#IRTHISTORY – Wir blicken zurück auf 64 Jahre Rundfunktechnik

Ende dieses Jahres schließt das IRT für immer seine Pforten. In den verbleibenden Wochen wollen wir noch einmal auf die großen Erfolge des Instituts zurückblicken. Daneben beleuchten wir auch kleinere Projekte und stellen die Expertinnen und Experten vor, die die technischen Entwicklungen im Rundfunk mit vorantrieben.

Die beiden Bilder zeigen den Wandel des IRT-Fernsehstudios, das sich im Laufe der Zeit aufgrund neuer Anforderungen immer wieder verändert hat: vom Schwarz-Weiß-Studio, über BlueScreen- und virtuelle Studiotechniken bis hin zum heutigen Studio für Video-Expert-Viewings, um geeignete Bildparameter auszuwählen und die Bildqualität von Produktions- und Distributionsketten zu beurteilen.   

2011: Marvellous MARVIN

Im Forschungsprojekt 3D VIVANT strebten neun europäische Projektpartner nach Verbesserungen zum Erfassen von Ereignissen im dreidimensionalen Raum und deren Wiedergabe. Betrachte wurde dabei die gesamte Kette eines 3D-Produktionsablaufs. Das IRT-Team um Michael Meier und Michael Weitnauer konzentrierte sich im Audiobereich auf Aufnahme- und Wiedergabe und entwickelte dafür das Kugelflächenmikrofon MARVIN (Microphone Array for Realtime and Versatile Interpolation).

Eine innovative Videotechnik stellt hohe Anforderungen an den Ton, der die Wirkung des plastischen Bildes unterstreicht. Audioquellen sollen aus der Richtung wahrgenommen werden, wo sie der Zuschauer im Bild lokalisiert. Die Grundlage für ein 3D-Audioerlebnis schuf das IRT bereits im Vorfeld: Sogenannte binaurale Signale bilden die Basis zur räumlichen Tondarstellung. Deren Aufzeichnung erfolgt üblicherweise mittels eines Kunstkopfes – eine Nachbildung des menschlichen Kopfes mit Mikrofonen im Ohrkanal.

Bei der Wiedergabe eines mit einem Kunstkopf aufgezeichneten Signals mittels Kopfhörer entsteht für den Zuhörer der Eindruck, sich selbst am Aufnahmeort zu befinden. Allerdings ist bei klassischen Kunstkopfsignalen die Ausrichtung und Positionierung des Zuhörers fest und unveränderlich. Mit dem Aufnahmesystem MARVIN und der neu entwickelten Signalverarbeitungssoftware war es nun möglich, sich frei am Abhörhort zu drehen und so ein noch intensiveres, immersives Hörerlebnis zu schaffen. Testaufnahmen bei klassischen Konzerten und mobile Aufnahmen in der Natur belegten ein beeindruckende Hörerlebnis durch den Einsatz von MARVIN.

Die gewonnenen Erkenntnisse flossen in Betrachtungen zur Audiogestaltung von 360° Videoproduktionen als auch in neue Technologien im Bereich Next Generation Audio ein, wodurch der Ton für Zuschauer und Zuhörer interaktiv, personalisierbar und immersiv erlebbar wird.

Jahresbericht 2011

2008: Näher dran am Ball

Fußball-Übertragungen mit stark wechselnden Bildausschnitten fordern eine exakt übereinstimmende Bild-Ton-Kombination, um dem Zuschauer einen harmonischen Gesamteindruck zu vermitteln. Im IRT wurde ein Konzept mitentwickelt, das diesem Anspruch gerecht wird: Stark richtende Mikrofone verfolgen mit Hilfe eines speziellen Nachführsystems den Ballverlauf und liefern so den passenden akustischen Eindruck zum jeweiligen Bildausschnitt.

Dazu wurden zwei Mikrofone in ca. 8 Meter Höhe nahe der jeweiligen Torlinie montiert. Um Störgeräusche durch Zuschauer zu minimieren, wurden die Mikrofone nur auf Ziele innerhalb des Spielfeldes gerichtet. Zusätzlich befand sich nahe der Mittellinie ein spezielles Richtmikrofon auf einer motorgesteuerten Halterung (Remote Head). Ein sehr schneller Motor war in der Lage, das Richtmikrofon auch bei extremen Bedingungen (beispielsweise Ballgeschwindigkeiten von bis zu 150 km/h) exakt nachzuführen. Die Steuerbefehle dazu errechnete eine im IRT entwickelte Software aus den optisch generierten Positionskoordinaten des Balls.

Getestet wurde das Nachführsystem in der Münchner Allianz Arena und im Berliner Olympiastadion, wo es die verbesserte Tondarstellung von Ballgeräuschen mit Hilfe einer automatisierten Nachführung von stark richtenden Mikrofonen belegte. Das von Gerhard Stoll und seinem Team erlangte Know-How floss einige Jahre später in die Produktentwicklung einer Steuerungsautomation für Close-Ball-Mixing bei großen Sport-Events ein.

Jahresbericht 2008

1989: Das erste Digitalradio kam aus dem All

Anfang der 1980-er Jahre vereinbarten Frankreich und Deutschland bei der Entwicklung der Rundfunksatelliten TV-SAT und TDF-1 zusammenzuarbeiten. Für die Nutzer sollte ein europaweiter direkter Empfang mit einer kleinen Flachantenne möglich werden. Die deutsche Seite plante darüber hinaus, einen TV-Transponder mit einem neuen Hörfunksystem für 16 digitale Hörfunkprogramme (in stereo oder je zwei Monoprogramme anstelle eines Stereoprogramms) zu belegen. Das war die Geburtsstunde des Digitalen Satelliten-Radios (DSR). Entwicklungspartner waren deutsche Industriefirmen, das Fernmeldetechnische Zentralamt, das Forschungsinstitut der Deutschen Bundespost, die damalige Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt, für die Rundfunkanstalten das IRT und die TU Hannover.

Anstelle der später bei DAB-, ADR- und DVB-Radio verwendeten Audiodatenreduktion wurde bei DSR eine 16/14-Bit-Gleitkommatechnik und die Übertragung eines Skalenfaktors verwendet. Damit ließ sich ein digitales Stereosignal mit einer Datenrate von 1,024 Mbit/s in CD-ähnlicher Tonqualität übertragen. Weitere Neuerungen waren der Fehlerschutz, die Signalzuführung über DS1-Leitungen, die Bündelung verschiedener Programme an der Satellitenerdfunkstelle in Usingen und die Übertragung von Zusatzinformationen. Letztere sollten dazu dienen, automatisch die Lautstärke von Sprache und Musik anzupassen, ein leichtes Suchen nach bestimmten Programminhalten zu ermöglichen und zusätzliche Informationen zum Musikstück anzuzeigen. Der Start von DSR erfolgte auf der IFA 1989. Die Ausstrahlung währte aber nur 10 Jahre. Der deutsche Konsumentenmarkt blieb für DSR bis auf rund 200.000 Audioenthusiasten verschlossen. Vielleicht lag es am eingeschränkten Programmangebot, weil das Solarpanel eines Satelliten klemmte und dieser sich als Weltraumschrott verabschiedete oder an den zu Beginn mit 1.000 DM recht teuren stationären Empfangsgeräten. Auch eine zusätzliche Verbreitung der DSR-Programme im Kabelnetz der Deutschen Telekom brachte nicht signifikant mehr Hörer. Am 16. Januar 1999 wurde die DSR-Ausstrahlung eingestellt.

Trotzdem war DSR ein Meilenstein in der Rundfunktechnik. Viele technische und medienpolitische Herausforderungen wurden gemeistert und flossen später in Nachfolgesysteme ein. Maßgeblichen Anteil an der Entwicklung von DSR im IRT hatten Prof.Dr. Georg Plenge, Horst Jakubowski, Rolf Süverkrübbe und die Teams von Christoph Dosch, Klaus Altmann, Klaus Voigt und Heinrich Twietmeyer.

1988: RDS – Wie der Radiotext ins Auto kommt

Mit dem Start von Bayern 3 als erste Servicewelle der ARD im Jahr 1971 begannen Fachleute zu überlegen, wie Stau- und Falschfahrerinformationen schneller im Auto gehört und die UKW-Sender besser empfangen werden können. Die Autofahrerrundfunkinformation (ARI) ermöglichte es ab 1974, dass automatisch von Kassette auf eine Verkehrsdurchsage umgeschaltet werden konnte. Ein unhörbarer Hilfsträger von 57 kHz übertrug das notwendige Schaltsignal.

Von ARI zu RDS
Im nächsten Schritt sollten jetzt ganze Datenblöcke ins UKW-Radio übertragen werden. Wesentliche Anforderungen waren, dass die Übertragungsqualität für das Hörfunkprogramm nicht beinträchtig wird und die bestehende ARI-Aussendung sowie Nachbarprogramme nicht gestört werden. In den Datenblöcken sollten u. a. Abstimminformationen für den Empfänger, der Programmname, die Programmart, eine Verkehrsfunkkennung und sogar kurze Texte übertragen werden.

Ein Standard in Europa
Im Jahr 1976 gab es dafür fünf Kandidatensysteme aus Großbritannien (BBC), Schweden (STA-PI), Finnland (YLE), Niederlande (SPI) und Frankreich (TDF). Für die Europäische Rundfunkunion UER/EBU und die Automobil- und Gerätehersteller war schnell klar, dass nur ein einheitlicher europaweiter Standard sinnvoll ist. Zwischen 1980 und 1982 wurden die Systeme ausgiebig getestet und ausgewertet. Offiziell wurde das von der Europäischen Rundfunkunion konzipierte und unter maßgeblicher Beteiligung des IRT entwickelte Radio Data System am 1. April 1988 in Deutschland eingeführt.

Die Technik
Bei RDS werden die ausgestrahlten Daten in digitalisierter Form im Encoder am UKW-Senderstandort zu einem kontinuierlichen Datenstrom mit einer Bruttodatenrate von 1187,5 Bit/s aufbereitet und auf einen 57 kHz-Hilfsträger moduliert, dort wo bis 2005 auch das ARI-Signal eingeordnet war. Um es seinerzeit nicht zu stören wurde eine Zweiseitenbandmodulation mit unterdrücktem Träger eingesetzt, wobei zwischen RDS- und ARI-Träger eine feste Phasendifferenz von 90 Grad eingehalten wurde. Die RDS-Daten werden in Gruppen eingeteilt, die jeweils aus vier Blöcken bestehen. Bei RDS gibt es 32 verschieden Arten von Gruppen. Einige RDS-Dienste werden in einer fest zugewiesenen Gruppe übertragen, andere werden flexibel transportiert. Beispielsweise wird die Verkehrsfunkkennung in jeder Gruppe gesendet. So gelangt sie schnell ins Radio. Auf diese Weise werden viele statische und dynamische Daten übertragen. Der Hörer wählt seinen Lieblingssender anhand des Programmnamens, bei längeren Autofahrten erlaubt eine Liste alternativer Frequenzen, die das gleiche Programm ausstrahlen, dass automatisch auf das beste Signal gewechselt wird und als Radiotext erscheint der Titel des gerade laufenden Musikstücks.

Von UKW zu DAB
Heute gibt es kein Autoradio mehr ohne RDS-Technik. Auch im UKW-Nachfolgesystem DAB+ finden sich alle diese Basisinformationen, dazu kommen viele neue Dienste und Radioprogramme in digitaler Form. An der Entwicklung des RDS-Systems waren im IRT maßgeblich Jürgen Mielke, Gerd Petke und Karl-Heiz Schwaiger beteiligt. Die Einführung und den späteren Betrieb unterstützen Clemens Kunert, Werner Richter und Martin Schulze. 

1972: Das Münchner Olympiadach und wie das IRT half, dass es gläsern wurde

Die 72.800 Quadratmeter große gläserne Dachlandschaft gilt als Wahrzeichen Münchens. Ursprünglich war für die Olympischen Spiele 1972 jedoch eine kostensparende Konstruktion vorgesehen: ein Stadion mit schattenwerfendem Dach aus Holzschindeln.

Für die Rundfunkanstalten kam dies bei den ersten Olympischen Spielen im Farbfernsehen nicht in Frage. Zu hohe Kontraste zwischen den sonnenbeschienenen Teilen des Spielfelds und den im Schatten der Holzschindeln liegenden hätten die Farb-Aufnahmen massiv beeinträchtigt. Albert Kaufmann und sein Team testeten daher im IRT-Fernsehstudio verschiedene Szenarien und lieferten wichtige Erkenntnisse für die spätere Entscheidung. Das Ergebnis sind die Acrylglas-Platten im weltweit bekannten Zeltdach.  

1967: Zeitlupe - elektronisch

Die Zeitlupe ist so alt, wie die Kinematographie. Wird mit einer höheren Bildfrequenz aufgenommen als wiedergegeben, so erscheint der Zeitablauf der Bewegung langsamer, man spricht von Zeitlupe. Um diesen Effekt in den Anfangsjahren des Schwarzweiß-Fernsehens zu erzielen, wurde der photographische Film als Bildspeicher dazwischengeschaltet. Diese Methode benötigte eine lange Vorlaufzeit und war für Livesendungen unpraktikabel.

Vom Film zum Speicher
Ende der 1950er Jahre wurde die Sportberichterstattung im Fernsehen immer populärer. Was fehlte, war die Möglichkeit den Zieleinlauf der Athleten oder das entscheidende Tor im Fußballspiel nochmal verlangsamt zu zeigen. In Japan entwickelte man für die Olympischen Spiele in Tokio im Sommer 1964 und zwei Jahre danach in England für die Fußballweltmeisterschaft 1966 mit Hochdruck erste Verfahren für eine elektronische Zeitlupe. In beiden Fällen wurden eine magnetische Bildaufzeichnung mit zusätzlichen Folien- oder Plattenspeichern kombiniert, die aber über geringe Speichergrößen verfügten.

Zeitlupe vorwärts und rückwärts
Am IRT wurde ebenfalls zu dieser Zeit an der elektronischen Zeitlupe geforscht. Die Olympischen Sommerspiele 1972 in München sollten auch hinsichtlich der Fernsehtechnik neue Maßstäbe setzen. 1967 wurde anlässlich einer Jahrestagung der Fernseh-Technischen Gesellschaft erstmals ein Laborgerät der IRT-Zeitlupe einem größeren Kreis von Fachleuten vorgestellt. Es war eine technische Innovation für das PAL-Farbfernsehen und ein Wunderwerk der Feinmechanik. Das Gerät konnte nicht nur ein einziges Zeitlupenverhältnis, sondern die Zeitdehnung und Zeitraffung konnte freigewählt werden, sogar stehende Einzelbilder waren möglich. Alle Bewegungsabläufe konnten sowohl vorwärts als auch rückwärts wiedergegeben werden, ein Feature, das 1974 bei der Übertragung der Fußball-WM in Deutschland noch eine wichtige Rolle spielen sollte.

Funktionsweise
Der Aufzeichnungsträger der US-Firma MVR-Corporation war eine Aluminiumplatte von 30 cm Durchmesser, die auf beiden Seiten mit einer magnetisierbaren Schicht versehen war. Zwei Magnetköpfe beschrieben abwechselnd die Speicherspuren der Platte, die Oberseite mit dem 1. Teilbild und die Unterseite mit dem 2. Teilbild. Dazwischen wurden die Magnetköpfe präzise von Spur zu Spur verschoben. Je nach Vorschubbewegung bei der Wiedergabe konnte der Zeitablauf der Aufnahme beliebig verändert wiedergegeben werden. Der Zeitlupeneffekt entstand, wenn die einzelnen Spuren mehrfach abgetastet wurden. Insgesamt konnten 900 Teilbilder gespeichert werden. Das entsprach einer Aufzeichnungsdauer von ca. 18 s.   Die elektronische IRT-Zeitlupe war geboren. Die zahlreichen Anpassungen des Systems an die technischen Eigenschaften des neuen PAL-Fernsehens sollen hier nicht unerwähnt bleiben. Maßgeblich im IRT waren Herbert Fix und sein Team, Herbert Funk, Erwin Vollenweider und Arthur Heller beteiligt. Der spätere IRT-Direktor Herbert Fix erklärt hier nochmal die Funktionsweise.  

Innovative Sportberichterstattung
Seine Feuertaufe bestand die IRT-Zeitlupe im Jahr 1968 bei zahlreichen Liveereignissen, wie dem Neujahrs-Skispringen in Garmisch-Partenkirchen, die Winterolympiade in Grenoble und die Fußballeuropameisterschaft in Italien. In den Jahren danach lieferten die Firmen Ampex und MVR-Corporation für den Markt professionelle Geräte, die nach dem Prinzip der IRT-Zeitlupe arbeiteten. Ein Feature der IRT-Zeitlupe wurde ab 1974 zu einem neuen Unterhaltungsformat in der ARD-Sportschau. Die schnelle Vorwärts- und Rückwärtswiedergabe der Fernsehbilder brachte den WDR-Redakteur Manfred Sellge auf die Idee des Fußball-Balletts, das fortan das ARD-Fernsehpublikum erheiterte.

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