANDOUST Examensarbete i medieteknik om 15 högskolepoäng vid Högskoleingenjörsprogrammet för medieteknik Kungliga Tekniska Högskolan år 2009 Handledare på CSC var Trille Fellstenius Examinator var Nils Enlund TRITA-CSC-E 2009:049 ISRN-KTH/CSC/E--09/049--SE ISSN Kungliga tekniska högskolan Skolan för datavetenskap och kommunikation KTH CSC Stockholm URL:

3 Sammanfattning Den optimala TV-upplevelsen En studie baserad på HD-tekniken och det mänskliga synsinnet. Syftet med detta examensarbete är att forska kring och kartlägga dagens HD-teknik samt det mänskliga synsinnets funktioner och kapaciteter, för att i slutändan kunna dra slutsats om vilken teknik samt utrustning som ger upphov till den optimala TV-upplevelsen. Tv-teknologin har fortskridit och utvecklats ofantligt sedan begynnelsen av TV-eran. Den analoga TV-tekniken har mer eller mindre helt avlösts av den digitala TV-tekniken vars främsta fördel ligger i fler kanaler inom samma bandbredd och högre bildkvalité tack vare komprimering av data. HDTV är inte en utveckling av digital-tv, det är snarare en standard för analog- och digital-tv med betydligt högre bildkvalité. Övergången från analog-tv till digital-tv var ett stort steg sändningsmässigt men inte ett lika stort steg upplevelsemässigt. HDTV är ett litet steg sändningsmässigt, dock ett jättekliv upplevelsemässigt. Det mänskliga synsinnet är en väsentlig faktor att inkludera i jakten på den optimala TVupplevelsen. Vad gör högkvalitativa bilder för nytta om sysinnet inte är kapabel till att tillgodogöra sig dessa? Metoden som har valts för att genomföra denna studie baseras på kvalitativ ansats samt ett hermeneutiskt synsätt. Med anledning av detta ligger primära fokusen på förståelse av HDtekniken samt det mänskliga synsinnets anatomiska uppbyggnad samt synförmågan och dess kapacitet. Utifrån analysen kan det konstateras att den optimala TV-upplevelsen ges av en plasmadisplay med en upplösning på 1920*1080 pixlar med stöd för Progressive scan (Full- HD). Själva visningsmaterialet skall distribueras av en Blu-ray spelare kopplad med en HDMI-kabel till displayen. Observatören skall sitta på ett avstånd som motsvarar tre gånger displayhöjden för att uppleva denna optimala TV-upplevelse.

4 Abstract The optimal TV-experience A study based on the HD-technology and the human visual faculty. The aim of this thesis is to do a research on the HD-technology and on the function and the capacity of the human visual faculty, to be able to conclude which technology and equipment conduces to the optimal TV-experience. The TV-technology has progressed and devolved vastly since the beginning of the TV-era. The analog TV-technology has more or less been succeded by the digital TV-technology whose prime advantage lies in several channels within the same bandwith and a higher picture quality due to the ability to compress data. HDTV is not a development of the digital-tv, it s rather a standard for analog and digital-tv with a higher picture quality. The devolution from analog-tv to digital-tv was a big step regarding broadcasting, but it wasn t an equaly big step when it comes to experience. HDTV is a small step regarding broadcasting, but it s an enormous step seen in experience-perspective. The human visual faculty is an important factor to include in the quest of the optimal TVexperience. What s the purpose of highquality pictures if the human visual faculty is not able to assimilate these? The method that has been chosen to carry through this thesis forms from the qualitative approach and a hermeneutics point of view. Du to this, the primary focus in this thesis is to understand the HD-technology and the human visual facultys anatomical structual, it s visual ability and capacity. From the analysis made, it can be concluded that the optimal TV-experience is generated from a plasmascreen with the resolution of 1920*1080 pixels with support för Progressive scan (Full-HD). The pictures shall be distributed by a Blu-ray player attached to the plasmascreen with a HDMI-cabel. The viewer shall be seated in a distances that equals three times of the hight of the screen, to be able to experience the optimal TV-experience.

5 Förord Det har varit en lång väg att vandra, men aldrig föll det mig i tanken att ge upp. Svåra stunder har lösts och banat väg för nya framgångar. Sett i backspegeln har jag i och med genomförandet av detta examensarbete tillskansat mig kunskaper och erfarenheter som har fått mig att utvecklas som person. Den varmaste av möjliga tacksamheter riktar jag till min handledare Trille Fellstenius som gav upphov till detta examensarbete samt höll det vid liv. Jag värdesätter din vägledning och enorma kompetens i allra högsta grad och hoppas att min tacksamhet når dig med dessa få rader! Med varmaste hälsningar Poojan Ravandoust

6 INNEHÅLLSFÖRTECKNING 1 INLEDNING BAKGRUND PROBLEMFORMULERING SYFTE AVGRÄNSNING DISPOSITION 4 2 METOD VAL AV ANSATS VAL AV SYNSÄTT METODKRITIK OCH METODREFLEKTION TILLVÄGAGÅNGSSÄTT 7 3 HD-TEKNIK BAKGRUND TELEVISIONENS HISTORIA ANALOG-TV DIGITAL-TV HDTV-HISTORIK RESULTAT HDTV-BILD DISPLAYSTUDIE HD-READY SKÄRMAVSTÅND BLU-RAY 33 4 DET MÄNSKLIGA SYNSINNET BAKGRUND ÖGATS ANATOMI LJUS OCH FÄRG PERCEPTION: LJUS OCH FÄRG BLIR TILL BILD RESULTAT SYNSKÄRPA KONTRASTKÄNSLIGHET FLIMMERSENSITIVITET OCH PHI-FENOMENET 42 5 SLUTSATS 44 6 KÄLLFÖRTECKNING 45 7 FIGUR OCH TABELLKÄLLFÖRTECKNING 47

7 1 Inledning 1.1 Bakgrund TV är som ett förstoringsglas. Till och med den minsta smula blir omåttligt intressant även om den i sig är ingenting. Citatet ovan sades av den danske mediejournalisten Poul Nesgaard vilket sammanfattar dagens TV-upplevelse med ett fåtal och välvalda ord. Annat var det i slutet av 1800-talet när TV-eran tog vid och då TV var ett mekaniskt system baserat på Paul Nipkows skiva med ljuskänsliga selenceller (Röjne, 2006). Att visa upp rörliga bilder inför en folkmassa förbryllade observatörerna som knappt kunde tro sina ögon men som fann det hela som ytterst roande. Potentialen i tekniken var därmed ett faktum och pionjärer som John Baird utvecklade teknologin. Året var 1927 då Baird lyckades med den enorma bedriften att sända de första TV-bilderna över Atlanten till USA. Detta kom så småning om att bidra till reguljära TV-sändningar i Europa i slutet av 1930-talet följt av USA och Japan. I Sverige gjordes de första experimentsändningarna år 1948 och med tiden anslöt sig allt fler till TV-tittandet. Så kom färg-tv i slutet av 1960-talet och en ny era tog vid. Folk införskaffade färg-tvapparater mer eller mindre slaviskt för att kunna ta del av spektaklet. Fram till 1990-talet kännetecknades utvecklingen av främst ökad utbud av TV-kanaler och program, dock långt bortom Sveriges gränser höll annan utveckling på för fullt. (Ibid) I USA och Japan hade man redan hunnit utveckla morgondagens TV-teknologi, det som i dagsläget går under benämningen HDTV men då systemen var analoga fick tekniken inte den genomslagskraft som stundade i och med övergången till digital-tv. Den digitala TVteknologin medförde många fördelar jämfört med den analoga tekniken. Främsta fördelen låg i möjligheten att kunna komprimera information. Nu var det möjligt att sända flera kanaler på en och samma bandbredd, det blev även möjligt att sända program med högre bildkvalité. Utvecklingen av digitalkodning samt olika slags komprimeringstekniker har bidragit till att digitala distributionstekniken fortskridit raskt och blivit alldaglig. Ständiga förbättringar möjliggör inte bara fler och fler kanaler samt interaktiva tjänster, nu kan vi förses med allt skarpare och högre bildkvaliteter. (Srivastava, 2002) Säg optimal TV-upplevelse och de allra flesta börja tänka i termer av HDTV som står för High Definition Television och innebär som namnet antyder en standard för främst förbättrad bildkvalité. Övergången från analog- till digital-tv var ett stort steg sändningsmässigt, dock inte ett lika stort steg upplevelsemässigt. Dagens HDTV må vara ett litet steg sändningsmässigt men ett gigantiskt kliv upplevelsemässigt. ( HDTVGUIDEN.COM ) SDTV (Standard Definition Television, dvs. vanlig TV) ger upphov till TV-bilder med en upplösning på 0,4 megapixel medan HDTV ger en upplösning på 0,9-2 megapixel (Ibid). Beroende på val av sändningsteknik kan man alltså erhålla 5-10 gånger mer information jämfört med SDTV. Tekniken ger då incitament till att införskaffa en s.k. platt-tv då HD- 1

8 sändningar oavsett distributionsteknik fordrar en minimumupplösning på 1280*720 bildpunkter. De allt mer omoderna CRT-skärmarna (även kallad tjock-tv) klarar inte av att återge de högupplösta HD-signalerna korrekt. Lösningen är bl.a. LCD eller plasmadisplayer som kan med dagens teknologi tillverkas i storlekar över 100 tum. Trots att skärmarna kan göras i större storlekar innebär det inte att observatören måste flytta längre bort från skärmen, tvärtom! Den skarpa HD-kvaliteten innebär en högklassig detaljrikedom och kvalité som gör sig minst lika bra på nära avstånd. Vad innebär egentligen högkvalitativ bild, kan vi verkligen uppleva 5-10 gånger mer information i en bild? Att endast studera HD-tekniken samt kringutrustning räcker inte för att dra slutsats om en optimal TV-upplevelse. Den mänskliga faktorn behöver interageras i studien, i synnerhet det mänskliga synsinnet då vi talar om TV-upplevelse. Synsinnet är ett fantastiskt och komplext fenomen med stor förmåga och kapacitet att förse oss med skarpa och detaljrika bilder av vår omvärld. Att finna korrelationen mellan HD-tekniken och människans synsinne samt dess kapacitet, ger upphov till att betydligt mer sanningssägande slutsatser kan dras, med andra ord innebär utökning av synsinnet i studien att dess akribi kan betraktas som ytterst hög. 1.2 Problemformulering HDTV innebär en värld av nya och spännande möjligheter. I jakten på den optimala TVupplevelsen fordras en heltäckande studie kring HD-tekniken samt människans synsinne. Det är en hel drös med frågeställningar som behöver undersökas och besvaras för att komma till rätta med syftet med uppsatsen. För att förstå dagens HD-teknik måste den digitala TVtekniken kartläggas och den i sin tur fordrar en genomgång av den analoga tekniken. Vad är då analog och digital TV-teknik? Är HDTV en vidareutveckling av den digitala TVtekniken? Vad är HDTV? Vad är det som gör att HDTV benämns som högkvalitativ? Hur kan man erhålla HD-material? Varför fordras LCD alternativt plasmadisplayer för att tillgodogöra sig HD-kvalité? Vad är Blu-ray? Vad beträffar synsinnet finns det även här en hel del frågor som man måste komma tillrätta med innan korrekta och sanningssägande slutsatser kan dras utifrån studien. Att vi ser saker och ting är något som de allra flesta av oss tar för givet och som vi inte reflekterar mycket över, faktum är att synen är ett oerhört fantastiskt och komplext sinne. Hur kommer det sig att vi ser saker och ting? Hur bildas en bild i ögat? Vad är en bild? Vad är ljus och färg? Är det så att det är just ljus och färger som blir till bild och i sådana fall hur? Vilka förmågor i synsinnet har relevans för studien? Dessa är ett fåtal spörsmål av många som behöver kartläggas och som är av yttersta vikt för studien i sin helhet då dessa faktorer givetvis har en inverkan på TV-upplevelsen hos en individ. 2

9 1.3 Syfte Syftet med detta examensarbete är att forska kring och kartlägga dagens HD-teknik samt det mänskliga synsinnets funktioner och kapaciteter, för att i slutändan kunna dra slutsats om vilken teknik samt utrustning som ger upphov till den optimala TV-upplevelsen. 1.4 Avgränsning För att hålla sig inom ramarna för en kandidatuppsats måste studien avgränsas för att ej utmynna i ett allt för stort åtagande. I samband med funktioner och kapaciteter i det mänskliga synsinnet kommer följande att studeras: ögats upplösningsförmåga (synskärpa), kontrastkänslighet samt flimmersensitivitet och Phi-fenomenet. Denna avgränsning har gjorts i samråd med uppsatshandledare Trille Fellstenius. Vidare har författaren valt att forska kring och kartlägga de visuella aspekterna i HD-tekniken varför de akustiska aspekterna ej inkluderats i denna uppsats. Som det står att läsa under rubriken syfte är syftet med denna uppsats att dra slutsats om vilken teknik samt utrustning som ger upphov till den optimala TV-upplevelsen. Det behöver dock förtydligas här att inga specifika modeller kommer att förevisas. 3

10 1.5 Disposition Denna uppsats består av fem primära kapitel som huvudsakligen är i enlighet med KTH:s anvisningar angående uppsatsförfaranden, dock med smärre modifieringar i dispositionen för att bemöta just denna uppsats särdrag. Dessa fem kapitel utgörs av: 1. Inledning Introduktion av ämnesval, problemformulering, syfte samt avgränsning. 2. Metod Presentation av val av ansats och forskningsmetodik samt hur uppsatsen har genomförts. 3. HD-teknik Presentation av bakgrunden till dagens HD-teknik. Därefter återges resultatet av studien. 4. Det mänskliga synsinnet Presentation av människans synsinne. Därefter återges resultatet av studien. 5. Slutsats Slutlig presentation av uppsatsens syfte. 4

11 2 Metod 2.1 Val av ansats Inom naturvetenskaplig forskningsmetodik finns det två ansatser att arbeta utifrån, dessa utgörs av kvantitativ ansats samt kvalitativ ansats (Bryman, 2002). I den kvantitativa ansatsen ligger primära fokusen på att (som begreppet antyder) kvantisera data och information, dvs. att samla in och mäta stora mängder data och dra slutsatser efter en sammanställning, varför förkärlek till siffror och tal är distinkt. Dock måste det förtydligas att den kvantitativa ansatsen ej har uteslutet med siffror och tal att göra. Givetvis kan begrepp, populationer, strukturer, samhällsklass etc. undersökas med en kvantitativ ansats. (Ibid) Den kvalitativa ansatsen bygger på en forskningsstrategi där tonvikten oftare ligger på ord än på siffror (Ibid). Denna ansats går bland mycket annat på att insamla och kvalitativt analysera texter och dokument. Bryman (2002) fastslår följande moment i en kvalitativ forskningsprocess där de kronologiska stegen avlöser varandra: 1. Generella frågeställningar 2. Insamling av data 3. Tolkning av data 4. Begreppsligt och teoretiskt arbete 5. rapport med resultat och slutsats Uppsatsförfattaren har valt att arbeta utifrån den kvalitativa ansatsen i denna uppsats då det handlar om att skapa förståelse om HD-tekniken samt det mänskliga synsinnet. Då inga mätningar kommer att göras och då tyngdpunkten ligger på den teoretiska referensramen lämpar sig den kvalitativa ansatsen. Den forskningsprocess som redovisats ovan är i enlighet med författarens upplägg av genomförandet av denna uppsats, varför valet av den kvalitativa ansatsen fastslåss. 2.2 Val av synsätt I samband med vetenskaplig forskningsmetodik väljer forskaren vilket synsätt denne skall ha på forskningen. De vedertagna synsätten indelas i två läger som i de flesta fall står i tvär relation med varandra, men som ömsom överbryggar varandra lika väl. Dessa två synsätt utgörs av positivismen och hermeneutiken (Andersson, 1979). Positivismen brukar förknippas med kvantitativa forskningsansatsen och som starkt förespråkar och eftersträvar att förklara fenomen, att uppnå kausala samband, att experimentera för att därefter kunna förklara. Hermeneutiken å andra sidan förespråkas av forskare som arbetar utifrån den kvalitativa ansatsen. Det väsentliga är att förstå snarare än att förklara. Att förstå är att är att finna en betydelse eller mening. Inom det hermeneutiska synsättet är det viktigt med totalitet/helhet, dvs. att förståelse skall frambringas av en helhetsförståelse: en mening från en text eller en bok ger ingen helhetsbild. Det går inte att förstå denna mening då dess verkliga betydelse är beroende av en större helhet. (Ibid) 5

12 Författaren har valt att arbeta utifrån det hermeneutiska synsättet, då tyngdpunkten ligger på förståelse snarare än förklaring: för att kunna dra slutsats om den optimala TV-upplevelsen fordras en djupgående förståelse för dagens HD-teknik samt hur det mänskliga synsinnet fungerar. Denna uppsats präglas i allra högsta grad av hermeneutikens krav på totalitet. Att endast studera HD-tekniken är att likställa med meningen ur en bok som är beroende av boken i sin helhet. För att förstå tekniken fullt ut måste givetvis en betydligt djupare helhetsförståelse skapas genom att även inkludera bl.a. digital TV-tekniken som i sig fordrar kartläggning av den analoga TV-tekniken osv. Samma resonemang är applicerbar på studien kring det mänskliga synsinnet. Att endast beröra exempelvis synsinnet och dess kapacitet ger ej erforderlig förståelse. Det fordras en karläggning av bl.a. ögats anatomiska uppbyggnad, hur bilder skapas, hur vi ser saker och ting etc. Med hänsyn till resonemanget ovan lämpar sig hermeneutiska synsättet med en kvalitativ ansats ytterst väl för att dra slutsats om den optimala TV-upplevelsen. 2.3 Metodkritik och metodreflektion Det hermeneutiska synsättet förkastar positivismens objektivitet och menar på att det inte finns något neutralt seende: att se är att se något som någonting vilket innebär att tolkning är oundvikligt. Människan är dömd till att döma (Andersson, 1979). Denna syn på subjektivitet går hand i hand med den kvalitativa ansatsen som i sig kritiseras av ett flertal för att forskarens resultat styrs av det som denne anser vara av vikt, då resultat erhålls utifrån analys av den teoretiska referensramen. Att replikera en studie baserad på kvalitativ ansats kan vara mycket svårt mycket tack vare dess subjektiva förhållningssätt. Replikeringen kan också försvåras då snabb utveckling inom området föreligger som t.ex. i detta fall då HD-tekniken utvecklas i raskt takt. De slutsatser som erhålls i och med denna uppsats kan vara inaktuella inom en mycket snar framtid. Det blir då förstås oundvikligt att ifrågasätta studiens validitet och reabilitet. Hur ligger det till egentligen med dessa? Till att börja med är det mer korrekt att använda termerna trovärdighet (eng. trustworthiness) och äkthet (eng. authenticity) i samband med val av kvalitativ ansats (Bryman, 2002). Trovärdighet handlar bl.a. om huruvida uppsatsen är att betrakta som tillförlitlig med avseende på utförandet av studien och dess innehåll. Äkthet handlar om att studien granskas för att försäkra sig om att rättvisa och sanningssägande resultat/slutsatser anslås (Ibid). Både trovärdigheten och äktheten i denna uppsats är att betrakta som höga då uppsatsen granskas (och om erforderlig revideras) av handledare samt examinator som är experter inom området. 6

13 2.4 Tillvägagångssätt Uppsatsförfattarens kunskaper inom ämnet HD-teknologi var innan påbörjandet av uppsatsen ringa varför en förstudie var erforderlig. Kunskaperna inom det mänskliga synsinnet var mer eller mindre obefintliga. För att knyta bekantskap med ämnena har författaren läst diverse böcker, artiklar, sökt på Internet osv. vilket bidragit till en grundläggande fundament att börja på. Tillskansning av litteratur innehållande relevant teori för uppsatsen har inbringats genom besök på följande bibliotek: KTH:s bibliotek, Stockholms Universitets bibliotek, Stadsbiblioteket samt Kungliga Biblioteket. Det har gjorts sökningar efter artiklar samt relevanta sidor på Internet genom sökningar på ämnesrelaterade begrepp i sökmotorn google.se. Insamlade informationskällor har sedan använts för att skriva bakgrund- och resultatkapitlen där HD-tekniken sätts i relation till det mänskliga synsinnet för att i slutändan kunna dra slutsats om den optimala TV-upplevelsen. Som det framgått tidigare bygger denna uppsats i allra högsta grad på förståelse varför teori om spetsämnena HDTV samt synsinnets funktioner och kapaciteter har kartlagts utförligt. 7

14 3 HD-teknik 3.1 Bakgrund I detta kapitel skall författaren lägga grunden för dagens HD-teknik. Vi börjar med att kortfattat titta på TV-erans begynnelse och dess fortskridande utveckling som leder in på analog- samt digital-tv, som utgör grunden för och som är viktiga att känna till för att förstå sig på dagens HDTV. Slutligen skall vi se hur konceptet HDTV uppstod genom att i korthet titta på HDTV-historiken. Hela detta avsnitt som tillfaller rubriken Bakgrund har för syfte att skapa en förförståelse för kommande avsnitt, nämligen Resultat Televisionens historia Redan i slutet av 1800-talet påbörjades utvecklingen av televisionen då Paul Nipkow tog patent på ett mekaniskt televisionssystem med ljuskänsliga selenceller som omvandlade bilder till elektriska signaler, där bilderna avsöktes sekventiellt. Dock var nackdelen att dessa selenceller kunde ej snabbt ändra sina elektriska egenskaper i takt med belysningsvariationerna. Denna grundläggande princip att avsöka bildpunkt för bildpunkt används även idag även om televisionsteknologin har utvecklats avsevärt sedan dess. Det måste dock poängteras att Nipkows utveckling av televisionssystem förverkligades inte i någon större utsträckning i praktiken då erforderlig teknik ej fanns att tillgå fullt ut, det var först på 1920-talet som TV:n introducerades i verkligheten. John Baird vidareutvecklade Nipkows-skivan till en fungerande produkt: en skiva med 30 hål som var placerad i en spiral roterande framför en ljuskänslig selencell. Den elektriska signalen kom ut från cellen, uppdelad i 30 linjer. (Röjne, 2006) Figur 3.1 visar hur Nipkowsskivan fungerar. (Se figurkällförteckning för källangivelse) Baird lyckades att sända de första TV-bilderna över Atlanten till USA år 1927 och därmed tog TV-eran vid. I England visades 1935 de första fungerande elektroniska TV-mottagarna. Det föreslogs en standard med en bild på 405 linjer och 25 Hz frekvens, med tekniken att varannan linje ritas upp från vänster till höger per bildintervall och att först ritas alla udda linjer upp, för att därefter rita upp jämna linjer för att fylla upp de tomma linjerna mellan de udda. Därmed hade tekniken Interlaced scanning introducerats (Ibid). Detta gjordes för att 8

15 undgå känslan av flimmer hos observatören då denne förses med en bildhastighet på 50 halvbilder/sekund. Tekniken kom att vidareutvecklas vilket inom kort kom att ge upphov till reguljära TVsändningar i Europa i slutet av 1930-talet, följt av USA och Japan. Bilduppdateringsfrekvensen sattes till 50 Hz (Europa) och 60 Hz (USA och Japan). Nätspänningen användes helt enkelt som referens gjordes de första experimentsändningarna i Sverige från Stockholm. Till en början fick TV:n en relativt kall mottagning då den ansågs som en dyr och onödig leksak för miljonärer som man gott kunde vara utan. Med tiden ökade utbudet av program och allt fler hushåll införskaffade slutligen en TV-apparat. Färg-TV kom till Europa 1967 med det tyskutvecklade PAL-systemet där man tillrättalagt problemen med fasfel på NTSC-systemet som användes i USA. Det var inte förrän på talet som reguljära färg-tv sändningar implementerades. Detta hade till följd att det svenska folket mer eller mindre slaviskt gjorde sig av med de svart-vita TV-apparaterna och införskaffade färg-tv-apparater (Ibid). Tiden fram till slutet av 1990-talet genomsyrades till största delen av ökat utbud av TVkanaler, dock hände det mycket med själva utvecklingen av TV-teknologin på vissa håll i världen: Japan och USA har varit flitiga inom utvecklingen. Redan på 1970-talet utvecklade japanerna det som i dagsläget benämns som HDTV, som kom av dem att kallas för MUSE. Tekniken använde 1125 linjer där bilden ritades upp med en frekvens på 60 Hz. I och med att systemet var analogt var man tvungen att komprimera materialet och då det ej är möjligt att komprimera analoga signaler omvandlades det först till digitalt för att kunna komprimeras och för att i slutändan omvandlas till analogt igen. USA utvecklade ett liknande system, ATSC, som var ett digitalt system. Även amerikanarna använde 1125 linjer. I USA sände man förutom via satellit även via marksänd och kabel. Denna digitalisering var i första han avsedd för bättre bild snarare än fler kanaler. (Röjne, 2006) I TV-erans begynnelse var TV:n ett mekaniskt system baserad på Nipkows-skivan. I slutet av 1800-talet uppfann den tyske uppfinnaren Karl Ferdinand Braun CRT (Cathode Ray Tube) som kom att bana väg för utvecklingen och övergången till elektriskt system. CRT blev den dominerande tekniken och fanns i alla TV-apparater och monitorer. I början av 1960-talet utvecklades två alternativa skärmteknologier: plasma- och LCD-teknologin. Figur 3.2 Dessa fyra bilder av TV-apparater återspeglar utvecklingen från dåtid till nutid. 9

16 3.1.2 Analog-TV Den analoga TV-teknologin inleddes med svart-vita bildrör som styrde olika gråtoner med hjälp av en varierande spänning. När teknologin utvecklades och upptäckten av färg-tv-röret var ett faktum skulle det numera matas med tre signaler: rött, grönt och blått som går under benämningen RGB-signal. Övergången gick dock ej fullt så smidigt till då en RGB-signal krävde 3*5 MHz dvs. 15 MHz i bandbredd som ej var acceptabelt (Röjne, 2006). Med anledning av detta skapades NTSC- och PAL-systemet för att kompromissa mellan upplösning på färginformationen och för kompabilitet till svart-vit TV. Om man belyser en vit yta med en röd, en grön och en blå lampa uppstår ytterligare fyra färger, nämligen gul, purpur, cyan och vit. Om ljusstyrkan på de tre lamporna varieras så kan ännu fler färger blandas till. I bildröret i en färg-tv-apparat finns tre strålkanoner för vardera av färgerna röd, grön och blå där de skall pricka en fosforprick som finns i tusentals. Ponera nu att TV:n visar en vit bild: om bilden inzoomas ser man ett myller av röda, gröna och blåa prickar, med en viss proportion av vardera färg. (Ibid) Figur 3.3 illustrerar den s.k. additiva blandningen. Färg-TV hade till en början två begränsningar för att kunna implementeras fullt ut. Till att börja med skulle bandbredden bli för stor då färg-tv fordrar 15 MHz (5 MHz per grundfärg) och bara 5 MHz fanns att tillgå. För det andra hade majoriteten av TV-innehavarna svart-vita apparater och för att de skulle kunna fortsätta se på TV fordrades det att färg-tv-signalerna skulle visas i svart-vitt. Den sistnämnda problematiken löstes genom att konstruera en luminanssignal ifrån RGB-signalen som det mänskliga ögat uppfattar som en gråskala beroende på dess proportioner av rött, grönt och blått. Luminansen kallad Y definierades enligt Y = 0,30R+0,59G+0,11B. (Ibid) NTSC-systemet Det första färg-tv-systemet utvecklades i USA och kom att kallas NTSC (National Television System Committe). Kraven var att hålla sig kvar inom den vedertagna bandbredden samt att de svart-vita apparaterna skulle vara kompatibla med detta system. Det beslutades att detta skulle möjliggöras genom att lägga färgen på toppen av den svart-vita bilden (Ibid). För att överföra färginformation valdes två signaler ut där den ena fick beteckningen Q och som sträckte sig från grön till violett färg, och den andra signalen fick beteckningen I och kunde anta färger längs linjen orange och cyan. Då det mänskliga synsinnet är mer känsligt för I-signalen sätts bandbredden till 1,5 MHz för denna och Q-signalen får en bandbredd på 0,5 MHz. Dessa två signaler amplitudmoduleras 10

17 och fasförskjuts i förhållande till varandra. Denna modulering kallas för QAM (Quadrature Amplitude Modulation) och möjliggör att man får rum med dubbelt så mycket information inom samma bandbredd (Robin et.al, 1998). Genom att addera Q och I bildas krominansen C, vilket betyder färginformation. Fasläget bestämmer färgen och amplituden bestämmer färgmättnaden (Röjne, 2006). Genom variationer av luminansen, krominansen och synkroniseringsinformationen kan NTSC-systemet sända färgbilder. PAL-systemet PAL-systemet (Phase Alternation Line) uppkom som en vidareutveckling av NTSC-systemet då denne ej var helt problemfri: NTSC-systemet är mycket känslig för fasvariationer mellan sändare och mottagare. Denna fasvariation kan uppstå vart som helst på överföringssträckan, t.ex. i kablar, länkar etc. Utvecklarna av PAL-systemet insåg att denna faskänslighet måste förbättras och att det är erforderligt att konstruera färginformationssignaler som har lika stora bandbredd. (Röjne, 2006) I PAL används färgdifferenssignaler för att överföra färg, där dessa signaler utgörs av R-Y och B-Y. Vad som görs är helt enkelt att det sker en överföring av färger från rött till gult och från blått till gult. Ur dessa två färgdifferenser räknas färgen grönt fram. Denna teknik medför att bandbredden för respektive färgdifferenssignal bantas ner till 1 MHz. Färgen skannas i en vinkel som är 33 grader förskjuten jämfört med NTSC, vilket gör att fördelningen mellan de känsliga färgerna orange och cyan i färginformationen blir bättre. I PAL-systemet vrids krominansen i varannan linje. (Ibid) Analog marksänd TV Teracom har sedan 1956 sänt analog TV i Sverige via ett markbundet sändarnät. Vi skall under detta avsnitt titta närmare på analog TV som sänds via marknätet. För att kunna sända information mellan sändare och mottagare måste någon form av modulation av informationen göras så att den kan skickas via aktuell medium utan att förstöras (Röjne, 2006). Det finns två sätt att åstadkomma modulering: antingen genom att modulera amplituden (AM) eller genom att modulera frekvensen (FM). 11

18 Figur 3.4 visar den amplitudmodulerade samt frekvensmodulerade signalens utseende. För att kunna transportera ett TV-program via ett medium måste informationen moduleras på ett lämpligt sätt så att en bra överföring skapas och så att frekvensutrymme sparas. En färdig AM-modulerad PAL-signal upptar 7 MHz bandbredd enligt sammansättningen: Figur 3.5 visar en färdig amplitudmodulerad PAL-signal. Är utrymmet för signaler som sänds begränsad? Svaret är ja: när TV-sändningarna startades på 1950-talet började användningen av det s.k. VHF-bandet (Very High Frequency) som till en början hade utrymme för tre kanaler men som senare utökades med ytterligare sju kanaler. I slutet av 1960-talet började UHF (Ultra High Frequency) användas. Då bandbredden alltid är 7 MHz i VHF-bandet och 8 MHz i UHF-bandet finns det plats för totalt 59 kanaler i det analoga marksända nätet. (Röjne, 2006) 12

19 Figur 3.6 visar tillgängliga frekvensutrymmen. Analog satellit-tv Intresset för mottagning av satellit-tv tog rejäl fart på 1980-talet i USA, då privatpersoner kunde med hjälp av parabolantenn ta emot hundratals kanaler, förvisso var detta olagligt då kanalerna var avsedda för kabel-tv-nätet och inte alls tänkta att kunna ses av privatpersoner med parabolantenner (Röjne, 2006). I Sverige växte intresset då fler och fler kanaler fanns att tillgå i utbudet av satellitsända TV-kanaler, dessutom fick man access till TV-kanaler från världens alla hörn och kanter. En viktig skillnad mellan analog satellit-tv och analog marksänd TV är att den satellitsända signalen sänds frekvensmodulerad istället för amplitudmodulerad (Röjne, 2006). En frekvensmodulerad signal kräver i stort sett en obegränsad bandbredd för att bli perfekt, men givetvis måste signalen sändas med en begränsad bandbredd. TV-signaler som frekvensmoduleras för satellit-tv fordrar 32 MHz (Ibid) i bandbredd. Högre frekvens resulterar dessvärre i mer brus som är oundvikligt i samband med den analoga tekniken. Lyckligtvis är det så att det mänskliga ögat är mer tolerant för högfrekvent brus i en bild än för lågfrekvent. Analog-TV via kabel På 1950-talet tog TV-sändningar fart och ganska tidigt insåg man att det var opraktiskt att samtliga hushåll skulle ha en egen TV-antenn på balkongen i ett hyreshus. En centralantenn installerades på taket till huset med en kanalförstärkare som förstärkte upp den mottagna TVkanalen och fördelades ut till lägenheterna i huset via kabel (Röjne, 2006). De äldre TVapparaterna led dock av ett problem i sammanhanget som går under benämningen direktstrålning: om ett hus med en centralantenn ligger nära en sändare så kan TV-mottagaren störas av en direktsignal eller en stark reflekterad signal som går in i TV:n. Eftersom signalen går olika långvägar så kan man få en dubbelbild i TV:n. För att råda bot på detta används en kanalomvandlare istället för en kanalförstärkare (Ibid). Vidareutvecklingen av en centralantenn utgörs av en s.k. huvudcentral i fastigheten som tar emot och konverterar satellitsända TV-signalerna till en vanlig analog TV-signal. Huvudcentralen består av bl.a. av en FM-mottagare som omvandlar de satellitsända TVsignalerna till video och audio, samt en MAC-PAL-omvandlare. 13

20 Principen för kabel-tv är att en kabel-tv-operatör levererar ett bestämt TV-utbud till en överlämningspunkt, som nödvändigtvis ej behöver vara en fysisk komponent, det kan räcka med en markering (Ibid). Denne ansvarar juridiskt för tekniskt kvalité och programinnehåll till överlämningspunkten, därefter är det fastighetsägarens ansvar att TV-nätet hålls i god kvalité. Om en TV-kanal byter sändningsstandard eller dylikt är det kabel-tv-operatörens tekniska skyldighet att uppdatera huvudcentralen. Figur 3.7 illustrerar ett s.k. Stjärnnät med en överlämningspunkt. Nu är alla sändningar via marknätet i Sverige digitala. Riksdagens beslut om nedsläckning av det analoga marknätet påbörjades i september 2005 och fortskred i etapper fram till oktober Då det numera sker digitala TV-sändningar skapas förutsättning för utveckling av olika TV-tjänster i Sverige, exempelvis sändningar av HDTV. 14

21 3.1.3 Digital-TV Den analoga tekniken har möjliggjort TV-sändningar och med åren har teknologin bakom förfinats och förbättrats. I takt med att utvecklingen fortskridit har digitaltekniken vunnit mark. Denna teknik har avsevärda fördelar (Svanberg, 2000): Digitaltekniken är mer transmissionsvänlig än den analoga Digitaltekniken är komprimeringsvänlig Ger exakt reproduktion av signalen De digitala signalerna är ej lika känsliga för störningar som analoga signaler Just det faktum att den digitala tekniken tillåter komprimering visar på teknikens absoluta styrka då 4-5 kanaler kan rymmas inom samma bandbredd som en analog TV-kanal använde tidigare. Kopplas digital-tv-mottagaren till telefon- eller datanätet har konsumenten möjlighet till interaktiva tjänster. Listan av fördelar och möjligheter kan göras lång och i detta avsnitt skall författaren presentera den digitala TV-teknologin. Som det nämndes i avsnittet om analog-tv är en PAL-signal begränsad till 6-8 MHz i bandbredd. För att denna signal skall digitaliseras fordras enorma bithastigheter: att digitalisera en svart-vit TV-signal fordrar en hastighet på 80 Mbit/sekund, motsvarande hastighet för en TV-signal i färg ligger på otroliga141 Mbit/sekund (Röjne, 2006), vilket är minst sagt en otympligt hög datahastighet att distribuera via sändare. Målet är att nå ner till datahastigheter av samma storleksordning som en CD-skiva, dvs. högst 5 Mbit/sekund (Ibid). Därför gäller det att komprimera signalen hårt! Komprimering För att komprimera rörliga bilder används olika standarder av MPEG som står för Moving Pictures Expert Group. Syftet är att kunna banta ner datamängden i digital bild- och ljudinformation i mesta möjliga mån utan att observatören känner en försämring jämfört med analog-tv (Ibid). Första standarden var klar 1992 och kom att kallas MPEG-1. Denna standard är kapabel till att hantera datahastigheter på upp till 2 Mbit/sekund. MPEG-1 används idag på Internet för framförallt överföring av lågupplösta filmer. Standarden komprimerar videosignaler som motsvarar halva upplösningen av en SDTV-signal (Standard Definition Television, dvs. vanlig TV-bild) vilket motsvarar en upplösning på 352*240 pixlar. MPEG-1 lämpar sig ej för reguljära TV-bilder pga. dess låga upplösning (Srivastava, 2002). Nästa standard, MPEG-2, introducerades 1994 och kunde hantera högre datahastigheter samt var mer lämpad för vanlig TV-överföring. Denna standard lämpar sig bäst för datahastigheter över 2Mbit/sekund. Ingen annan bild- och ljudstandard har fått samma genomslagseffekt som MPEG-2 som används som flitigast i hela världen (Ibid). Komprimeringstekniken för MPEG- 2 härstammar ur MPEG-1, med bl.a. tillägget att den effektivt kodar sammanflätade (eng. Interlaced) bilder. Med MPEG-2 kan man sända 50 bilder/sekund i digital-tv med en upplösning på 704*576 pixlar och ännu högre. (Ibid) MPEG-3 skulle bli nästa standard för HDTV, dvs. högupplöst TV, men det visade sig att MPEG-2 hade allt det som redan krävdes, så man återgick till denna standard och kompletterade den för HDTV. 15

22 MPEG-4 blev klar under 1998 och var avsedd som en flexibel standard för datakommunikation, TV, radio och telekommunikation. Denna standard klarar med dess flexibilitet att återge allt från lågupplösta bilder till bilder i HD-format. Standarden är ingen direkt förbättring av MPEG-1 samt MPEG-2. En av de främsta skillnader mellan MPEG-2 och MPEG-4 är att den senare är objektbaserad medan MPEG-2 är rambaserad, som innebär att vid komprimering undersöks likheterna i en bild samt närliggande ramar (Srivastava, 2002). Vid objektbaserad komprimering delas bilden upp i olika objekt som undersöks och behandlas olika beroende på om det exempelvis handlar om figur i rörelse eller en stilla bakgrund. Standarden möjliggör även större komprimering av selektiva delar av en bild som ej är i fokus. Det som skall visas byggs upp med hjälp av ett antal skilda objekt som exempelvis video, text, stillbilder etc. (Ibid) Digital-TV möjliggör sändningar av TV-signaler som utgörs av komprimerad data istället för analoga signaler. Den komprimerade datamängden gör mindre anspråk på bandbredd jämfört med den analoga tekniken. Detta medför att fler kanaler kan sändas på samma bandbredd och även av högre kvalité, som vi återkommer till lite senare. Sändningen kan ske via kabel, satellit och marksänt nät (Ibid). I Europa, liksom i övriga världen, har DVB (Digital Video Broadcast) valts som standard för distribution av digital-tv. Denna standard i sig består av olika standarder för dem olika transmissionsformen: DVB-T för sändning via marknätet, DVB-S för sändningar via satellit och DVB-C för sändningar via kabelnät. Mer om dessa lite senare. Figur 3.8 visar de olika DVB-standarderna som sänds via satellit, marknätet och kabelnätet. Gemensamt för dessa olika standarder är att de använder sig av MPEG-2 komprimering, användning av multiplexering samt digitala moduleringar för att minska bandbredden på radiofrekvensen (Ibid). Datahastigheten för SDTV kan väljas mellan 1,5-15 Mbit/sekund. Bildfrekvensen måste vara på 50 Hz (Europa) och bildformatet kan vara 4:3 eller 16:9. Antal bildpunkter som bilden tilldelas i SDTV varierar från 352*288 pixlar till 720*576 pixlar som är den högsta upplösningen för SDTV. För HDTV använder man upp till 1920*1152 pixlar. (Röjne, 2006). De digitala signalerna som sänds via eter kan utsättas för olika störningar på vägen mellan sändare till mottagare. Främst handlar det om två olika typer av faror som kan störa sekvensen av ettor och nollor. Första faran utgörs av brus som alltid adderas till en överförd kanal, och 16

23 då bruset är slumpmässigt sprids attackerna en bit här och en bit där (Ibid). Den andra formen av fara utgörs av s.k. skurfel som kan uppstå från åska eller spänningsspikar på elnätet. Skurfel raderar ett antal närliggande bitar. Den gemensamma benämningen för dessa är bitfel (eng. Bit Error Ratio, BER), som förstås inte är önskvärd och som måste repareras. Figur 3.9 visar både skurfel och brus som gemensamt benämns bitfel. Korrigeringen och skyddet mot bitfel görs med hjälp av felrättande kodning i form av Reed- Solomon-kodning, Interleaving samt Viterbi-kodning (Ibid). DVB-T DVB-T står för Digital Video Broadcast- Terrestrial, dvs. digital videosändning via marknätet. Som tidigare nämnt kan en signal moduleras enligt amplitudmodulering alternativt frekvensmodulering. Inom DVB-T används dock en moduleringsform som går under namnet QPSK (Quanternary Phase Shift Keying) (Röjne, 2006), som använder sig av olika faslägen på bärvågen. Detta möjliggör att informationsmängden kan ökas, samt att modulationsformen är tåligt mot brus. För att öka datainformationen används QAM (Quadrature Amplitude Modulation) där både fasskift och amplitudmodulering används. Den vanligaste varianten av QAM i samband med digital-tv är 64-QAM, vilket ger en överföring på 64 olika bitgrupper (Ibid). Nu skall den DVB-T-kodade transportströmmen anpassas till de förutsättningar som marknätet ger. Kanalutrymmet för digital-tv ligger enbart på UHF-bandet, därför måste en digital signal skapas som håller sig inom 8 MHz och som varken får störas eller störa kringliggande analoga kanaler. Under 1980-talet utvecklades en modulationsform som var robust nog att kunna överföra digitala signaler via marken, modulationsformen kallas COFDM (Coded Ortogonal Frequency Division Multiplex). Med denna modulationsform undgår man problemet med att två kanaler ej kan använda samma frekvens, dessutom är signalen helt okänslig för reflektioner. Detta möjliggörs genom att COFDM använder både frekvensmultiplex samt tidsmultiplex. Man kallar därför varje COFDM-kanal för en MUX där varje sådan innehåller fyra till fem TV-kanaler, och där bithastigheten ligger på 22 Mbit/sekund där 80% används till bild- och ljudöverföring och resterande 20% utgörs av text-tv och programlistor (Ibid). Om en MUX hanterar fyra TV-kanaler samtidigt kommer bithastigheten för varje kanals bildinformation att ligga på 4,4 Mbit/sekund ((22*0,8)/4). Genom dynamisk multiplexering kan bilden för varje TV-kanal ges den kvalitet som den behöver: om tre kanaler sänder testbild och den fjärde ett sportprogram, kan den senare tilldelas den högsta bithastigheten då 17

24 testbilderna ej fordrar lika höga bithastigheter. Om samtliga kanaler sänder innehåll med krävande information delas bithastigheten solidariskt mellan dem. Figur 3.10 illustrerar hur en MUX fungerar. DVB-S DVB-S står för Digital Video Broadcast- Satellite och innebär digitalsändning via satellit. Denna standard är snarlik med standarden för terrest digital-tv (dvs. DVB-T). Väsentliga skillnaden ligger dock i att DVB-S använder modulationssättet QPSK istället för COFDM, då QPSK lämpar sig bäst för satellit-överföringar där man har hög bandbredd men en brusig och svag överföringssignal (Röjne, 2006). QPSK-signalen måste moduleras på en upplänksfrekvens mellan GHz för att sändas upp till en satellit, nerlänken är inom området 10,7-12,5 GHz vilket ger en bandbredd på 1800 MHz och då signalen delas upp på två polarisationer erhålls maximala bandbredden på upp till 3600 MHz. En satellits kommunikationskanal kallas för transponder som är en separat mottagare. Genom komprimering och multiplexering kan den hantera flera digitala TV-kanaler (Srivastava, 2002). Varje satellittransponder klarar av en bandbredd som varierar mellan MHz. Detta gör att man får max plats med 9 TV-kanaler per MUX (satellittransponder). Genom att tilldela varje kanal en så låg bithastighet som 1,5 Mbit/sekund kan man få plats med hela 22 kanaler per MUX, kvaliteten är då att betrakta som VHS-film (Röjne, 2006). Då det finns 3600 MHz i bandbredd att tillgå och då en MUX kan hantera 22 kanaler på en 36 MHz bandbredd, innebär det teoretiskt att vi kan få 2200 kanaler per satellitposition i VHSkvalité. DVB-C DVB-C står för Digital Video Broadcast- Cable som är en standard för att skicka TV-kanaler via ett nät av koaxialkabel. Denna standard har många likheter med standarderna DVB-T och DVB-S. Nätet för kabelsänd TV har begränsad bandbredd på 8 MHz. DVB-C baseras på att sända en fas- och amplitudmodulerad signal, en QAM-kanal i ett TV-nät. Man kan använda flera nivåer på en QAM-signal. (Röjne, 2006) Genom att använda QAM med enbart Reed-Solomon-felrättning möjliggörs högre antal TVkanaler. Mest frekvent används 64-QAM idag, som ger upphov till sex till sju TV-kanaler på en bithastighet av 38 Mbit/sekund. 18

25 Principen för att modulera TV-kanaler enligt DVB-C består av programmultiplexering som samlar ihop video-, audio- och datainformation, transportmultiplexering som kombinerar TVkanalernas transportströmmar till en gemensam, energispridning som jämnar ut sekvenserna av ettor och nollor, Reed-Solomon-kodning som tillförs för att skydda signalen från skurfel och Interleaving som är ytterligare ett sätt att skydda sig mot skurfel (Ibid). Figur 3.11 visar en jämförelse mellan olika modulationsmetoder inom 8 MHz. Med AM-modulation erhålls 1 kanal, med DVB-S erhålls 2 kanaler med en datahastighet på 9Mbit/s. DVB-T ger upphov till 4-5 kanaler genom multiplexering med en datahastighet på 22Mbit/s. DVB-C ger 6-7 kanaler med en datahastighet på 38Mbit/s. 19

26 Utveckling av digitalkodning, modulation av olika slag samt komprimeringstekniker har bidragit till att digitala distributionstekniken har blivit alldaglig. Ständiga förbättringar i tekniken gör att TV-tittarna kan förses med allt skarpare och högre bildkvaliteter (Srivastava, 2002). HDTV står för High Definition Television och som namnet antyder handlar standarden främst om förbättrad bildkvalité. Övergången från analog-tv till digital-tv var ett stort steg sändningsmässigt bl.a. då betydligt fler kanaler kunde erhållas, dock innebar övergången ett mindre steg upplevelsemässigt. HDTV må vara ett litet steg sändningsmässigt, men ett jättekliv upplevelsemässigt ( Din andra guide till HDTV ). Största skillnaden mellan SDTV och HDTV ligger i upplösningen där man kan dra liknelsen att då SDTV har en upplösning på 0,4 megapixel så ger HDTV en upplösning på 0,9-2 megapixel (Ibid). HDTV möjliggör även stereoljud på olika nivåer HDTV-historik MUSE I slutet av 1980-talet hade japanerna utvecklat den första HDTV-standarden som kom att kallas MUSE (Multiple Sub-Nyquist Encoding). Detta system var analogt och sändes via satellit. Tekniken använde 1125 linjer och med en bilduppdateringsfrekvens på 60 Hz. Systemet fordrade ett 30 MHz bandbredd för luminanssignalen och 15 MHz för vardera färgsignal, men då en lägre bandbredd fordrades för satellitsändningar var man tvungen att först omvandla den analoga signalen till digital för att kunna komprimera och för att därefter omvandla signalen till analog igen för att kunna sända (Robin et.al, 1998). Detta förfarande gav upphov till subsampling som förvisso är en effektiv komprimeringsmetod, dock uppstår dataförluster samt försämring i bildkvalité, men då det mänskliga ögat inte är lika känslig för rörliga bilder som för stillbilder ansågs metoden som applicerbar (Ibid). HDMAC HDMAC (High Definition Multiplexed Analog Components) var en europeisk vidareutveckling av MAC-systemet avsedd för satellitsändningar. Systemet var liksom MUSE analogt och använde 1250 linjer med en bilduppdateringsfrekvens på 50 Hz för bilder med lite rörelse i. I TV-bilder där normala rörelser förekom användes halva upplösningen, dvs. att en bild producerades på skärmen var 40:e millisekund. Då det förekom snabba rörelser i bilden producerades en bild var 20:e millisekund vilket medförde att upplösningen motsvarade 625 linjer. Det faktum att det mänskliga ögat har en viss tröghet att uppfatta skillnader i bildkvalitet i samband med rörliga bilder, möjliggjorde användningen av denna reducering i bildkvalité. (Dambacher, 1996) Då HDMAC-systemet var analogt var en omvandling till digital form erforderligt för att komprimera signalen för att återigen omvandla den till analog. Kompressionstekniken som användes var dock betydigt effektivare än MUSE. Luminansen samplades och komprimerades för sig och krominansen för sig likväl. När signalerna omvandlades till analogt igen multiplexerades de till signaler beståendes av luminans-, krominans- och ljudinformation i följd (Ibid). Trots systemets vältaliga fördelar och funktionskvaliteter medförde inte konceptet HDMAC en revolution. Förklaringen ligger djupt förankrad i skärmteknologin: på 90-talet fanns inte stora LCD- eller plasmaskärmar i hushållen, därför kunde gemene man ej 20

27 tillgodogöra sig den höga bildkvaliteten som HDMAC medförde. 625 linjer kontra 1250 på en liten skärm gjorde ingen avsevärd skillnad (Srivastava, 2002). ATSC I USA var ambitionen att skapa ett liknande system som MUSE samt HDMAC och som var kompatibel med det inhemska systemet NTSC. Detta resulterade i utvecklingen av ATSC (Advanced Television System Committee), som implementerades i mitten av 1990-talet (Robin et.al, 1998). Den väsentliga skillnaden jämfört med de övriga systemen var att ATSC var ett digitalt system som kunde sändas via satellit och marksändning. Den högupplösta signalen sänds på motsvarande bandbredd som för den analoga som gör att inga fler kanaler erhålls, dock högre bildkvalité där systemet ger 1125 linjer och en bilduppdateringsfrekvens på 60 Hz. För komprimering av bild och ljud används MPEG-2 (Ibid). 21

28 3.2 Resultat I detta kapitel presenteras resultatet av studien som har gjorts berörande HD-tekniken och som ligger till grund för att komma tillrätta med uppsatsens syfte. Då vi har skapat en förförståelse sedan tidigare skall vi nu djupdyka i ämnet HD-teknik. Inledningsvis skall vi se vad en HDTV-bild innebär beträffande upplösning i jämförelse med SDTV, hur HDTV-signaler sammansätts och distribueras samt de olika scanningsteknikerna. Då plasma- alternativt LCDdisplayer är en förutsättning för HDTV kommer författaren att kartlägga de båda teknikerna samt respektive displays egenskaper. Dagens platta displayer är mer eller mindre uteslutet försedda med en HD-ready alternativt Full-HD logga, men vad innebär detta i praktiken? Vidare skall författaren både illustrativt och matematiskt ange hur man räknar fram ett optimalt avstånd till en display med en viss upplösning. Slutligen skall vi titta på dagens moderna Blu-ray spelare med dess enorma kapacitet HDTV-bild Som tidigare nämnt är inte HDTV en vidareutveckling av digital-tv även om HDTV är i digital form. Det är mer korrekt att tala om HDTV som en standard till analog- och digital- TV, vars främsta fördel ligger i mer högupplöst bild samt möjligheten till flerkanalsljud. Den digitala TV-tekniken ger upphov till TV-bilder med en upplösning på 0,4 megapixel medan HDTV ger en upplösning på 0,9-2 megapixel ( Din andra guide till HDTV ). Det har hittills argumenterats om fördelarna med övergången från analog-tv till digital-tv då det sedermera ger bl.a. i princip brusfri signal och därmed brusfri bild samt att den digitala TV-tekniken ger möjlighet att sända fler kanaler på samma bandbredd som en endaste analog kanal. Sändning av HDTV tar stor bandbredd i anspråk, ungefär fem gånger mer bandbredd än digital-tvkanaler eller lika mycket som en analog kanal (Ibid). HDTV distribueras idag via satellit, kabel, marknät samt Internet (även via olika former av lagringsmedia som exempelvis Blu-ray, dock mer om detta lite senare i uppsatsen), och då bandbredden är begränsad lämpar sig vissa medier bättre än andra. För att ta del av HDkvalité fordras en HDTV-digitalbox som omvandlar inkommande signal och skickar dessa vidare till TV-apparaten, såvida inte apparaten har en inbyggd omvandlare eller är HDTVready- märkt. Bildkvaliteten kommer att öka oavsett vilken platt-tv man än har, dock kommer bilden att skalas ner om TV:n i fråga har lägre upplösning än de utsända signalerna. Platta TV-apparater (plasma och LCD) bygger på pixelbaserad teknik (Ibid) som innebär enkelt uttryckt att skärmen återger exakt den upplösning som själva skärmen har, som möjliggörs genom att en krets i skärmen skalar om den inkommande signalen och skickar vidare dessa i den upplösning som skärmen har. En bildskärm med bildrörsteknik kan återge olika upplösningar på ett tillfredsställande sätt upp till en viss maxgräns. Själva upplösningen är endast en av faktorerna som den upplevda bildkvaliteten grundas på (Ibid). Hur pass bra bilder en viss skärmtyp kan återge påverkas förstås även av produktspecifika egenskaper hos skärmen såsom färghantering, kontrastomfång, rörelseåtergivning etc. Hur stor är skillnaden mellan SDTV och HDTV? 22

29 Signalen i SDTV innehåller 720*576 pixlar som visas 50 gånger/sekund vilket ger totalt pixlar. En signal i HDTV innehåller 1280*720 pixlar som visas 50 gånger/sekund vilket totalt motsvarar pixlar. Ytterligare standard för HDTV kan genom pixeluppsättningen 1920*1080 ge totala antalet pixlar på , samt pixlar beroende på scanningsteknik. Om vi nu anger signalen från SDTV bildkvaliteten 1 så har HDTV-signalen med pixeluppsättningen 1280*720 motsvarande bildkvalitetsnivå på 4,44 dvs. att signalen innehåller 4,44 gånger mer information per tidsenhet. För pixeluppsättningen 1920*1080 erhålls kvalitetsnivåer på 5 respektive 10. HDTV ger alltså generellt upphov till 5-10 gånger mer information än SDTV bildmässigt (Ibid). Detta är förstås teoretiska och matematiska approximationer. Att en TV-apparat som sänder HDTV skall ge minst 5 gånger bättre bild jämfört med en vanlig TV-apparat, är ingen garanti för att observatören kommer att uppleva 5 gånger bättre bild. Om vi återgår till det faktum att HDTV är en standard för analoga och digitala sändningar, kan det konstateras att det finns interna standarder inom HDTV. Dessa består av 720p, 1080i samt 1080p, som användes i beräkningarna ovan. Dessa skiljer sig åt beträffande upplösning, scanningsteknik och bildfrekvens. Dessa tre standarder kommer att kartläggas så småning om, men först skall författaren redovisa kort hur HDTV-signaler skapas och sänds innan signalerna når TV-apparaten. Sändningar av HDTV HDTV-signaler fordrar enorma bithastigheter, så mycket som 1,152 Gbit/sekund. Detta gör att analog-hdtv kan knappast sändas via marknätet via en 8 MHz kanal. För digitala sändningar av HDTV upprättas följande transmissionskedja (Dambacher, 1996): Figur 3.12 illustrerar transmissionskedjan för sändningar av HDTV. Bilden ovan visar att transmissionskedjan komprimerar HDTV-signalen så att den kan skickas på en bandbredd på 7-8 MHz. Hos mottagaren sker signalbehandling i omvänd ordning. För komprimeringsförfarandet används MPEG-2 samt MPEG-4. En HDTV-sändning komprimerad med MPEG-2 kräver en datahastighet på 19 Mbit/sekund, detta kan jämföras med en MUX i marknätet som har en total kapacitet på 22 Mbit/sekund som i sin tur kan ge ca 5 digitala kanaler på samma bandbredd. Med MPEG-4 kan man komma ner i 12 Mbit/sekund. 23

30 Generellt kan det konstateras att störst kapacitet har satellit följt av kabel-tv för sändningar av HDTV. Allra lägst kapacitet har marknätet. (Ibid) Vi skall nu titta på de olika standarderna hos HDTV, då den sända signalen mottagits och behandlats av mottagaren och skall nu ritas upp på TV-skärmen. Interlaced & Progressive scanning Det finns i dagsläget två sätt att återge bilder på en TV-apparat, antingen genom interlaced scanning eller progressive scanning (Hartwig, 2000). Valet av scanningsteknik beror på faktorer som videosystem, applikationer, huruvida detaljer skall återges i en rörlig bild etc. För HDTV anges de olika standarderna med antingen ett i eller ett p efter pixelupplösningen som anger scanningstekniken där i står för interlaced och p för progressive. Interlaced scanning innebär att en TV-bild i själva verket är uppritad av två sammanflätade halva bildrutor. Först ritas alla udda linjer och därefter alla jämna. Då bilduppdateringsfrekvensen är satt till 50 Hz i Europa innebär det att en TV med interlaced scanning visar 50 halvbilder/sekund (Srivastava, 2002). Denna scanningsteknik ger med andra ord 25 helbilder/sekund vilket förebygger det mänskliga synsinnets flimmersensitivitet, som finns att läsa mer om i avsnittet om synsinnet. Figur 3.13 visar Interlaced Scanning där de udda raderna ritas upp först och därefter de jämna raderna. Den andra scanningstekniken som går under namnet Progressive scanning innebär att bilden ritas upp linje för linje i ett svep, dvs. att hela bildrutan visas upp på en gång. I Europa erhålls 50 helbilder/sekund med hjälp av denna scannigsteknik. Progressive scanning har betydliga fördelar jämfört med interlaced scanning, bl.a. (Ibid): Bilder ser lugnare och stabilare ut jämfört med en sammanflätad bild Tekniken ger högre bildkvalité Tekniken gör det möjligt att med hjälp av effektivare komprimering kommer ner i lägre datahastigheter Figur 3.14 visar Progressive scanning där hela bildrutan visas upp på en gång. 24

31 Alla modernare TV-apparater som LCD- och plasmaskärmar stödjer tekniken progressiv scanning, vilket eliminerar potentiell flimmer (Ibid). 720p 720p är en av de tre standarderna för HDTV och innebär en upplösning på 1280*720 pixlar. P:et står för Progressive scanning och som kan återges med olika bilduppdateringsfrekvenser: det finns för närvarande 720p25,30,50 och 60 där de olika talen anger hur många bilder som ritas upp per sekund. Som tidigare nämnt är denna frekvens satt till 50 Hz i Europa. Bilden visas i 16:9 format dvs. i Widescreen-format. ( Din andra guide till HDTV ) 1080i 1080i är också en av standarderna för HDTV som ger upphov till en upplösning på 1920*1080 pixlar. I:et anger att scanningstekniken är Interlaced. Då standarden är sammanflätad (interlaced) innebär det att bilduppdateringsfrekvensen ligger på 50 halvbilder/sekund eller motsvarande 25 helbilder/sekund. Skillnaden mellan 720p och 1080i är ej särskilt påtagliga. En tumregel är att multiplicera antal linjer i en sammanflätad bild med faktorn 0,7 för att erhålla den upplevda kvaliteten jämfört med progressiv bild (Ibid). Enligt denna tumregel kan det konstateras att 1080i motsvarar 756p, vilket inte skiljer mycket från 720p. Beträffande bildstorleken skiljer sig dessa två standarder åt desto mer då 720p ger en bildstorlek på 1280*720 = pixlar och 1080i ger 1920*1080 = pixlar. Problemet med denna standard är att om bilden som skall ritas upp på en TV-apparat som använder Progressive scanning, måste den sammanflätade signalen omvandlas till progressiv. Detta kallas de-interlacing som resulterar i försämrad bildkvalité (Srivastava, 2002). 1080p Denna standard innebär en upplösning på 1920*1080 pixlar, dock ligger skillnaden mot förra standarden i att 1080p använder progressive scanning. 1080p innebär stor bildstorlek kombinerad med fördelarna som den progressiva scanningsmetoden medför. Denna standard kallas för Full-HDTV, vars benämning egentligen inte är en vedertagen standard. ( Din andra guide till HDTV ) Figur 3.15 visar upplösningarna för de olika standarderna. 25

32 3.2.2 Displaystudie Plasmadisplay Plasmadisplayen består av små pixelceller som är täckta med blandning av neon-, xenon-gaser och fosfor. När ström genomförs pixelcellerna avges ultraviolett ljus. När det ultravioletta ljuset visar påverkan med fosforn börjar pixelcellen avge färger enligt rött, grönt och blått (RGB). Alla fosforpixlar reagerar på samma gång, det finns aldrig någon flimmer uppenbar för tittaren. Det finns heller ingen bakgrundsbelysning och ingen projektion av något slag, vilket resulterar i en ljus display med ett särskilt tycke för rika färger samt en bred betraktningsvinkel. (Hartwig, 2000) Vad är plasma? Den centrala delen i ett ljus är plasma, en gas som består av fritt flytande joner (elektriskt laddade atomer) och elektroner. En gas består huvudsakligen av icke-uttagna partiklar. Den enskilda gasens atomer innehåller lika många protoner och elektroner. De negativt laddade elektronerna är en perfekt balans av de positivt laddade protonerna, så atomen har en "nettokostnad" av noll. Om man inför många fria elektroner till en gas genom att inrätta en elektrisk spänning över det, förändras läget mycket snabbt. De fria elektronerna krockar med atomerna och knackar lös andra elektroner, vilket gör att atomen förlorar sin balans och omvandlas till en jon ("Plasma TV Science ). Figur 3.16 visar hur plasma avger ljus. 1) En kollision inträffar vilket gör att atomen blir instabil. 2) Detta gör att en elektron hoppar till högre energinivå. 3) Elektronen faller tillbaka till ursprungliga energinivån och gör då sig av med överskottsenergin i form av ljus. En plasma med en elektrisk ström som rinner genom det består av negativt laddade partiklar som rusar mot det positivt laddade området av plasman, och positivt laddade partiklar rusar mot negativt laddat område. I denna kaotiska tillvaro stöter partiklar med varandra, vilket framkallar gasatomerna i plasman till att frigöra fotoner av energi. Xenon- och neonatomer, atomerna som används i plasmadisplayer frigör ljusfotoner. 26

33 Vi skall nu titta inuti en plasma-tv. Xenon- och neongas i en plasma-tv består av hundratusentals små celler och placeras mellan två plattor av glas. Långa elektroder är placerade mellan glasplattorna på båda sidor av cellerna. Dessa elektroder är ordnade i horisontella rader längs skärmen och adresselektroder är ordnade i vertikala kolumner, tillsammans utgör de ett grundläggande nät. Elektroderna avger elektricitet som gaserna reagerar på. Gaserna i sig förvandlas elektroniskt till plasma som skapar fosfor för att utsöndra ljus. Varje pixel består av tre separata subpixel-celler, alla med olika färger. En subpixel har ett rött fosforljus, en annan subpixel har ett grönt fosforljus och en tredje subpixel har ett blått fosforljus. Dessa färger sätts samman för att skapa den övergripande färgen för pixeln. Genom att variera pulser med ström som passerar genom olika celler, ges möjligheten att öka eller minska intensiteten i färgen i varje subpixel, för att skapa hundratals olika kombinationer av rött, grönt och blått, som då kan producera samtliga färger i hela spektrumet. ("Plasma TV Science ). Figur 3.17 visar inuti en plasmadisplay. Den största fördelen med plasma-tv-teknologin är att man kan producera breda skärmar med extremt tunna material och eftersom varje bildpunkt lyses upp individuellt blir kontrastomfånget brett. Den största nackdelen med denna teknik har varit priset. Men sjunkande priser och tekniska framsteg innebär att plasma-tv snart kan ersätta de gamla CRT-apparaterna. Plasmadisplayens egenskaper Plasmateknologin har många fördelar som är av betydelse i kartläggningen av den optimala TV-upplevelsen. Som tidigare nämnt är en av de främsta fördelarna att skärmen kan göras i gigantiska storlekar, allt från 32 tum upp till kolossala 200 tums skärmar. Självfallet finns sällan större skärmar än 50 tum i hushållen, men tekniken visar på styrka då så pass stora skärmar går att tillverka. Priset har varit en faktor som ej gagnat försäljningen av plasmaskärmar, detta är dock i skrivandes stund ett minne blott då priserna minskar allt mer, mycket pga. av nya tekniker i plasmateknologin i sig samt i övriga skärmtyper. Idag kan man köpa en 42 tums plasma-tv för omkring 8000 kr eller en 50 tummare för ca kr. TV-apparaters kontrastomfång är en viktig faktor som skall beaktas. Kontrastomfånget definierar ljusstyrkan, dvs. skillnaden mellan ljusaste färgen och den mörkaste färgen 27

34 ( HDTVGUIDEN.COM ). Att ha en så hög kontrast som möjligt är då önskvärd. En plasmaskärm har generellt ca :1 i kontrast (Ibid). Ljusstyrkan är ytterligare en faktor av vikt att ta hänsyn till, och som i hög grad påverkar kontrastomfånget. Ju högre värden på ljusstyrka en plasma-tv har desto ljusare bilder kan den förmedla. En plasma-tv har generellt ca cd/m 2 (Ibid). Då plasmaskärmar är främst avsedda för att återge HD-kvalité är det viktigt att de klarar av att återge färggranna bilder som ser naturtroget ut. Dessa skärmar är kapabla till att återge färger på ett ytterst tillfredställande sätt: plasmaskärmar är kapabla till att återge 16,77 miljoner färger ( Plasma TV Science ). Detta benämns som True color. Vardera av färgerna röd, grön och blå representeras av 8 bitar vilket medför 256 nivåer. De tre färgerna ger med andra ord upphov till 256*256*256 olika färger ( HDTVGUIDEN.COM ). Plasma-TV-teknikens fördelar i all ära, det finns förstås vissa nackdelar med tekniken. Plasma-TV:n har problem med s.k. inbränning vilket innebär att då en statisk bild visas permanent sker en inbränning av bilden i pixlarna, vilket medför att bilden ligger kvar på skärmen. Det skall dock poängteras att teknologin har fortskridit och problematiken har reducerats avsevärt med hjälp av olika tekniker. LCD-displayer som inte alls har det problemet kan användas som monitor till exempelvis en dator där statiska bilder är frekvent förekommande. (Ibid) LCD-display Liquid Crystal Display är en digital displayteknik som ger bilder på en plan yta av flytande kristaller och färgade filter. Principen för denna teknik bygger på att skärmen byggs upp av vätskekristaller som i själva verket varken är vätska eller en kristall. Dessa vätskekristaller är optiskt aktiva vilket innebär att om de passeras av polariserat ljus så vrids ljusets polarisationsplan. Detta kan sättas i jämförelse med vanligt ljus som är en elektromagnetisk vågrörelse som inte är polariserat och "studsar" då i obestämd riktning. Genom att ömsom utsätta vätskekristallerna för ett elektriskt spänningsfält respektive inget fält så vrids polarisationsplanen så att det uppstår ljusa respektive mörka punkter på skärmen. Det elektriska fältet skapas i en korsning mellan två ledningar i ett rutnät och på detta sätt kan enskilda pixlar adresseras. (Sandström et.al, 2002) LCD-skärmar är uppbyggda av två lager av glasliknande material, och det är dessa två lager som är polariserade och beklädda med polymer som är en kemisk förening som består av jättemolekyler uppbyggda av flera liknande molekyler i en kedja ( LCD Television ). Polymerna sitter tätt ihop. Ett av dessa lager är beklädd med en speciell typ av polymer som håller enskilda vätskekristaller på plats. När ström sänds genom dessa vätskekristaller kan kristallerna antingen sända eller blockera ljus (Ibid). Det kan konstateras att LCD-kristaller kan ej producera ljus vilket medför att en extern ljuskälla fordras för att bilden som skapats skall bli synlig för observatören. De olika pixlarna adresseras genom att den elektriska strömmen, som påverkar kristallerna, styrs i rätt riktning i rutnätet. Ljuset filtreras då det passerar kristallerna, och en förändring i styrkan sker som ger i slutändan upphov till de färger som skall återges (Ibid). 28

35 Figur 3.18 visar tekniken inuti LCD-displayen. LCD-displayens egenskaper LCD-displayer kan göras i väldigt små storlekar upp till stora, allt från 5 tum upp till 46 tum. Vissa tillverkare har lyckats med bedriften att tillverka skärmar som är över 100 tum, men i likhet med plasmadisplayer i dessa storlekar är de mer avsedda som skrytbyggen än konsumentanpassade produkter. Beträffande kontrastomfånget sträcker sig LCD-displayer generellt från :1. Skärmarna har svårare att skapa höga kontraster eftersom tekniken använder optik med ljuskälla som ändrar ljuset för olika pixlar ( HDTVGUIDEN.COM ). Då LCD-displayen alltid har en vit bakgrund är det svårt att fullt ut blockera ljuset från kristallerna. Beträffande färgdjupet kan LCD i likhet med plasma återge 16,77 miljoner färger då tekniken använder 8 bitars representation för vardera av färgerna röd, grön och blå (256*256*256 olika färger). Dock är plasma snäppet vassare vad det avser naturtrogna färger ( What is the difference between a LCD TV and a Plasma TV ). Ljusstyrkan för LCD-displayer ligger generellt mellan cd/m 2 ( HDTVGUIDEN.COM ). Dessa skärmar kan uppvisa bristfälligheter i samband med objekt i hastig rörelse som upplevs av observatören som eftersläpningar i bilden. Att växla färg på en pixel till en annan ger upphov till begreppet responstid. Ju högre värden på responstider, desto mer eftersläpningar i bilden. Plasmadisplayen har fortfarande en fördel gentemot LCDdisplayen med en responstid på ca 1 millisekund (Ibid). Dock har utvecklingen av tekniken kring LCD mer eller mindre eliminerat problemet med eftersläpningar, t.ex. genom att reducera skärmens responstid ner till ca 8 millisekunder (Ibid) HD-ready Tanken bakom HD-ready märkningen är att förenkla för konsumenter: om en TV-apparat med märkningen inhandlas så innebär det att produkten i fråga klarar av att återge HDTV ( Din andra guide till HDTV ). För att uppleva högkvalitativ bild föredras det att man ansluter den HD-ready märkta TV-apparaten till en yttre källa som levererar HD-signal, t.ex. HD- 29

36 digitalbox, Blu-ray, HD-videokamera etc. En HD-ready märkning innebär ej automatiskt att den klarar av att visa alla typer av HD-signaler i exakt den upplösning de sänds i. Displayen klarar dock av alla typer av HDTV-format oavsett sändningsstandard och som hanterar att visa krypterat innehåll, något som ytterst få icke-hd-ready märkta displayer klarar av (Ibid). Bilden som visas har alltid den upplösning som TV-displayen har och detta innebär i stort sett alltid att upplösningen är högre än vad icke-hd-ready displayer har. Detta resulterar i att HDready märkta TV-displayer är att betrakta som framtidssäkra. Bakom HD-ready står EICTA som är en europeisk organisation som representerar informations- och kommunikationsteknologi samt konsumentelektroniksektorn (Ibid). För att kunna använda HD-ready loggan måste företag licensera sig hos EICTA. Kraven för HDready märkningen är följande (Ibid): Bildpanelens faktiska upplösning måste vara minst 720 pixlar på höjden, i bredbildsformat. Det skall observeras att huruvida upplösningen på bredden är på 1280 pixlar, är inget som fastställs av EICTA. Som det tidigare framgick är en av standarderna för HDTV 1280*720 där scanningstekniken är progressiv. I och med EICTA:s direktiv går det att ange en display som HD-ready trots att bildens upplösning är mindre än 1280*720. HD-signalen skall kunna mottas i både analog och digital form. Displayen skall klara av att ta emot 1280* Hz och 60 Hz progressivt, samt 1920* Hz och 60 Hz interlaced. DVI eller HDMI (digitalt HD-interface) skall klara HDCP som innebär att displayen måste klara av att ta emot en krypterad digital signal oavsett om kontakten på själva displayen är DVI eller HDMI. Redan när kraven för HD-ready fastställdes av EICTA fanns det displayer på marknaden som uppfyllde dessa krav och därtill. Dessa marknadsfördes som Full-HD displayer. Det är viktigt att poängtera att Full-HD ej är av EICTA fastställda normer (Ibid). Uttrycket är att betrakta som ett marknadsföringsuttryck som används av försäljare för att visa att produkten har ännu högre upplösning än HD-ready märkta produkter. Full-HD loggan används på displayer som har en upplösning på 1920*1080 där scanningstekniken är progressiv. Inhandlar man som konsument en TV-apparat som är märkt Full-HD bör man försäkra sig om att apparaten är försedd med en HD-ready logga också. Figur 3.19 visar HD-ready loggan som EICTA har ensamrätt på och som visar på att displayen uppfyller organisationens krav. 30