UHD: Das nächste große Ding?

Ein beliebtes Thema in der Elektronikbranche ist seit kurzem 4k oder Ultra-HD, was weitgehend das Gleiche ist, nämlich ein Bild von vierfacher Pixelzahl gegenüber Full-HD (3.840/4.096 x 2.160) und damit quasi das „nächste große Ding“. Schließlich muss nach Full-HD etwas kommen, 3D zum Beispiel war es nicht. Aber irgendetwas wird kommen, das ist man doch so gewohnt.

Muss es wirklich? Meine Skepsis soll ein wenig begründet werden.

Warum eigentlich die Pixel-Vervielfachung? Man kennt die regelmäßige Steigerung der Pixelzahlen aus der PC-Welt und der Informationstechnik. Dort folgt auf ein System mit XGA-Pixelzahl eines mit SXGA oder QXGA, ganz egal, ob man es braucht oder nicht. Das gilt für Monitore genau wie für Grafikkarten, für Digitalkameras oder Webseiten-Material. Wobei ein wichtiger Unterschied festzuhalten ist: Bildschirma mit QXGA-Pixelzahl zeigen auch Bilder mit geringerer Auflösung als 2.048 x 1.536, die Grafikkarte rechnet die Bildpunkte hoch. Damit sind alle Pixel aktiv, allerdings ohne zusätzliche Informationen und Detailschärfe. Der Übergang von Weiß zu Schwarz besteht in Originalauflösung aus einem Pixel, bei QXGA können es dagegen vier- oder achtmal so viele sein und entsprechend breiter ist er. Das heißt nun nicht, dass es unscharf und entsprechend niedrig auflösend wird. Aber die Pixelzahl allein macht halt noch kein detailreiches Bild, vor allem nicht bei Displays oder Monitoren.

Was jetzt nicht heißen soll, dass jede Linien acht- oder x-mal so breit wird, und das Bild damit nicht anzuschauen. Aber es wird nicht besser durch immer mehr Pixel. Da müssten wir ja heute gar nicht mehr wissen, wohin zu schauen, wo doch überall Full-HD-Schirme stehen, aber nur Standard-TV darauf läuft.

Zuerst aber mal stellt sich die Frage, ob man die Details überhaupt sieht. Für Full-HD gibt es die Größenordnung von etwa dreifacher Bildhöhe als Abstand, für normales TV das Fünf- bis Siebenfache. Wer zu weit weg sitzt, nimmt die Feinheiten gar nicht wahr, wer näher kommt, sieht vor allem einzelne Pixel und deren Störungen. 4k ist idealerweise zu sehen aus etwa 1,5-facher Bildhöhe, doch auch das setzt gute Augen voraus.

Das musss nun auf keinen Fall bedeuten, dass eine Hochskalierung sinnlos ist – im Gegenteil kann das Bild dadurch sogar bessser werden. Manche Rechenverfahren zum Beispiel erkennen, dass eine Kante von einem harten Schwarz-weiß-Übergang stammt und stellen das auch mit vielen Pixelm so dar. Allerdings sind dafür gute Signalerkennung und ausreichend Speicher notwendig. Dann ist eine Skalierung sinnvoll.

Aber: Mehr Pixel machen das Bild nicht automatisch besser. Es kann auch gewaltig zu flackern beginnen, es kann matschig wirken oder künstlich. Natürlich wird das Bild dadurch nicht schlechter. Es gibt jedoch mehr Argumente, die gegen den Pixel-Wettlauf sprechen.

Im Kino: der Normalfall

Da wo die ganz großen Bilder zuhause sind, wird sich 4k aber durchsetzen: im Kino. Schon jetzt arbeiten alle Sony-Projektoren mit dieser Auflösung, auch mit DLP ist das möglich, wenn auch noch lange nicht selbstverständlich. Aber das wird kommen.

Denn ein 4k-Chip ist nur einen Tick größer als einer mit 2k-Pixelzahl, sowohl bei LCoS (Sony) als auch bei DLP (Texas Instruments). Richtig ist auch, dass die höhere Auflösung nur wenigen Zuschauern nützt. In der Tat sitzen die Besucher in den vorderen Reihen so nahe an der Leinwand, dass es für sie einen Unterschied ausmacht, wie groß die Pixel sind.

Und nicht zu vergessen: 1,5-fache Bildhöhe als Abstand ist das Optimum, aber die Verbesserung beginnt, sobald man den Regelabstand von Full-HD unterschreitet. Wer also auf 2,0- oder 2,5-facher Bildhöhe sitzt, profitiert von 4k.

Das System ist damit die Entsprechung zu Surround: Es vergrößert die Anzahl der guten Sitzplätze in den Kinos, und zwar unabhängig von der Größe der Leinwand.

Für einen Kino-Besitzer gibt es also nichts dringenderes als in diese Technik zu investieren. Schließlich muss er auch nicht damit rechnen, dass kein Nachschub an Filmen zur Verfügung steht. Immerhin ist das 4k-Format Teil des DCI-Standards für digitale Kinos.

Quellen: Her damit

Kinofilme sind heute schon und noch mehr in Zukunft die wichtigste Quelle für Ultra-HD. Das hat mehrere Gründe:

  1. 4k ist als Teil der DCI-Norm vorgesehen und sogar kompatibel mit 2k, sprich: Ein digitales 4k-Master ist auch für 2k geeignet, die Erweiterung vergrößert zwar die Datenmengen, stört aber nicht bei der normalen Wiedergabe.
  2. Das Filmmaterial gibt durchaus die Qualität her, die man für 4k braucht. Es ist zwar nicht korrekt, 4k mit 70-mm-Film gleichzusetzen, ganz einfach weil analoges Material andere Besonderheiten aufweist als digitales. Aber es ist die nächste Qualitätsstufe nach normalem 35-mm-Film. Anders als 70-mm-Material muss man dafür auch keinen Wiedergabe-Nachteil oder Extra-Kosten in Kauf nehmen.

Viele Kinoserver und zahlreiche Projektoren kommen mit 4k-Material klar, also ist eine ausreichend breite Abspielbasis gesichert. Zudem ist es einfach, die Filme zu verteilen. Es muss eine ausreichend große Festplatte her, den Rest regelt die DCI-Norm.

Dazu sind immer mehr digitale Kameras für diese Pixelzahl vorbereitet, sei es von Red oder von Sony oder von anderen Anbietern. Wer es zuhause sehen will, hat natürlich keinen Zugang zu diesem Material – da ist die Raubkopie-Paranoia á  la DCI vor. Dafür hat man eine andere Quelle und zwar die Digitalkamera. Standbilder hat man noch nie so hochauflösend sehen können wie auf einem UHD-Schirm, außer in Ausschnitten auf einem PC-Monitor; und man kann daraus wunderbar einen Film machen, zum Beispeil so: www.DIGITAL.eu/2013/04/canon-eos-5d-mk-2-3-firmware-von-magic-lantern-ermoglicht-raw-videos. Fertig ist der UHD-Film, wenn man einen PC mit aktueller HDMI-Karte besitzt.

Sender tun sich mit Ultra-HD schwer, wo doch viele schon ein Problem mit HDTV haben. Weder Kameras noch Studio-Ausrüstung sind dafür vorbereitet. Noch rar sind dagegen wirkliche Kinofilme für den Bildschirm zuhause, auch wenn das mit Blu-ray Disc und HEVC kein allzu großes Problem sein sollte. Man muss es nur wollen – und machen.

Allerdings bleibt offen, ob damit ein Geschäft zu machen ist.

Nicht vergessen sollte man aber Webseiten, Schriften oder Karten, die von 4k immens profitieren.

Bildgröße: viermal HD

Darüber hinaus sollte man noch eine Option für UHD nicht unerwähnt lassen: Man kann die notwendige Pixelzahl locker mit viermal Full-HD erreichen, seien es vier Kameras zur Aufnahme, vier Kanäle für die Übertragung (wie Eutelsat) und vier Bildschirme bei der Wiedergabe. Mit Technik von heute ist also UHD jederzeit möglich. Es müssen nur die vier Bestandteile genau zueinander passen.

Das macht das Ganze zudem ungeheuer preiswert, zumindest wiedergabeseitig. Schließkich ist Full-HD heute der Normalfall, und das Vierfache auch noch machbar.

Daher ist auch ein 4k-Bildschirm denkbar, ohne gleich astronomische Summen zu kosten. Sie werden vielmehr schon heute gefertig, bei Samsung genau wie LG oder Innolux oder AUO. Nur dass man heute aus einem Glas sechs oder acht solchen Displays schneidet. Wer heutige Bildschirme mal vier nimmt, etwa 47 oder 55 Zoll, kommt auf einen UHD-Schirm mit 94 oder 110 Zoll Diagonale. Dafür ist nicht einmal eine neue Technologie notwendig, nur eine Veränderung im Anschaffungsverhalten und im Aufbau der Wohnzimmer. Es ist schließlich mehr als normal, dass eine ganze Wand zum Fernseher wird – aber machbar, wenn man diese Größe transportieren kann.

Nur: Was macht man darauf? Es wäre schließlich Unsinn, drei oder vier Meter davon weg zu sitzen.

UHD: Neue Technologie?

Wie man sieht, ist Ultra-HD vor allem eine Weiterentwicklung von Full-HD. Es zur neuen Technologie zu erklären, ist wesentlich übertrieben. Die Pixelgröße an einem Bildschirm entspricht der von kleiner, aber hochauflösenden Displays, bei der Aufnahme ist die Bewegung das entscheidende Hindernis, denn die Auflösung beherrscht heute schon jede Digitalkamera. Neu sind dagegen die Schnittstellen, von HDMI über VGA bis zur Codierung in HEVC, die Übertragung und Speicherung, sei es online oder offline.

Neue Technik braucht man in der Tat für die Datenkomprimierung: Hier gilt es, die Daten auf beherrschbare Mengen unter 20 Mb/s zu reduzieren. Die passen in heutige Speicherungs- und Übertragungs-Verfahren. Eine der Methoden ist der Übergang von Makroblocks auf Coding Tree Units, also große Blöcke. Bei dieser Gelegenheit hat man auch 8k festgezurrt, also 4k mal vier oder Full-HD mal 16.

Auch hier hält sich der Neuheitenwert in Grenzen. Dann fast jede preiswerte Digitalkamera kann Bilder von 7.680 mal 4.320 Bildpunkte (8k) aufnehmen, aber halt nicht 50-, 60- oder gar 120-mal in der Sekunde.

Aufnahme und Übertragung

Auch wenn die Bildsensoren die Pixelzahl beherrschen, ist das Herstellen eigener 4k-Filme nicht so einfach. Schließlich hat sich noch kein Arbeitsablauf etabliert, die das bei normaler oder hoher Auslösung mit DV oder AVCHD üblich ist. Das Problem ist es derzeit, eine passende Kamera zu finden, aber da hat Sony schon Einiges im Angebot, wenn auch nicht direkt zu verbraucherfreundlichen Preisen. Auch hat sich noch keine Codierung als UDH-Standard etabliert, hier ist Sony mit XAVC führend, mit wenig Abstand folgt Google mit VP9.

Dabei muss man damit rechnen, die Datenrate ein wenig, aber nicht massiv verringern zu können. Mehr als 20 Mbit/s sind bei anspruchsvollem Material und guter Bildqualität schnell zusammen, oft sind es deutlich mehr – etwa auf Youtube oder anderen Portalen, von denen es inzwischen eine ganze Reihe gibt. Auch kann man nicht wie selbstverständlich davon ausgehen, dass 4k-Content von den Besuchern einer Webseite angenommen und gesehen wird. So einfach wie bei normalem Video ist es jedenfalls mit UHD nicht mehr. Selbst normale DSL-Leitungen mit 16 Mbit/s kommen hier schnell an ihre Grenzen, die bessere Lösung ist der Download des Films.

Sky: UHD soll kommen

Bei Sky in München war man lange Zeit zurückhaltend, was die Aussichten von HDTV angeht. Inzischen sind die Abo-Zahlen ordentlich gewachsen, das HD-Angebot wird angenommen. Weil der Erfolg beim ersten Versuch so durchschlagend war, soll er nun wiederholt werden: mit UHD. Bereits beschlossen scheint die Tatsache, den nächsten Empfäger UHD-tauglich zu machen, sowohl bei der Decodierung als auch in der Buchse, wahrscheinlich per HDMI.

Welches Material Sky in dieser Qualität senden kann, bleibt die Frage. Dass Sony gern mit Kameras aushilft, hat man in der Vergangenheit schon gesehen. Auch übriges Studio-Equipement könnte aus dieser Quelle kommen, denn ein spezieller Kanal würde helfen, Fernseher und mehr zu verkaufen. Unter Profis ist Sony bereits recht aktiv, was 4k angeht.

Abwärtskompatibilität

Eine sehr interessante Option bietet der Standard von HEVC, nämlich die Einbettung des Full-HD-Signals in den HEVC-Datenstrom. Dann sind die nicht lesbaren HEVC-Bestandteile lediglich Zusatzdaten, die ein normaler HD-Empfänger einfach unbeachtet lässt. Es steht also ein von jedem Empfänger lesbares Signal bereit, das aber nicht 4k- oder UHD-Auflösung hat. Aber es kann von jedem Teilnehmer gesehen werden, der bisher schon HD empfang. Eine neue Box oder ein anderer Tuner sind also nur notwendig, wenn man 4k wirklich sehen will.

Nachteilig bei dieser Lösung ist die etwas verschlechterte Effizienz. Die Summe aus HD- und Zusatz-Daten ist etwas größer als ein reines HEVC-Signal, das allerdings von niemand gesehen werden kann, der die Anschaffung scheut. Besonders attraktiv wäre diese Option bei Empfang übers Web. HEVC-Daten könnten dann wie bisher über Breitbandleitung geschickt werden oder auch über die TV-Infrastruktur kommen. Die Zusatz-Pakete dagegen rauschen über die Web-Leitung, und werden im Empfänger zu einem 4k-Bild zusammengesetzt.

Hier besteht das Problem in der Ungleichzeitigkeit beider Teile, die zum Beispiel eine Sport-Übertragung nahezu ausschließen – wenn man nicht eine enorme Verzögerung in Kauf nehmen will. Auch wäre Empfänger-seitig viel Speicher notwendig, was die Kiste wieder teuer macht.

Noch ist unklar, ob jemand diese Option nutzen will.

Pixel als Störung

Dei CD-Playern kennt man es schon länger, nun passt es auch zu Bildschirmen: das Oversampling. Das ist ein Begriff aus der Digitaltechnik, die mit fest zugewiesenen Werten arbeitet. Im der Bildverarbeitung geht es da nicht um Tonhöhen und Lautstärken, sondern um hell oder dunkel, rötlich oder einen anderen Farbton. Es geht aber immer um genau einen Punkt, aber der Nachbarwert kann schon ganz anders aussehen. Eine Störung ist zum Beispiel denkbar in Form einer waagrechten Linie, die sich bewegt. Je nachdem, wie breit sie ist und wie genau die Abtastung erfolgt, kann sie genau eine oder auch zwei Pixel umfassen – zu sehen auf einem normalen Bildschirm als Flattern.

4k, 8k beziehungsweise UHD wietet nun die Möglichkeit, diese Fehler zu beseitigen – weil man nämlich einzelne Pixel beziehungsweise den Unterschied zwischen einem und zwei Pixeln gar nicht mehr erkennen kann. Das Bild wirkt dann so oder so flächig und artefaktfrei. Wer aber wirklich die maximale Auflösung sehen will, kommt an die Grenzen dieses Verfahrens. Und muss mit Fehlern leben.

Ultra-HD: Ob es etwas wird?

Wie bereits erläutert, liegen die Probleme nicht in der Technik. Sondern die gebotenen Skepsis hat andere Gründe.

  • Mangelnde Nachfrage. Während es bei normalen Fernsehen keine Frage war, ist das bei HDTV eher nicht der Fall. Die Nutzer verlangen nicht lautstark nach einer neuen, besseren Norm. HD ist vor allem angetrieben worden von den immer größer werdenden, immer besseren flachen Bildschirmen. Die stehen aber nun in vielen Haushalten, die alle nicht über schlechtes Bild klagen – zumindest wenn sie HDTV empfangen.
  • Großbildschirme sind die Ausnahme. Heute hat ein normales TV-Gerät eine Diagonale von 40 oder 42 Zoll, darauf ergibt jedoch UHD keinen Sinn – selbst wenn sie es darstellen könnten. Es wäre auch eine absurde Situation, wenn die Standard-Breite zwei Meter und mehr messen würde. Dafür sind die Wohnungen nicht vorbereitet.
  • Mangelnde Kompatibilität. Wer heute in Ultra-HD ausstrahlt oder seine Filme vertreibt, muss eine ganz neue Infrastruktur aufbauen. Das gibt für TV-Sender genau wie für Film-Anbieter, für Farbsignale wie Rec. 709/Rec. 2020. gleichermaßen.
  • Hohe Preise. Die Branche hat die fatale Neigung, jede Qualitätssteigerung mit einem satten Preissprung zu verbinden. Irgendwann muss man schließlich Geld verdienen.
  • Sieht man es? Wer großspurig in sein Wohnzimmer einlädt, muss damit rechnen, die Besucher zu enttäuschen: Der Unterschied zu HD ist für UHD viel zu klein, solange die Bildgröße bei einem Meter bleibt. Und wirklich große Schirme sind noch weit weg, technisch und kommerziell. Dabei sieht man nur auf ihnen die Verbesserung wirklich.
  • Andererseits: Wer hätte vor 20 Jahren erwartet, dass inzwischen ein Meter Diagonale normal ist, dass fast alle Bildschirme HD-tauglich sind?

Es wäre also für einen Durchbruch eine komplette Veränderung der Fernsehnutzung notwendig, weg vom kleinen Kasten und hin zu TV als Wand. Das kann aber noch gut 20 Jahre dauern, wenn es überhaupt Realität wird.

(27. 11. 2013)

 

 

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2 Gedanken zu “UHD: Das nächste große Ding?

  1. Hat dies auf headunit_de rebloggt und kommentierte:
    Fakten:
    Deutschland hat 80 Mio Menschen in 40 Mio Haushalten von denen 1,3 Mio jährlich 50€ zahlen um HD+ zu empfangen. Wie hoch die HD Quote der ÖRE ist, hab ich auf die Schnelle nciht finden können.

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