Die verschiedenen Signalarten im Gaming-Bereich
Wer sich intensiver mit Retro-Gaming auseinander setzt, der wird bei dem Versuch seine Konsolen an seine Ausgabegeräte anzuschließen zweifelsfrei auf Hindernisse stoßen. Die verschiedenen Standards der Signalübertragung haben sich in fast 50 Jahren Konsolengeschichte stetig weiterentwickelt und qualitativ verbessert. Möchte man sich mit allem was die Geschichte der Videospielkonsolen hervorgebracht hat auseinandersetzen, so wird man mit einer Vielzahl an Signal- und Anschlussarten konfrontiert. Dies kann leicht irreführend sein. Der Versuch alle Konsolen in sein Setup zu integrieren oder sogar auf moderne Ausgabegeräte zu übertragen kann selbst für den fortgeschrittenen Nutzer unheimlich komplex werden. In diesem Artikel soll deshalb ein Überblick über die relevanten Signalarten im (Retro)-Gaming Bereich gegeben und deren Grundlagen in einer leicht verständlichen Art und Weise erläutert werden. Für detaillierte technische Hintergründe verweise ich auf die jeweilige Fachliteratur. Dabei soll es hier vorrangig nur um die Anschlussarten der Heimkonsolen gehen.
Antennensignal (RF)
Das Antennensignal oder auch RF-Signal ist das älteste der hier behandelten Signalarten. Es diente in den Anfängen der Videospielkonsolen als Übertragungsstandard; vorrangig in den 70er und 80er Jahren. Zu dieser Zeiten waren die meisten TV's nur mit einer einzigen Anschlussbuche versehen, dem Antennengang. Über diesen Eingang wurde genauso das Antennensignal für das Fernsehprogramm eingespeist. Dieses ist heute noch als "terrestrisch" bekannt, wurde aber in den letzten Jahren endgültig abgeschaltet und vollständig durch digitales Kabel- bzw. Satelliten-Fernsehen ersetzt. Bei aktuellen TV's besteht daher prinzipiell keine Möglichkeit mehr Konsolen per RF anzuschließen. Da mit dem Aufkommen der Videospielkonsolen der Antenneneingang bei der breiten Masse im Heimmarkt die einzige verfügbare Schnittstelle war, mussten die Konsolenhersteller den Gegebenheiten folgeleisten und ihre Geräte mit einem zusätzlichen RF-Modulator ausstatten. Dieser mischt sowohl Bild- als auch Tonsignale auf einer einzelnen Leitung zusammen und gibt diese mit einer für den TV dekodierbaren Frequenz weiter. Diese Signalwandlungen und die meist auch viel zu langen, schlecht geschirmten Anschlussleitungen führen zu einem stark verrauschten und kontrastarmen Bild sowie schlechter Tonqualität. Hinzu kommt ein schlechter Bedienkomfort, da die Frequenz erst über eine Kanalsuche gefunden werden musste. Diese lag meist auf Kanal 3 oder 4. An den Konsolen ist häufig noch ein Kanalwahlschalter zu finden.
Alles in allem bietet das Antennensignal die schwächste Möglichkeit des Konsolenanschlusses, sowohl hinsichtlich Bildqualität als auch Kompatibilität und Komfort. Wichtig ist in diesem Zusammenhang noch zu wissen, dass Konsolen aus anderen Regionen für europäische TV's nicht verarbeitbare Frequenzen ausgeben und umgekehrt. Konsolen und Ausgabegeräte unterschiedlicher TV-Regionen sind also nicht miteinander kompatibel. Um nicht fortlaufend das Antennenkabel am TV umstecken zu müssen wurde von vielen Konsolen-Herstellern zur damaligen Zeit kleine Schaltboxen mitgeliefert, mit deren Hilfe man zwischen TV und Konsole wählen konnte.
Obwohl Anfang der 90er Jahre bereits neue Signalarten den Consumer-Markt erreichten wurde noch längst nicht jeder Röhren-TV (auch CRT genannt) frühzeitig ausgetauscht. Derartige Boxen wurden deshalb teilweise noch bis Ende der 90er Jahre mitgeliefert.
Composite Video (FBAS)
Dieser Videostandard sollte den meisten Anwendern zumindest optisch bekannt sein. Es handelt sich um die berühmten drei Chinch-Stecker Gelb, Rot und Weiß, wobei eigentlich nur der gelbe Chinchstecker für die Bildübertragung verantwortlich ist. Rot und Weiß übertragen den rechten und linken Audiokanal (Stereo). Diese Art der Signalübertragung setzte sich nach und nach als weitere Schnittstelle für Zusatzgeräte an den heimischen CRT durch und löste die RF-Übertragung im Bereich der Videospielkonsolen mit Beginn der 90er Jahre allmählich ab. Konsolenhersteller legten nun ihren Geräten standardmäßig ein Composite Video Kabel bei. Der große Vorteil lag hierbei in der Trennung von Ton und Videosignalen. Statt alle Signale durch eine einzelne Leitung zu schleusen standen nun zwei separate Audioleitungen bereit. Das gegenseitige Übersprechen der Bild- und Tonsignale und die damit verbundenen Störungen wurden so effektiv vermindert. Außerdem wurde nun auch Stereo-Ton möglich. Dies führte im Vergleich zur RF-Übertragung zu einem enormen Fortschritt in der Bild- und Tonqualität.
Separate Video (S-Video, Y/C)
Das S-Video Signal stellt die nächste Stufe hinsichtlich der Bildqualität dar. Diese Signalart wird typischerweise über den 4-poligen Mini Din Standard übertragen. Der Stecker wird als Hosiden-Stecker bezeichnet. Bei S-Video findet eine weitere Aufteilung der Bild- und Toninformationen statt. Wie auch bei Composite Video wird der (Stereo)-Ton auf 2 separaten Audioleitungen meist über Chinch weitergegeben. Das Bildsignal wird wiederum unterteilt in die Farbinformation (Chrominanz) und die Helligkeitsinformation (Luminanz), die auch das Sync-Signal beinhaltet. Die Farbinformation wird damit nicht mehr wie bei Composite Video der Helligkeitsinformation beigemischt. Der TV muss diese somit nicht dekodieren (was immer mit Fehlern verbunden ist, die sich dann auf die Bildqualität auswirken). Dies führt im Ergebnis zu einer besseren Detaildarstellung und damit zu einer deutlich besseren Bildqualität. S-Video wurde im europäischen Raum im Heimgebrauch vorwiegend bei DVD-Recordern und Videokameras eingesetzt. Im Retro Gaming kommen wir deshalb auch vorwiegend bei Multimedia-Konsolen wie dem Philips CD-i oder dem Panasonic 3DO mit dieser Signalart in Berührung; aber auch in exotischeren Multimedia Geräten wie der Apple Pippin oder dem FM Towns Marty, wobei letzteres eher die Konsolenvariante eines Heimcomputers ist.
RGB
RGB ist das Signal, das wir im Retro Gaming idealer Weise erreichen wollen. Es stellt auf klassischen CRT's die qualitativ hochwertigste Signalart dar und eignet sich hervorragend für das Upscaling mit modernen Scalern wie dem OSSC oder dem RetroTink. Näheres zum Thema findest du in meinem Wiki-Eintrag zum Thema Upscaler. Die Bildinformation wird bei dieser Signalart noch feiner aufgeschlüsselt. Die Unterteilung findet nun nicht mehr nach Farb- und Helligkeitsinformation statt sondern alle drei Grundfarben des RGB-Farbraumes erhalten ihre eigene Übertragungsleitung (Rot, Grün, Blau). Außerdem findet die die Übertragung des Sync-Signals ebenfalls auf einer separaten Leistung statt. Zum Thema Sync schaue auch gerne mal in diesen kurzen Beitrag. Den Tonsignalen bleiben zwei Leitungen für den rechten und linken Audiokanal erhalten. Durch diese feine Auftrennung und Übertragung der Bild- und Toninformationen in ihren einzelnen Bestandteilen wird die Grundlage für ein rauscharmes, kontrastreiches und scharfes Bild am Ausgabegerät geschaffen. Viele Konsolen besitzen die Fähigkeit dieses Signal ab Werk auszugeben. Dazu ist ein spezielles RGB-Kabel nötig, das damals nicht im Lieferumfang der Geräte enthalten war. Leider ist nicht jede Konsole ohne zutun RGB-tauglich, wie zum Beispiel das N64 und das NES. Für die meisten Geräte existieren aber mittlerweile aufwendige Modifikationen, um ihnen dennoch ein RGB-Signal entlocken zu können.
SCART, VGA und BNC
Wie ist das jetzt mit dem SCART von dem alle reden? SCART ist im Endeffekt nur ein Übertragungsstandard und keine eigene Signalart. Dieser wurde bereits Anfang der 80er Jahre in Frankreich eingeführt, weiterentwickelt und später flächendeckend in Europa (und Australien) übernommen. Es war ein Versuch, für die vielen unterschiedlichen Signalarten eine gemeinsame Schnittstelle zu finden. Der Scartstecker besitzt stolze 21-Pins und bietet damit Platz für die Übertragung von Mono- und Stereo-Ton, Composite Video, S-Video und RGB. Des Weiteren sind noch einige Datenleitungen vorgesehen. Es kann sogar Component übertragen werden. Ein Signaltyp, welcher im nächsten Abschnitt noch beleuchtet wird. Damit ist SCART ein Allrounder und der im europäischen Consumer-Markt verbreitetste Standard für die Übertragung von RGB-Signalen. Der SCART Standard hat sich allerdings nur im europäischen/australischen Raum durchgesetzt. In den USA beispielweise waren nur bei Exportgeräten SCART-Buchsen zu finden. Dort war die Hosiden-Buchse der gängige Übertragungsstandard und der qualitativ hochwertigste "gängigste" Signaltyp S-Video.
Gut zu wissen:
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S-Video war bei der Entwicklung des SCART Standards noch nicht vorgesehen und kam erst später hinzu. Es fehlt dadurch ein Pin für die Übertragung der Farbsignale (Chrominanz). Zu diesem Zweck wird der Rot-Pin doppelt belegt, weshalb S-Video und RGB nicht zeitgleich bereitgestellt werden können. Adapter mit einer Umschaltlösung können Abhilfe schaffen. Dies ist im übrigen auch der Grund warum SCART TV-Eingänge entweder RGB und Composite oder S-Video und Composite unterstützen. Bei deiner Verkabelung solltest du auf die richtige Zuordnung der Eingänge achten.
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Es gibt noch eine baugleiche Abwandlung im japanischen Raum, das JP21. Hier ist die Belegung eine andere. Beide Varianten sind nicht miteinander kompatibel, lassen sich aber adaptieren.
SCART hat also nichts mit der Bild- oder Tonqualität zu tun sondern ist lediglich eine genormte Schnittstelle, welche eine Übertragung unterschiedlichster Signalarten ermöglicht. Es existieren neben SCART noch weitere Schnittstellen zur Übertragung von RGB-Signalen:
VGA (Video Graphics Array)
VGA wurde bereits Ende der 80er Jahre erfunden und ist in erster Linie im Bereich der PC's und Heimcomputer angesiedelt. Diese Schnittstelle unterscheidet sich durch eine Aufteilung des Sync-Signals in eine horizontale (H-Sync) und vertikale (V-Sync) Komponente (auch als "Separate Sync" bezeichnet). Dies ist besonders für den Verwendung mit Computermonitoren von Relevanz. Einige wenige Konsolen besitzen die Möglichkeit der hochauflösenden Bildausgabe über VGA. Ein prominentes Beispiel ist die Sega Dreamcast unter Verwendung einer VGA-Box. Mithilfe eines Sync-Combiners lassen sich die getrennten Sync-Signale wieder zu einem C-Sync-Signal zusammenführen und für herkömmliche Ausgabegeräte wie CRT's nutzbar machen.
BNC
Die Schnittstelle BNC ist nach ihrem Bajonettverschluss und dem Erfinder benannt. BNC findet prinzipiell im Labor- und Studiobereich Anwendung und kann ebenso für die Übertragung von RGB-Signalen genutzt werden. Bezogen auf das Retro Gaming haben wir mit dieser Schnittstelle bei professionellen Monitoren wie BVM's und PVM's und weiterem Studioequipment wie Matrizen von Extron usw. zu tun. Der Vorteil dieser Schnittstelle ist eine Aufteilung der Farb- Ton- und Synchronizationsleitung auf einzelne Koaxialkabel, wodurch ein sehr gute Abschirmung gegen Störeinflüsse erreicht wird. Außerdem der robuste und kontaktsichere Bajonettverschluss. Die meisten Leser werden keine Berührungspunkte mit dieser Schnittstelle haben, weshalb ich an dieser Stelle nicht weiter darauf eingehen möchte. Wer mit seinem Setup an diesem Punkt angekommen ist wird sich bereits hinreichend informiert haben.
SCART, VGA und BNC sind untereinander problemlos adaptierbar.
Component Video
Die vorangegangenen Signalarten waren lediglich in der Lage Bildschirmauflösungen in sogenannter Standard-Definition (SD) zu übertragen. In Zahlen ausgedrückt meint dies von 240/288i/p bis zu 480/576i-Auflösungen (wobei das i für interlaced = Halbbilder und das p für progressiv = Vollbilder steht). Mit dem Aufkommen hochauflösender Röhren und Plasma TV's wurde es erforderlich auch Auflösungen von 480p und darüber hinaus zu übertragen. Wir bewegen und hier im Bereich der High-Definition (HD). Hierfür wurde Ende der 90er Jahre der Übertragungsstandard Component Video geschaffen. Dieser lässt sich als Zwischenschritt zur den folgenden digitalen Anschlussarten einordnen. Die Übertragung erfolgt im Regelfall mittels dreier Chinch-Stecker (meist Rot, Grün, Blau, die Farbe der Stecker ist allerdings für die Funktionsweise irrelevant) und zweier separater Chinch-Stecker für den Ton, kann aber auch per BNC oder sogar über die Scart-Schnittstelle (nicht standardisiert!) realisiert werden. Das Signal besteht nun aus einem Helligkeitssignal und zwei Farbdifferenzsignalen. Das Sync-Signal befindet sich auf der Helligkeitsleitung. Wir stellen einzelne Farben nun nicht durch die drei Grundfarben sondern durch eine Symbiose aus Helligkeit und Farbigkeit zusammen. Der Standard ermöglicht damit bis zu 10 mal höhere Bandbreiten für die Übertragung (bis zu 100 Mhz) als der SCART-Standard. Damit sind Auflösungen bis zu 1080p60 (bei Vollbilder bei 60 Hz) möglich. Im Gaming-Bereich bieten vor allem Konsolen aus den frühen 2000er Jahren ab Werk eine Component-Video Unterstützung wie XBOX, PS2, GameCube und die Wii und stellt für diese Konsolen die beste Anschlussalternative dar.
Component, YUV, YPbPr, YCbCr...was denn nun?
In der Praxis existieren einige Bezeichnungen, die als Synonyme für Component Video gebraucht werden. Component Video bezeichnet die eigentliche Technologie, die wir benutzen. YPbPr und YUV sind zwei unterschiedliche analoge Helligkeits- Farbigkeitsmodelle, nach denen Bildinformationen berechnet werden können. YCbCr ist dann noch das digitale Gegenstück zu YPbPr. Wenn wir im RetroGaming von Component Video sprechen, dann meinen wir weiterführend immer das analoge YPbPr-Farmodell.
HDMI
HDMI (High Definition Multimedia Interface) wurde von der Unterhaltungselektronik als gemeinsamer, zukunftssicherer Standard für die Übertragung von digitalen Video- und Tonsignalen eingeführt und wird bis heute weiterentwickelt. Alle Konsolen ab der Generation von PS3 und XBOX 360 unterstützen diesen Standard und sollten für die bestmögliche Bildausgabe auch mit diesem betrieben werden. HDMI hat die oben beleuchteten Übertragungsarten mittlerweile vollständig abgelöst. Dafür sind viele Vorteile verantwortlich u.a. sehr hohe Bandbreiten, kompressionslose Datenübertragung und sehr hohe Datenübertragungsraten. Mit der aktuellen Version 2.1 sind beispielsweise Spieleauflösungen in 4k bei 120Hz inklusive HDR und VRR möglich. Hierbei gibt es zu beachten, dass mittlerweile ein Vielzahl an HDMI-Revisionen erschienen sind und oft noch "veraltete" Kabel verkauft oder im Gebrauch sind. Die Bandbreite unterschiedet sich zwischen neuen und alten HDMI-Versionen teilweise gravierend. Um die volle Leistung des HDMI-Anschlusses nutzen zu können ist es essentiell immer HDMI-Kabel mit der passenden Bandbreite (oder höher) einzusetzen.
Gut zu wissen:
HDMI ist zu älteren Versionen vollständig abwärtskompatibel. Es existiert auch noch in weiteren Bauformen wie Mini- und Mikro-HDMI. Diese Schnittstellen sind platzsparender und kommen in erster Linie bei Notebook, Tablets und Smartphones zum Einsatz.
Exkurs: DVI, Display Port, Klinkenstecker, Toslink
Neben dir hier bisher vorgestellten Schnittstellen existieren im Heimbereich natürlich auch noch weitere. Relevant könnten im Gaming noch der DVI und der Display Port werden. DVI sieht dem VGA Anschluss recht ähnlich und dient wie auch HDMI der Übertragung von digitalen Bildsignalen. Der Anschluss war vor allem an PC-Grafikkarten gängig und findet sich im Retro-Gaming an frühen Revisionen des OSSC wieder. Es werden ausschließlich Bildinformationen und keine Toninformationen übertragen. DVI und HDMI sind adaptierbar.
Display Port ist der HDMI-Schnittstelle sehr ähnlich und beide existieren nebeneinander. Display Port ist vor Allem in der Computertechnik von Bedeutung, während HDMI eher in der Unterhaltungselektronik angewandt wird. Heutige PC-Grafikkarten haben meist Anschlüsse für beide Standards. Display Port bietet gegenüber HDMI den technischen Vorteil sicherer in den Anschlussbuchsen zu sitzen. Außerdem ist Display Port lizenzfrei und kann damit bei Hobby-Projekten ohne zusätzliche Gebühren verwendet werden. Display Port ist mit HDMI kompatibel, allerdings nicht zu DVI.
Im Gaming kommt man auch mit den Begriffen Klinkenstecker und Toslink in Berührung. Beide Schnittstellen werden dabei vorrangig zur Tonübertragung genutzt. Klinkenstecker gibt es in verschiedenen Ausführungen. Es handelt sich um koaxiale Steckverbinder. Viele Konsolen und auch TV-Geräte sind mit einer Kopfhörerbuchse ausgestattet, in die ein 3,5mm Klinkenstecker passt. Dies ist teilweise die einzige Möglichkeit seine Konsolen ohne internen Umbau in Stereo-Ton zu genießen. Beispiele hierfür wären das Sega Mega Drive 1 und auch das Neo Geo AES. Mit speziellen Kabeln ist es möglich den Ton von dieser Klinkenbuchse abzugreifen und anstelle des Mono-Audios mit durch das Scartkabel zu schleifen.
Toslink ist eine optische Schnittstelle zur digitalen Tonübertragung. Dabei können bis zu 6 Tonkanäle (5.1-Surround Sound) übertragen werden. Unterstützt wird dieser Standard von Konsolen aus den 2000er Jahren (PS2, XBOX) bis heute. Durch die optische Signalleitung per Lichtleiter sind diese Kabel sehr knickanfällig.
Ganz am Rande soll auch nochmal der USB-Standard erwähnt werden. Es existieren mittlerweile eine Vielzahl an Bauformen und die Meisten finden ab der PS2 Ära auch im Konsolenbereich Anwendung (USB-A, Mini-USB, Micro-USB, USB-C..). Dabei werden diese meist für den Anschluss oder das Laden von Peripherie oder den Datenaustausch verwendet.
Als weiteres austauschbares Speichermedium sind noch SD- und MicroSD-Karten zu nennen.
In diesem weiterführenden Wiki-Eintrag findest du eine Zusammenfassung aller relevanten Heimkonsolen sowohl mit ihrem ab Werk vorhanden und durch Modifikationen erreichbaren Ausgangssignalen.