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Sonntag, 21. Januar 2018

Fernsehen

Pixeldoping für bessere TV-Bilder

Von Rainer Bücken | 3. Juni 2016 | Ausgabe 22

Nicht nur im Sport geht es um „schneller, höher, weiter“. Auch die Fernsehtechnik ist vom sportlichen Ehrgeiz gepackt – mehr, schnellere und bessere Pixel sollen die Bildqualität künftiger Fernsehgeräte in olympische Höhen treiben.

HDR BU Stadion1
Foto: Fotos (2): Grass Valley

High Dynamic Range kurz HDR sorgt im rechten Bild dafür, dass im hellen Bereich der Tribüne Details zu erkennen sind.

Das Thema Ultra High Definition (UHD) steht seit gut vier Jahren auf der Tagesordnung der Unterhaltungselektronik-Industrie. Ende dieses Jahres dürften laut Jürgen Boyny vom Marktforschungsunternehmen GfK rund 3,6 Mio. Geräte mit der beinahe ultimativen Auflösung in bundesdeutschen Haushalten angekommen sein, immerhin eine Haushaltsausstattung von knapp 10 %. Offensichtlich reicht vielen Kunden die Full-HD-Auflösung ihrer Fernsehgeräte von 1920 × 1080 Pixel nicht mehr, greifen sie doch zunehmend zur nächsten TV-Generation mit der vierfachen Zahl, also 3840 × 2160.

Weil die horizontale Auflösung nahezu 4000 Pixel erreicht, ist hier auch von 4K die Rede. Dabei ist 4K eigentlich die Bezeichnung für das native DCI-4K-Kinoformat mit 4096 × 2160 Pixel. Doch auch unter der Bezeichnung UHD tummeln sich verschiedene Techniken. Die meisten der bislang verkauften Geräte fallen in die Kategorie UHD-1 Phase 1. Die bietet vor allem eines – mehr Pixel.

Allein die größere räumliche Auflösung durch mehr Bildpunkte macht das Fernseherlebnis nicht beliebig besser. Erst wenn die Zuschauer sehr dicht vor der Mattscheibe sitzen, nämlich in 1,5-facher Bildhöhe, dürfte man sich in die Szene gezogen fühlen und deutlich mehr Details erkennen. Um darüber hinaus noch einen „Wow-Effekt“ zu erleben, müssen die Pixel so aufbereitet werden, dass sie die Realität noch besser abbilden können. Und das passiert in UHD-Geräten der Phase 2.

Foto: Grass Valley

TV-Bild mit HDR: Hier sind auch im hellen Bereich der Tribüne viele Details gut zu erkennen.

Helle Bildpartien leuchten hier heller, dunkle erscheinen noch dunkler – das ermöglicht eine Technik namens High Dynamic Range (HDR). Andere Techniken adressieren die bessere Farbdarstellung, schnellere Bildwechsel oder deutlich verbesserten Sound. Alles in allem ein bunter Cocktail, den die Geräteentwickler künftig mixen müssen. Primär aber geht es um HDR – die anderen Techniken dienen eher der Garnierung (s. Kasten).

Die Evolution des Fernsehens

Der Bedarf an besseren Bildern ist geweckt, vor allem bei potenziellen Käufern, weniger bei den Fernsehschaffenden. Doch auch die kommen an UHD nicht vorbei. So sieht RTL-Unternehmenschefin Anke Schäferkordt im Gespräch mit den VDI nachrichten in Ultra HDTV „die konsequente Weiterentwicklung des hochauflösenden Fernsehens“. Darauf stellt sich die Senderfamilie schon jetzt ein. „Wenn wir Ersatzinvestitionen im Sendezentrum machen, sorgen wir schon heute dafür, dass die UHD-fähig sind.“ ARD und ZDF wollen erst auf die Abschaltung von Standard-TV warten – was ab 2018 passieren könnte. Durch HDR sollen Details in den dunklen Bereichen ebenso zu erkennen sein wie in hellen. Es wird also ein deutlich höherer Kontrast ermöglicht. Die gute alte Bildröhre kann das nicht, bringt es nur auf eine Leuchtdichte von rund 100 Candela/m², kurz Nits genannt. Die neuen Flachdisplays können es heller, machen durchaus 300 Nits bis 500 Nits möglich, erste Displays mit 1200 Nits sind ebenfalls unterwegs.

Nun müssen nur noch die Fernsehsignale so hingebogen werden, dass alle sichtbaren Details im Schatten ebenso wie im vollen Sonnenlicht mit genügender Auflösung zu sehen sind. Es wird eine deutlich naturgetreuere Wiedergabe ermöglicht, die auch eine bessere Differenzierung in der Bildtiefe zulässt. So dürften Bilder mit größerem Dynamik- oder Kontrastumfang ein besseres Seherlebnis bieten als die alte Technik. Die Displays gibt es gleich in verschiedene Varianten, was den TV-Gerätekauf nicht leicht macht.

So hat die UHD Alliance Anfang dieses Jahres für zwei Wiedergabetechniken HDR-Mindestanforderungen festgelegt – LED-LCDs für Spitzenhelligkeiten über 1000 Nits und Schwarzwerte unter 0,05 Nits bzw. für Displays aus organischen Leuchtdioden (Oleds) bis mindestens 540 Nits im Weißen bzw. unter 0,0005 Nits im Schwarzen. Für die Marketingspezialisten ein ideales Schlachtfeld: „Oleds sind was für Kellerkinder“, klingt es aus dem LCD-Lager. „Für LED-LCDs mit 1000 und mehr Nits die Sonnenbrille nicht vergessen“, heißt es bei den Oled-Protagonisten. HDR macht sich vor allem dann positiv bemerkbar, wenn es in einem Bild sowohl sehr helle als auch extrem dunkle Bereiche gibt, was mit beiden Displayarten sehr gut funktioniert.

Aber auch die Fernsehsender müssen mitziehen, denn noch werden selbst HDTV-Signale so gesendet, als wären nur Bildröhren damit zu versorgen. Die neuen Displays bleiben von den Broadcastern unberücksichtigt, können bestenfalls hochrechnen. Damit künftig Schwarz wirklich Schwarz und Weiß wirklich Weiß wird, muss auch die Aufnahmetechnik umgestellt werden, Kameras oder Filmscanner müssen den vollen Dynamikumfang, also die gesamten Helligkeits- und Farbspektren, umsetzen und verlustfrei bis zu den neuen, helleren Displays führen. Das alles soll dem menschlichen Sehempfinden entsprechen.

Für eine HDR-Wiedergabe muss zunächst die Verarbeitung des Kamerasignals verändert werden. Die Kurve, nach der das Kamerabild in elektrische Signale gewandelt wird (Opto-Electrical Transfer Function, kurz OETF), wird dann auf die Wahrnehmung (Perception) des menschlichen Auges und nicht mehr auf Charakteristiken von Kamera- und Bildröhren ausgelegt.

Vor allem werden für dunkle Bereiche mehr Bits spendiert als für hellere. Möglich macht das der sogenannte „Perceptual Quantizer“, das Verfahren heißt nach der Bitzahl HDR 10 und ist derzeit die Technik der Wahl. Dumm nur, dass „alte“ Displays diese Signale nicht verstehen. Das aber geht mit einer Technik, die BBC und NHK erarbeitet haben, genannt Hybrid Log-Gamma (HLG). Hier liegt aus Kompatibilitätsgründen das größere Augenmerk auf der Darstellung der helleren Bereiche, die dunkleren entsprechen dem Standardbild. Beide Verfahren haben inzwischen den Segen der Internationalen Fernmeldeunion.

Allerdings können Phase-1-Geräte nur HLG-Signale verdauen, gelten die doch als zumindest teilweise rückwärtskompatibel. Auch das lizenzpflichtige Dolby-Vision-Verfahren ist rückwärtskompatibel, kann durch seine 2-Layer-Technik sowohl Standard(SDR)- als auch HDR-Dolby-Vision-Geräte versorgen (s. Kasten). Anbieter von Ultra-HD-Blu-rays oder UHD-Streaming-Diensten (Amazon, Netflix, Warner Bros.) nutzen diese Technik. Das Geräteangebot für Dolby Vision hält sich aber in Grenzen, sieht man von LGs Oled-TVs oder LCDs von Vizio (USA) bzw. TCL ab. Samsung, Sony und Philips bleiben diesbezüglich abstinent und unterstützen vor allem den offenen HDR-10-Standard. Schon jetzt lassen sich einige aktuelle Panasonic-Fernseher, zum Teil bereits mit 1200 Nits, softwaremäßig auf HDR 10 updaten. Auch bei Sony und einigen anderen Herstellern ist das möglich.

Drei Arten der HDR-Signalübertragung

Noch ist die HDR-Thematik also nicht in trockenen Tüchern. Von „neun verschiedenen HDR-Verfahren“ hat Martin Faehnrich, Manager R&D bei Panasonic, während der kürzlich stattgefundenen „DVB World 2016“ in Venedig gesprochen. Ist nur von HDR die Rede, ist derzeit HDR 10 als „Technik der Wahl“ gemeint.

Allerdings dürfte es bei einer HDR-Einführung durch einzelne Sender Probleme geben, wie Klaus Weber, Senior Product Marketing Manager bei Grass Valley, kürzlich während der FKTG-Fachtagung gegenüber den VDI nachrichten erklärte. „Für Liveproduktionen ist das HLG-Verfahren sehr wichtig. Auf einem Standardgerät wirkt ein HLG-Bild indes recht dunkel. Wird die Helligkeit nachgeregelt, ist bei einem Programmwechsel zu einem Nicht-HDR-Sender das Bild viel zu hell. Erst wenn man die Helligkeit kanalmäßig abspeichern kann, dürfte HDR eine weitere Hürde genommen haben.“ Keine Wirkung ohne Nebenwirkung – gilt fürs Doping ebenso wie für High Dynamic Range.

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