Betrachtungen zu Sehbedingungen bei TV-Sendungen: Teil 3

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4k (UHD) und 8k (SHV)

Die Ist-Situation

In der letzten Folge hatte ich aufgezeigt, dass 2k-TV mit unterschiedlichen Auflösungen und Verfahren gesendet wird, die Dritten Programme bis zum Jahresende noch in Standard-TV (SD) übertragen, bei der Kabelübertragung nicht gesichert ist, ob sie denn ohne zusätzliche Gebühr wie bei den Privaten Sendern eingespeist werden und HD bei den Privaten nur gegen Zusatzgebühr erhältlich ist.

Die Satellitenbetreiber übertragen mit unterschiedlichen Datenraten und die Kabelbetreiber gehen damit und mit anderen Komprimierungen nicht nur bis an die Grenze des Erträglichen sondern nicht selten auch darüber hinaus. Das alles bedeutet, dass der Bürger vor seinem prachtvollen Full-HD-Fernseher mit 1920x1080 Bildpunkten zu 100% sowieso nicht sondern in den unterschiedlichsten Qualitäten, die sich zwangsläufig auch in der Auflösung, also der allgemeinen Bildschärfe, niederschlagen konfrontiert wird. Empfehlungen zur Betrachtungsentfernung zu geben sind deshalb eigentlich ehrlich nicht möglich, allenfalls ein Kompromiss (siehe mein Teil 2 des Beitrags) oder sie gipfeln in dem unrealistischen und auch keineswegs lustigen Vorschlag, sich einen Schleudersitz für wechselnde Entfernungen zu bauen.

4k – spinnen die?

Man fragt sich, was denn in dieser Situation nun ein neues System, 4k-TV was meist auch eigentlich verwirrend als 4K-TV geschrieben wird, soll, das uns gerade in diesen Tagen vor der kommenden Internationalen Funkausstellung (IFA) in Berlin gezeigt wird und zum Jahresende auch schon in kleinen Stückzahlen und zu exorbitanten Preisen verkauft werden soll. Ja, spinnen die denn?

Zumindest diejenigen, die das neue Format UHD-1 in Fachkreisen diskutiert und letztendlich standardisiert haben (die Japaner haben es ursprünglich vor zig Jahren entwickelt), machen das nicht. Ultra High Definition hört sich zwar nach Waschmittelwerbung an. Ist es vom System her aber nicht. Der UHD-1-Standard hat mit seinen 3840x2160 Bildpunkten viermal mehr Bildpunkte als der voll auflösungmäßig bisher ja gar nicht zum Tragen kommende 2k-Standard und kommt in der Tat erst richtig bei näherem Abstand zum Display zur Wirkung: siehe untenstehende Grafik und Tabelle (Vergrößern mit Mausklick).

 
 
 

Aber es ist falsch, wenn wir hier nur die Auflösungserhöhung betrachten, wie das oft von der Allgemeinpresse populistisch positiv oder rechthaberisch kritisch getan ist. Der Standard ist im Grunde genommen nämlich ein neuer Qualitätsstandard, und darin liegt die Chance irgendwann ein wirkliches Spitzenbild zu bekommen, wenn nicht aus technischen und vor allem monetären Gesichtspunkten an allen nur möglichen Stellschrauben gedreht wird, um die Qualität wieder zu verwaschen.

Was bringt Ultra High Definition UHD-1?

An wesentlichen möglichen Änderungen gegenüber HDTV (2k) sind neben der Auflösungsvervierfachung (4k) zu nennen:

- grundsätzlich progressive Abtastung,
- höhere Bildrate,
- höhere Quantisierung, und
- erweiterter Farbraum.

Progressive Abtastung

Bereits von Hause aus eine bessere Qualität ist es, wenn sowohl Aufnahme als auch Wiedergabe progressiv erfolgen. Das heißt das Bild wird aus Vollbildern gespeist, nicht aus zwei Halbbildern, wie heute bei der Übertragung der „Privaten Fernsehprogramme“, die miteinander verkämmt sind. Es ist also kein De-Interlacing nötig, ein ursprünglich aus der Analogtechnik stammendes Bandbreite sparendes Verfahren, das eine erkennbare Bildqualitätsminderung nach sich zieht.

HFR (High Frame Rate)

Das UHD-1-Verfahren hat mehrere Ausprägungen. Das heißt als Bildaufnahme- und Wiedergabefrequenzen (Bilder/s) sind im Standard vorgesehen 25, 30, 50, 60 und 120 Hz (= Bilder/s). Die Werte 30, 60 und 120 Hz sind für die 60-Hz-Länder vorgesehen, die 25 und 50 Hz für die 50-Hz-Länder. Hier fehlen im Standard scheinbar noch die 100 Hz, aber das soll wohl noch nachgearbeitet werden. Denn mit einer eventuellen Konvertierung 60/50 Hz bzw. 50/60 Hz (oder einem Mehrfachen davon) würden man meines Erachtens die Vorteile der Qualitätsverbesserung wieder völlig zunichte machen. Ausnahme wären 300 Hz, weil hier für beide Frequenzen ein geradzahliges Mehrfaches ohne temporale Filterung zu erreichen wäre.

Und so diskutiert man bereits die 300 Hz als interne Aufnahmefrequenz, aus der sich verlustfrei ohne Qualitätsverlust 50 oder 60 Hz erstellen lässt, was für internationale Programmverkäufe ganz sinnvoll wäre. Aber dabei ergäben sich Netto-Datenraten, die für die nahe Zukunft kaum realistisch zu sein scheinen. Trotzdem werden in der EBU (zum Teil ausgeführt im IRT) solche Tests gemacht, weil man wissen will, welche Qualitätsverbesserungen zu erreichen sind und wo die obere Grenze ist, ab der keine wesentlichen visuellen Verbesserungen zu erkennen sind. Als Übertragungsstandard sind die 300 Hz aber unrealistisch.

Quantisierung

Das UHD-1-Format kennt ferner keine 8-bit-Quantisierung mehr sondern nur noch Abtasttiefen von 10 oder 12 bit. Damit werden die möglichen Helligkeitsabstufungen des Bildes festgelegt. Sind es bei 8 bit Abtasttiefe 256 (2 hoch 8) Helligkeitsabstufungen, so sind es bei 10 bit 1024 und bei 12 bit 4096. Je höher, desto feiner und vielleicht etwas vereinfacht gesagt desto naturgetreuer wird die Wiedergabe. Aber auch die Maßnahme erhöht die Datenrate um etwa 20% bis 40%.

Erweiterter Farbraum

Schließlich sieht UHD-1 einen sogar extrem erweiterten Farbraum vor, der eine wesentlich stärkere Farbsättigung ermöglicht, gerade in der visuellen Perzeption ein großes Plus. Moderne Displays gestatten schon heute die Wiedergabe eines größeren Farbraums. Während die Wiedergabe eines kleineren Farbraums innerhalb eines größeren möglich ist, lässt sich ein kleinerer Farbraum nur mit Einschränkungen in einen größeren umrechnen. Deutlich erkennbare Falschfarben könnten ein häufiges Ergebnis sein. Aufnahmen mit unterschiedlichen Farbräumen lassen sich nur schwer innerhalb eines Films bearbeiten, wenn die Farbverbesserung beibehalten werden soll.

Datenraten

Wenn man sich jetzt Netto-Datenraten für die verschieden Möglichkeiten ansieht, so ergäbe sich allein bei der Umstellung der ARD-HD-Sender von 720p/50 auf 2160p/50 (4k) eine Netto-Datenrate, die 8 Mal höher liegt, 8 bis 9 Gbit/s kommen da zusammen, und wenn man die Bildfrequenz verdoppelt, verdoppelt sich auch die Netto-Datenrate. Bei 2160p/300 auf zum Beispiel gigantische 50 Gbit/s oder sogar mehr.

Natürlich müssen diese Datenraten für die Übertragung komprimiert werden. Codecs auf der Basis von AVC H.264 könnten es bei niedrigen Bildfrequenzen schaffen, und mit neueren Codecs und insbesondere längeren Group of Pictures wären wohl auch noch höhere Komprimierungen möglich. Hier muss die weitere Entwicklung abgewartet werden, die noch im Fluss ist. Allerdings wartet alle Welt erst einmal auf die HEVC-Codecs, die mit etwa 50% Datenratenersparnis gegenüber H.264 bis Jahresende kommen sollen, für 2160p/25 (!), für p/50 erst Ende 2014. Wenn wir also wirklich die volle Qualität durchreichen wollen, braucht es für höhere Bildfrequenzen sowieso noch einige Jahre.

Man könnte zum Thema UHD-1 fast jeden Tag etwas Neues erzählen. Tatsache ist, dass noch vieles in Versuchen geklärt werden müsste, Codecs und vor allem Schnittstellen (HDMI) fehlen, und einiges andere mehr – eigentlich muss man den Ist-Zustand schlicht und einfach noch als Versuchperiode bezeichnen.

Brauchen wir 4k?

Die Frage, die immer wieder bei neuen Geräten und Systemen kommt ist, ob wir das denn überhaupt brauchen. Sie ist meines Erachtens unsinnig. Denn natürlich wird und soll der Fortschritt weiter gehen in Richtung eines immer stärker realistischen Bildes und Tons (der Ton wurde hier bewusst vollkommen außer Acht gelassen). Die Entwicklung von 4k-Displays ist sehr viel rascher voran gegangen, als sich das selbst Fachleute vor einigen Jahren noch vorstellen konnten. Die Industrie lechzt nach neuen Geräten, nach dem drastischen Preisverfall heutiger Full-HD-Fernseher. Dass 4k-Fernseher teuer sind und auch hier schon ein rabiater Preiskampf einsetzt, ist allerdings aus der Sicht des Verbrauchers eher erfreulich. Trotzdem werden die meisten nach wie vor zu den heutigen Full-HD-Fernsehern greifen, so dass der Absatz nicht gerade reißend sein wird. Aber wenn jemand über genügend Geld verfügt und bereit ist, es dafür anzulegen, warum sollte man ihn denn partout davon abhalten wollen, einen 4k-Fernseher zu kaufen?.

4k ohne Content

Man sollte ihn nur aufklären, dass er weder im Moment und so wie es aussieht auch nicht sehr schnell mit adäquatem Content, sprich Programmen, rechnen darf. Er wird also zum Jahresende über den Satelliten bei ARD und ZDF alle Programme nur in HD720-Version schauen können, hochgerechnet dann im Fernseher auf 4k. Er wird aber zum Jahresende absolut nichts anderes über den Satelliten sehen können als heute. Irgendwann im nächsten Jahr wird es vielleicht einen (mehrere?) Satellitenkanäle geben, die mit 25 Vollbildern/s und hoher Kompression tatsächlich ein gerade noch akzeptables 4k-Bild übertragen können. Es gibt im Augenblick aber nur sehr wenige Hollywood-Filme, die für eine adäquate Wiedergabe in Frage kämen. Die Aufrüstung der Studios auf 4k oder 4K beim Film verursacht enorme Kosten, viele Produzenten und Produktionen wird es sicher dafür nicht geben. Selbst Kameras mit echter optischer 4K-Auflösung brauchen, wenn man mit Sensoren mit Bayer-Farbfiltern arbeitet, rund 8K native Auflösung, vielleicht geringfügig weniger. Allein diese Problematik(en) wären mehr als einen Artikel wert und seien hier nur erwähnt, nicht näher behandelt.

Betrachtungsabstände

Vielleicht wird es zum Ende nächsten Jahres auch schon 2160p/50 Übertragungen geben. Alles in allem, für das große 4k-Erlebnis bleibt da nicht viel. Aber ein 4k-Fernseher ist ja nichts schlechtes per se. Allerdings, wenn keine 4k-Auflösung erreicht wird, ist es auch unsinnig, den Abstand vom Betrachter zum Display zu ändern. Bei einem 42-inch-Display und echter 4k-Übertragung wäre der optimale Abstand rund 80 cm Betrachtungsabstand. Das dürfte für die meisten nicht nur empfindungsgemäß zu nahe dran sein, auch der Abstand zum Partner wird recht nah werden müssen, was ja keineswegs menschlich gesehen einen Mangel darstellt. Bei 93 cm Breite (bei 42 inch Diagonale) des Fernsehers wird die Zuschauerzahl deutlich reduziert werden müssen, wenn man ein optimales 4k-Seherlebnis haben will. Schon allein deshalb ist anzunehmen, dass Fernsehgeräte unter 60 inch (rund 1,3 m Bildbreite, 1,20 m Abstand) oder gar 80 inch (rund 1,7 m Bildbreite und 1,60 m Abstand) wohl eher selbst für übliche Wohnzimmergrößen in Frage kommen werden – wenn man das nötige Geld dafür hat.

Der mögliche Frust im Wohnzimmer

Foto: Samsung

Doch dann ist vielleicht Frust angesagt. Denn ebenso wie wir heute im Fernsehen gar keine echten und hochwertigen Full-HD-Sendungen mit 1920x1080 Bildpunkten haben (also 1080p/50) wird es im öffentlichen (und auch privaten) Fernsehen außer vielleicht einigen ganz seltenen 4k-Programmen und ein oder zwei Satellitenkanälen, nichts geben, was eine optische 4k-Auflösung erreicht. Die Regel werden unsere heutigen Sendungen sein, dann also auf 4k hochgerechnete 720p/50-Programme (oder gar hochgerechnete Interlace-Übertragungen?). Das heißt, wir brauchen oder richtiger sollten unseren Fernsehsessel dafür keineswegs näher heranrücken als heute und wie in der Tabelle unter HD720 ausgewiesen. Aber bei den vorher genannten optimalen Abständen für 4k empfänden wir ein solches Bild wahrscheinlich sogar schlechter als heute.

Denkbar sind Übertragungen in 4k mit 25 B/s. Aber genau da ist man heute der Meinung, dass die Erhöhung auf 50 B/s viel mehr zur Gesamtqualität beiträgt als nur die Erhöhung der Auflösung. Es bleibt die Hoffnung, dass wir vielleicht einige echte 2k-Programme sehen können, also 1080p/50, denn die Infrastruktur bei den Sendern ist nach Hochrüstung auf HDTV-Fähigkeit meist schon vorhanden, wenn auch insbesondere noch nicht auf allen Studioübertragungsstrecken und Nachbearbeitungsplätzen. Vielleicht wäre es mit dem neuen HEVC-Codec aber erreichbar. Wie die Qualitäten dann wirklich sind, so genau ist das noch gar nicht vorhersagbar, Versuche ermuntern aber zur Zuversicht. Ein sauberes hochratiges echtes 2k-Bild (auch in der optischen Auflösung) ist sicher schon ein wirklich tolles Erlebnis. Das kann man dann schon in dem dafür in der Tabelle angegeben Betrachtungsabstand von 2,30 m (60 inch Diagonale) oder 3,20 (80 inch Diagonale) anschauen. Und da kommt dann auch Freude auf – mit echtem 2k.

Die Sache mit 3D

Ein weiteres Argument der 4k-Protagonisten ist, dass die 3D-Auflösung bei 4k besser sei, wir also für 3D schärfere Bilder bekommen könnten. Im Prinzip ist das richtig, wenn man wirklich gleichzeitig zwei 2k-Bilder übertragen würde. Aber man vergisst immer dazu zu sagen, dass das nur für ein Brillenverfahren mit zwei Teilbildern gilt, nicht für ein autostereoskopisches Verfahren für mehrere Betrachter. Hier werden nach Meinung von Fachleuten mindesten fünf Ebenen (also Bilder) nötig, besser mehr. Da ergäbe sich zwar auch bei 4k eine Verbesserung gegenüber 2k, aber die Auflösung der einzelnen Betrachterebene bleibt trotzdem meines Erachtens zu gering, um damit zufrieden zu sein.

Sinnvolle Anwendungen

Es gibt auch sinnvolle 4k-Anwendungen. Im Heimbereich zum Beispiel kann man sich seine Fotos in (Original-)Hochauflösung anschauen, wobei die optische (!) Auflösung selbst der Spiegelreflexkameras mit APS-C-Sensor oder gar Vollformat unter 4k liegt. Allerdings ergibt sich schon eine der Kamera gerechter werdende hohe Schärfe. Wenn der HDMI-Anschluss 4k-Wiedergabe zulässt (man arbeitet an einer entsprechenden Norm ebenso wie an 4k-BlueRays oder ähnlichem) lassen sich Festplatten-PCs anschließen, die Datenraten zulassen, um 4k-Bilder und -Filme in wunderbarer Qualität wiedergeben zu können. Es gibt ja auch schon 4k-Amateurkameras und hinter den Kulissen sollen auch schon Smartphones mit 4k-Filmaufnahme zu sehen gewesen sein. Aber Vorsicht, irgendeine 4k-Variante wird es schon sein, damit wenigstens stimmt was draufsteht. Aber von einer 250-Euro-4k-Videokamera kann man absolut keine optische 4k-Auflösung erwarten und auch nicht vom Smartphone. Womit wir beinahe wieder am Ausgangspunkt angelangt sind: Das Display entscheidet nur über die mögliche maximale Auflösung, nicht über die Bildqualität des wiedergegebenen Bildes. Große Teller zu Hause zu haben heißt ja auch nur, dass man sich mehr auffüllen könnte, aber nicht, dass man mehr essen muss oder dass es besser schmeckt.

Erst in dem Moment, in dem wir keine Übertragungsstrecke mehr brauchen, ist eine ganz andere Situation gegeben. Gewissermaßen im Closed-Circuit-Betrieb lässt sich eine vollkommene 4k-Auflösung erreichen. In Architekturbüros zum Beispiel arbeitet man mit vektoriell arbeitenden Programmen, ein Rendering auf 4k ist absolut kein Problem, allenfalls die Erzeugung in Realtime. Das gilt auch für die Erstellung von computergenerierten Animationsfilmen. In der Industrie und in der Medizin wird es spezielle Anwendungen geben, hochqualitative Objektive, schnelle Prozessoren und Speicher, die die 4k-Qualität voll unterstützen. Da geht es aber auch salopp ausgedrückt um den Einsatzzweck, nicht so sehr um ein paar Zigtausender mehr oder weniger.

Bei den Konstruktionsbüros werden virtuelle Arbeitsplätze realisiert werden mit einer unglaublichen Detailtreue. In den Stellwarten werden 4k-Displays eine deutliche Informationserweiterung bringen. Und natürlich werden wir uns alle in Schaufenstern und öffentlichen Plätzen an traumhaften Bildern und Szenen erfreuen können, mit einer atemberaubenden 4k-Qualiät. Für solche Einsatzfälle stehen Mittelformatkameras zur Verfügung, die Bilder mit 9000 Bildpunkten in der horizontalen mit unglaublicher Qualität erzeugen in Farbräumen mit einer extrem hohen Sättigung. Solche Anwendungen können schon heute zeigen, was 4k-Systeme prinzipiell schaffen können. Und solche Bilder auf sogenannten Signage-Displays wird man sicher auch auf der kommenden IFA sehen können. Freuen Sie sich darüber, ja staunen Sie wie ich darüber, was heute schon machbar ist, aber denken Sie nicht, dass das im Moment irgendwas mit 4k-TV zu tun hat.

8k, die visuelle Realität

Wobei wir nun beim allerletzten Punkt wären: 8k-TV, standardisiert unter UHD-2. 2020 wollen die Japaner auch das unter der Bezeichnung Super High Vision, SHV, einführen. Mal abwarten. Es ist nicht wichtig, was drauf steht sondern drin ist. Tatsächlich hat die NHK in Zusammenarbeit mit Industriefirmen 8k-Kameras realisiert. Und das System ist zumindest bereits genormt. Das ist schon mal gut und spart der Industrie Zeit und Geld eigene, inkompatible Wege zu beschreiten. Vom Ansatz und von den technischen Parametern her ist es „nur“ eine Vervierfachung des 4k-Systems. Das was hinter dem ganzen System steht ist allerdings, eine visuelle und nicht nur virtuelle Realität erreichen zu können, also das, was der Mensch wirklich sehen kann und was der echten Welt entspräche auch zeigen zu können. Wenn Sie sich die Tabelle noch mal etwas genauer ansehen, können Sie bemerken, dass man einen 70 cm (30 inch Diagonale) breiten 8k-Fernseher in der üblichen Leseentfernung betrachten kann mit voller 8k-Auflösung.

Wenn man eine 1:1-Abbildung in der Größe des Displays hat, also 70x40 cm, kann man aus der Leseentfernung von 30 cm genau dieselbe visuelle Schärfe sehen wie in der Wirklichkeit. Und wenn man statt der Leseentfernung die minimale Entfernung annimmt, die für Bildbetrachtungen in Museen verwendet wird (rund 1 m) so lässt sich vielleicht irgendwann ein 8k-Display mit 100 inch Diagonale realisieren, dass einen Gegenstand in der Displaygröße von 2,20 m x 1,25 m in einer 1:1-Abbildung erfasst und den Sie aus 1 m Entfernung betrachten können. Sie könnten dem Löwen visuell real im Angesicht gegenüber stehen, was in der realen Wirklichkeit doch etwas eingeschränkter wäre. Vielleicht fallen ihnen auch noch andere (bessere oder schönere) Möglichkeiten ein, 8k ist die visuelle Realität (absolut auf Leseentfernung gerechnet wären es 16k) und sie liegt – wenn auch nicht heute oder morgen aber inzwischen generell im Bereich des realisierbaren.

 
Foto: Sony

Verkauft sich Bildqualität ?

Ob 4k ein schneller Erfolg sein wird oder noch ein Jahrzehnt vor sich hindümpelt, vermag heute niemand mit Gewissheit zu sagen. 4k kostet einwandfrei mehr Geld und zwar nicht nur dem Verbraucher (Gerätepreis, Betriebskosten (Strom)) sondern auch dem Provider (und damit auch wieder dem Verbraucher). Höhere Datenraten, und die sind auch bei HEVC noch für p50 erforderlich, kosten mehr Geld. Kameras, Studioausrüstung, kurzum 4k-Produktionen sind teurer.

Aber das ist nur die eine Seite. Wird der „normale“ Fernsehteilnehmer die mögliche höhere Qualität überhaupt „würdigen“. Ich bin mir seit vielen Jahren und nach vielen Gesprächen mit den unterschiedlichsten Menschen da überhaut nicht sicher, im Gegenteil. Es wird vor allem von der Fernsehindustrie behauptet, dass HDTV ein großer Erfolg sei. Aus meiner Sicht stellt sich das anders dar. Die Menschen kaufen Displays weil sie den Flachbildschirm mögen, der ja auch viel stylisher und mit 16:9 auch moderner ist und das Bild ohne Randschwärze gegenüber 4:3 darstellt. Der Flachbildschirm ist der eigentliche Sieger, der Motor des Verkaufs, nicht die übertragene (technische) Qualität. Ich kenne nicht wenige Leute, die DVB-T auf ihrem (zum Teil großen) Flachdisplay sehen – und zufrieden (!) sind, ich kenne zig Leute, die sich für HDTV überhaupt nicht interessieren, nicht den Unterschied sehen (was ja siehe Teil 2 meines Berichts auch nicht verwunderlich ist), und die mit dem Fernsehbild, das sie haben, vollauf zufrieden, allenfalls mal verwirrt sind, wenn so merkwürdige Fehler wie Klötzchenbildung oder andere digitale Eigenheiten auftreten.

Ich bin zu der Überzeugung gelangt, dass das die Mehrheit in Deutschland ist und nur diejenigen, die sich mit diesen technischen Qualitäten beschäftigen oder damit ihr Geschäft machen wollen (Fernsehindustrie) beurteilen das anders oder wollen es anders sehen. Wenn sie sich da nicht täuschen. Das Bessere ist immer des Guten Feind, heißt es. Das mag schon stimmen, daran glaube ich auch. Aber das sagt nichts darüber aus, wie lange es dauert, und ob nicht ganz andere Prioritäten, die gar nichts mit dem Fernsehen zu tun haben, gesetzt werden, oder finanziell bedingt werden müssen, wenn schon ein „alter Full-HD-Flachdisplay-Fernseher“ in seinem Wohnzimmer steht.

Norbert Bolewski
Fotos, Pressebilder: Samsung und Sony
Anhang
 

 

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