TV und Film: 2015 and beyond (I)

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Autor: Norbert Bolewski

 


Starke Lobby für 4K

Das neue Jahr 2015 hat begonnen und soll Anlass sein, über einige lose Folgen hinweg über die Entwicklung der Fernseh- und Filmtechnik nachzudenken.

4K ist das allbestimmende Thema im Bereich Fernsehen, das haben alle letzten Tagungen in den USA, gerade jetzt auf der CES, in Amsterdam oder Genf gezeigt. Dabei ist die Frage, ob wir 4K TV brauchen, ob es im Wohnzimmer sinnvoll ist oder nicht, vollkommen unwichtig geworden. Diese Diskussion interessiert niemanden mehr. Warum auch, fragt denn irgendjemand, ob es sinnvoll ist, sich eine Rolex-Uhr oder den schnellsten Porsche zu kaufen? Allerdings ist die Situation etwas anders, hier wird ein neues technisches System kreiert, dafür braucht man Standards, dafür braucht man sogar über die heutigen technischen Grenzen hinaus gehende Entwicklungen und last but not least - Käufer. 4K wird von einer gewaltigen Lobby gepusht, gerade unlängst belegt durch die Gründung einer UHD-Allianz in den USA, in der viele namhafte Kamera-, Display- und auch wichtige Produktionshäuser (z.B. Warner) zu finden sind.  4K wird zum Lifestyle erhoben und für alle Hersteller und Sender zum heißen Geschäftsmodell.

4K oder UHDTV, die Begriffe gehen immer hin und her, sind aber genau genommen doch nicht so ganz austauschbar. 4K, dafür gibt es bereits Smartphones, die das schaffen. Es gibt Foto-Videokameras, die das ermöglichen und professionelle sowie Verbraucherkameras, die das können – in welcher Qualität, fragen die wenigsten. 4K ist nur der äußere Rahmen eines keineswegs zwingend hervorragenden Bildes. Bedingt durch die enormen Verbesserungen und Veränderungen in der Displaytechnik wird, nachdem das Thema 3D nicht zum gewünschten Renner wurde, nun die Hochauflösung propagiert und neue Display-Entwicklungen mit Quantum-Dot- oder Wide-Gamut-LED-Technik lassen uns in der Tat staunen. Toll.

Die neuesten 4K-Displays auf der Consumer Electronics Show bieten mit Quantum-Dot- und Wide-Gamut-LEDs beeindruckende Bilder – aber bis wir die auch wirklich bis uns Wohnzimmer übertragen können bedarf es noch immenser Anstrengungen und Problemlösungen (Foto: Pressebild Panasonic, CES)

 

4K heißt nichts anderes als eine entsprechende Menge an Bildpunkten, rund 4000 horizontal, ist aber nur ein kleiner Teil eines eigentlich viel weiter gehenden neuen Fernsehsystems mit der Fachbezeichnung UHDTV (Ultra High Definition TV). Die Standardisierung der Auflösung von UHDTV mit 3840 × 2160 Bildpunkten und einer Reihe anderer Parameter ist schon lange abgeschlossen. Kann es also losgehen. Wenn man sein eigenen Filme aufnehmen und wiedergeben will, ja. Auch wenn man seine digitalen Fotos betrachten will. Will man aber Fernsehen in dieser hohen Auflösung per Satellit oder Kabel zum Zuschauer übertragen, müssen diese riesigen Mengen an Daten im UHDTV-Verfahren übertragen werden. Und dann führt wirtschaftlich kein anderer Weg an einer hohen Komprimierung vorbei. Das Zauberwort für die Codierung heißt HEVC, das ist der neue Komprimierungsstandard, der es ermöglichen soll, dass man auf dem 4K-Display mit heute üblichen Datenraten diese bessere Auflösung trotzdem sehen können soll. Dem ist wohl auch so, denn der HEVC bringt um die 50 % Bitraten-Ersparnis bei gleicher subjektiver Qualität. Doch neuere Untersuchungen haben auch gezeigt, dass am Encoder ein wesentlich erhöhter Rechenaufwand erforderlich wird (der Decoder vom TV-Empfänger kann dafür etwas einfacher aufgebaut sein), der deutlich höhere Prozessorleistungen als der alte H. 264-Standard erfordert. Die Echtzeitcodierung eines solchen UHD-Signals ist keineswegs trivial und ob das in einem Regelbetrieb wirklich gut funktioniert – mal sehen, was die Praxis zeigt, wenn‘s denn Praxis wird.

Die wirklichen Probleme liegen aber tiefer.

Zögern bei den Networks

Sendungen in UHDTV sind geplant, sind auch bereits ausgeführt worden und doch zögert man bei den Sendern und den großen Netzwerken. Bestes Beispiel dafür ist gerade jetzt die CES in Las Vegas, auf der man wohl einige Ankündigungen dazu erwartete. Aber das zum Beispiel von Fachleuten erwartete Statement von DirecTV, die erfolgreich ihren 4K-Satelliten im Orbit haben, nun auch den UHDTV-Sendebetrieb für Abonnenten tatsächlich aufnehmen zu wollen, blieb bislang aus. Es gibt auch noch kein Wort von den amerikanischen Kabelgesellschaften dazu.

Was könnte die Ursache sein. Schon während der Standardisierung hat sich in vielen Versuchen gezeigt, dass allein die Vervierfachung der Auflösung gegenüber HDTV zwar die erwartete Verbesserung der Schärfeleistung bei Nahbetrachtung des Displays (1,5 x Bildhöhe)  zeigt, dass das aber überhaupt nicht, wie mal erwartet wurde, besonders eindrucksvoll ist. Die Auflösungsverbesserung ist nur ein Parameter, mindestens ebenso wichtig – sogar wichtiger  – sind vor allem die Verbesserung der Kontrastwiedergabe (HDR), die Erhöhung der Aufnahme- und Wiedergabefrequenz (HFR) auf mindestens das Doppelte der heutigen 25 bzw. 30 Hz, besser sogar noch auf dauerhaft 100 Hz (jetzt auch standardisiert) oder 120 Hz. Gleichzeitig muss sinnvollerweise dann auch der Farbraum erhöht und die Datentiefe des Signals auf 10 Bit, besser 12 Bit erhöht werden. Ein Teil dieser Werte ist noch nicht standardisiert und in allen Einzelheiten geklärt. UHDTV geht in eine Phase 2, in der HFR, HDR und alle diese anderen Parameter festgelegt werden sollen, und die UHDTV Phase 1 ist noch nicht mal eingeführt.

Verwirrung durch UHDTV1 und UHDTV2

Den UHDTV-Standard gibt es in zwei unterschiedlichen, aufeinander aufbauenden Standards, die mit UHDTV1 und UHDTV2 bezeichnet werden. Der wesentliche Unterschied zwischen ihnen ist die Auflösung, die bei UHDTV1 bei 3840 × 2160 Bildpunkten (4K) und bei UHDTV2 bei 7680 × 4320 (8K) Bildpunkten liegt. Bei letzterem ist irgendeine praktische Systemeinführung zeitlich überhaupt nicht relevant. Im Moment redet man nur über die Einführung  des UHDTV1-Standards, wenn von UHD(TV) oder 4K die Rede ist. Und dessen Standardisierung erfolgt nun auch noch in zwei Phasen, die zum Beispiel in der SMPTE als UHDTV1-Phase1 und UHDTV1-Phase2 bezeichnet werden. Hier gibt es manchmal in Gesprächen sprachliche Verwechselungen, die zu Irrtümern führen können.

Das Dilemma bei EBU und SMPTE

Der Grund für die Aufsplittung des UHDTV1-Systems in zwei Phasen ergab sich aus dem Dilemma, vor dem die SMPTE und die EBU stand, der Lobby von Herstellern von TV-Empfängern und den Netzwerken bzw. Sendern die Einführung von UHDTV zu ermöglichen, obwohl ihnen die Erhöhung der Auflösung  allein nicht zur Einführung eines neuen Fernsehsystems ausreichend schien. Es gab im vorigen Jahr dazu ein ganz klares Statement. Man entschied sich, wohl recht weise, zumindest sehr diplomatisch, den UHDTV1-Standard seinerseits in zwei Teile zu unterteilen, in die Phase 1, die es möglich macht, UHDTV mit der bereits standardisierten Auflösung und einigen verbesserten Parametern gegenüber unserem heutigen HDTV-System (zum Beispiel kein Zeilensprung, generell) normgemäß heute realisieren zu können und die eigentlichen visuell wesentlichen Verbesserungen gegenüber dem heutigen HDTV-System in einer Phase 2 zu normen, man könnte vereinfacht sagen, in einem wesentlichen Update zur Phase 1.

Und in Phase 2 gibt es einige Parameter, deren Realisierung  die heutigen physikalisch-technischen Grenzen sprengen, die noch nicht gelöst sind und auch nicht allein durch den HEVC gelöst werden können. Denn nicht nur die Datenmenge nimmt ins fast Unermeßliche bei 100 Hz 4:2:2 und 12 bit Abtastung zu. Wenn wir den High Dynamic Range bei der Wiedergabe wirklich deutlich steigern wollen, dann kommen wir auf Leuchtdichten von nicht nur 50 bis 100 cd/qm, wie heute üblich, sondern auf heute durchaus realisierbare 200, 400 oder sogar 600 cd/qm. Sogar 1000 cd/qm werden schon genannt, wenngleich noch in der Entwicklung. Durch HDR steigt aber auch die Leistungsaufnahme drastisch (!), da die Hintergrundbeleuchtung bei LEDs deutlich verstärkt werden muss. Im Falle der OLED-Technik müssen sogar die einzelnen Pixel heller leuchten, was noch mehr Power erfordert. Also der ökologische Fußabdruck wird gleich um ein paar Schuhgrößen zunehmen.

Wie geht es weiter

Die TV-Gerätehersteller und Sendeanstalten könnten nun etwas in die Bredouille kommen. Denn für alles, was heute auf den Markt drängt, verkauft werden soll, gibt es letztendlich nur noch eine Betrachtungsweise: Das Geschäftsmodell, sprich die geschäftliche Erwartung, die Gewinnerwartung (möglichst!). Was wäre aber, wenn UHDTV-Phase1 von einigen privaten Sendern eingeführt wird und keiner es sehen will, zumal er dafür noch extra zahlen muss? Es werden eben nicht diese hellen, klaren, scharfen und extrem farbgesättigten Bilder sein, die man auf der Internationalen Funkausstellung oder zig anderen Messen bestaunen kann. Die heute mit diesen Geräten über den Sendebetrieb (!) erreichbaren sichtbaren Qualitäten bieten Bilder, die gegenüber unserem heutigen System nicht sehr gravierend besser aussehen.

Es kommt hinzu, dass sich gerade in jüngster Zeit die Einstellung zum Fernsehgerät, zum Fernsehen, geändert hat. Man sieht Bilder auf dem Smartphone, im Fernsehen, auf dem Tablet, im Filmtheater, insbesondere auch bei YouTube und übers Internet. Alle diese Qualitäten sind teilweise recht unterschiedlich, das nimmt man zur Kenntnis. Wichtiger scheint wohl was, wann und wo man es sehen kann. HDTV ist Alltag geworden und das reicht den meisten – im Moment sicher auch nicht zu Unrecht. Es gibt praktisch keine echten 4K-Filme, die übertragen werden – und wenn, dann wird es erst sehr langsam zunehmen. Die öffentlich-rechtlichen Fernsehanstalten sind ja teilweise noch damit beschäftigt, ihr heutiges HDTV anstaltsübergreifend für ihre Nachrichten, Dokumentationen und alle Studios einzuführen. 

Keine „gute Presse“?

Auch die Presse berichtet keineswegs mehr in diesem positiven Sinne wie das noch im vorigen Jahr der Fall war. („Auf das viermal schärfere neue Format 4K können Sie gut verzichten – denn es wird auf Jahre hinaus ohnehin keine TV-Sendungen für diese Technik geben“, „Geräte unter 400 Euro bieten ein lausiges Bild“: B. Z. vom 2.1.2015 - http://www.bz-berlin.de/ratgeber/welcher-fernseher-passt-zu-mir). Und obwohl die Preise für UHDTV-Fernsehgeräte runtergehen, bislang ist der Absatz enttäuschend. Gerade jetzt zur CES (Consumer Electronic Show in Las Vegas) gab es natürlich haufenweise Statements über die zu erwartende explosionsartige Zunahme an 4K-Fernsehern – aber man sollte genau hinhören, die Prognose spricht von Displays, sie sagt aber nichts über die Sender bzw. Programme.  Die weltweiten Zuwachsraten an 4K-TV-Geräten sind in 2014 um 700% gegenüber den Vorjahren gestiegen. Aber wo sind die Geräte geblieben? In China, schreibt Ogy Stoilov in seinem Blog bei 4K Shooter (http://www.4kshooters.net/2015/01/02/china-loves-uhd-tv-and-4k-expected-to-dominate-ces-2015/), in China liegt die Nachfrage nach UHDTV bei über 70 Prozent Anteil an der weltweiten Nachfrage. Westeuropa hat demnach den 2. Platz mit 10 Prozent der weltweiten Nachfrage inne, gefolgt von Nordamerika mit einem 8-Prozent-Anteil.

Auch die NYT ist skeptisch

Gerade als ich diesen Bericht nun beenden will, lese ich im Blog der New York Times (5.1.2015) den Text (in Übersetzung): „Es gibt keinen Zweifel, dass 4K-Fernseher toll aussehen, aber es stehen kaum Inhalte zur Verfügung, und die Verbraucher sind nicht sicher, warum sie eine höhere Auflösung als bei den High-Definition-TVs brauchen, die sie erst vor ein paar Jahren gekauft haben. Die neu angekündigte UHD-Allianz wird ohne Zweifel hart arbeiten müssen, um diese Fragen zu beantworten. 4K Inhalt und fallende Preise sind wahrscheinlich die größten Anreize dafür“. http://bits.blogs.nytimes.com/2015/01/05/tvs-get-their-moment-at-international-ces/

Dabei ist die Bildung der UHD-Allianz durchaus zu begrüßen, denn sie soll nicht nur dazu dienen, 4K-Material bereitzustellen und damit dieses bei neuen Systemen immer vorhandene Henne-Ei-Problem zu lösen oder abzuschwächen. Sie soll auch – und das finde ich sehr gut – eine Roadmap erarbeiten, die die künftigen Verbesserung der Phase2 von UHDTV zeitlich darstellt. Und wenn sie dann kommt dann wird man klarer sehen können – im wahrsten Sinne des Wortes.

4K kommt, 2K ist nicht mehr hipp – oder?

Ich glaube durchaus,  dass die kommende High-Definition-Display-Technik  den Verbrauchern eines Tages ein tolles Fernseherlebnis mit überlegener Bildqualität im Vergleich zu aktuellen HD-Fernsehgeräten bieten kann. Das Jahr 2020 könnte vielleicht einen breiten Durchbruch bringen. Aber das ist natürlich reines Kaffeesatzlesen. Bei der starken Lobby (UHD-Allianz) geht es vielleicht auch schneller. SMPTE und EBU haben eine gemeinsame (schnelle) Gruppe zur Standardisierung dieser UHDTV-Phase2 im vorigen Jahr schon ins Leben gerufen, denn ohne Standardisierung geht nichts und liegt sicher auch nicht im Interesse einzelner Unternehmergruppen. Aber die dafür noch zu lösenden Aufgaben sind gewaltig, wenn man sich ein halbwegs durchgängiges gutes UHDTV-Angebot vorstellen soll, das deutliche Unterschiede gegenüber dem heutigen HDTV bieten kann.

Und um es klar zu sagen, 2K-TV, also HDTV,  bietet auch noch Verbesserungen, wenn man will. Das 720p/50 HDTV der öffentlich-rechtlichen Sender sollte – so war es mal gedacht –, wenn es denn technisch möglich ist, in 1080p/50 überführt werden. Davon spricht zum Beispiel niemand mehr – sind das öffentlich-rechtliche Demenzerscheinungen? Und dann könnte auch der Zeilensprung bei 1080i/25 entfallen, wie es die privaten Sender  heute bevorzugen. Und mit HEVC ließe sich bei 2K auch die Qualität bei heutiger Datenrate erhöhen. Die Themen HDR und HFR haben mit der Bildauflösung nichts zu tun und könnten auch bei HDTV zu Verbesserungen führen. – Aber wen interessiert das schon? Es geht nicht altruistisch um eine sukzessive realistische Qualitätsverbesserung der Fernsehbilder, es geht im Moment nur um den Absatz von 4K-Geräten.  Zugegeben, eines stimmt, mit einem modernen 4K-Display kann man im Moment nichts falsch machen, ob es Sinn macht – die Entscheidung überlasse ich lieber jedem selbst.

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Kommentare

Obwohl ich in weiten Teilen zustimme, vermisse ich doch einen, wie ich finde, wesentlichen Aspekt: nämlich dass  sehr wohl schon UHD-Inhalte verfügbar sind, und zwar über die Streaming-Dienste wie Netflix etc. Netflix produziert und streamt viele der eigenen Inhalte wie "House fo Cards" in 4K/UHD. Von meinen Studierenden höre ich schon heute, dass die meisten mehr Streaming nutzen als Fernsehen. Das wird, inbesondere in der jüngeren Generation, das Spiel verändern. Auch in der neugegründeten UHD Alliance sind die Fernsehanstalten neben Herstellern, der Filmindustrie, Netflix und DirecTV nur schwach vertreten. Die Musik spielt anscheinend zusehends woanders. Wenn die TV Anstalten da technisch noch weiter zurückfallen, dürfte das den Trend verstärken.

Hallo,

danke für die aufklärenden Worte, allerdings muss ich aus eigenen Erfahrungen etwas korrigieren:

Zitat: "Doch neuere Untersuchungen haben auch gezeigt, dass am Encoder ein wesentlich erhöhter Rechenaufwand erforderlich wird (der Decoder vom TV-Empfänger kann dafür etwas einfacher aufgebaut sein), der deutlich höhere Prozessorleistungen als der alte H. 264-Standard erfordert. "

Bisher gibt es m.W. noch keine 4k-fähigen HEVC-Decoderchips im Handel - die inzwischen deutlich verbesserten Software-Decoder-Programme wie HPC-HC u.a. für Windows7/64bit verlangen bei UHD-HEVC eine spürbar höhere PC-Prozessorleistung als in H.264 codierte UHD-Videos, selbst wenn eine geeignete PC-Grafikkarte zur Hardware-Beschleunigung zur Verfügung steht. Noch mal eine Leistungstufe höher gegenüber YouTube-4k-Videos geht es mit den seit der IFA 2014 auf Astra ausgestrahlten UHD-Demos mit 50 Bps und 10-bit-Farbtiefe! Für eine flüssige Wiedergabe reicht ein aktueller Quadcore-Prozessor nicht aus, es muss ein 8-Kern-Prozessosr sein, weil die Hardware-Beschleunigung bei HEVC-Decodierung und dieser Datenmenge nicht ausreicht.

Mag sein, dass der HEVC-Live-Encoder noch weitaus höhere Ansprüche stellt, aber die Klammer oben suggeriert ein leichtes Spiel für den Heimempfänger - mitnichten...

2. Zitat: " mit einem modernen 4K-Display kann man im Moment nichts falsch machen"

Auch da bin ich skeptisch - es gibt z.Zt. zu viele UHD-TVs mit nicht zukunftsfähigen Eigenschaften, z.B. ohne HEVC-Decoder, ohne 10-bit-Farbtiefe, ohne HDCP2.2 (alles Bestandteil der UHD-Blu-ray-Norm)...

Der Rückzug aller ÖR-TV-Sender aus der TV-technischen Aufklärung ihrer Zuschauer (durch Einstellung der einschlägigen Magazinsendungen) war evtl. den Sparverpflichtungen geschuldet, aber klug war es nicht!

Gruß Kramer

 

Lieber Herr Bolewski,

Ganz herzlichen Dank für ihren sehr ausführlichen und interessanten Bericht zu 4K UHD. Ich möchte gern noch folgendes hinzufügen: Solange HDR und HFR nicht hinzugefügt werden, werden die Herstellungskosten für ein 4K-Display nur bis zu 25% höher eingestuft, bei gleicher Bildschirmdiagonale gegenüber eines 2K-Displays. Berücksichtigt man frei wählbaren Betrachtungsabstand bei größeren Bildschirmdiagonalen, so kann man die Bildpunktstruktur eines 2K-Displays bei altersbedingter Weitsichtigkeit ab 55 Zoll Diagonale oftmals auflösen, während die Bildpunktstruktur eines 4K-Displays nicht mehr sichtbar ist. Gleichzeitig kann man Fotos von 12 Megapixel Kameras in voller Auflösung genießen.

Dass die Erzeugung von optimaler Bildqualität im 4K UHD Format eine große technische Herausforderung darstellt, lässt meiner Erfahrung nach jedes Entwicklerherz höher schlagen. Interessanterweise nehmen wohl nicht einmal 10% der ‚normalen‘ Zuschauer die Begleiterscheinungen wahr. Dazu gehören insbesondere die Schärferegelung und Rauschcharakteristik der Kamera, bevor Bitrate und GOP Steuerung im Encoder beginnen, kritische visuelle Effekte zu zeigen.

Bis zum nächsten Mal,

Fritz Lebowsky