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Mit HDR kommen jetzt auch bewegte Bilder mit dem Super-Kontrast, mehr Helligkeit und besserem Schwarz

Das HiFi Forum Baiersdorf informiert: Fakten zu HDR, HFR, HLG und Dolby Vision


Mit High Dynamic Range, kurz HDR und Higher Frame Rate, kurz HFR, kommen weitere Technologien zur Bildverbesserung in die Geräte. Wir haben für Sie die Erklärungen dazu zusammengestellt.
HDR-Logo

Die TV-Hersteller arbeiten kontinuierlich an Bildverbesserungen. Eine Formel dafür heißt High Dynamic Range, kurz HDR. Gemeint ist ein Kontrastumfang, der weit über das gewohnte Maß hinausgeht. So sollen beispielsweise Scheinwerfer dann richtig blenden – und nicht bloß als helle Flecken auf der Bildfläche erscheinen. 

Die Technik-Trends als Voraussetzungen für HDR:

Helligkeit der Bildschirme

Galten 400 Nits (Einheit für die Helligkeit der Bildschirme, identisch mit dem deutschen Maß Candela pro Quadratmeter) noch vor ca. drei Jahren als das Normalmaß für Spitzenhelligkeit, so werben heute die Top-TV-Geräte mit Spitzenhelligkeiten von 1.000 bis 2.000 Nits. Auf der CES 2020 in Las Vegas gab es sogar einen Prototyp von Sony mit extrem hellen 10.000 Nits zu sehen. OLED-Schirme erreichen nicht so hohe Werte, die hellsten Modelle kommen aber auch schon nahe an die 1.000-Nits-Marke heran.

Schwarz-Darstellung

LCD-Fernseher stellten schwarze Bildpartien früher eher als dunkles Grau dar, weil immer noch ein wenig Restlicht von der LCD-Hinterleuchtung auf die Bildfläche gelangte. Verbesserte LCD-Technologien können Schwarz inzwischen überzeugend darstellen, OLED-Schirme können es Prinzip-bedingt noch besser.

Somit ist der Kontrastumfang der Bildschirme, also die Spanne zwischen tiefsten Schwarz und hellstem Licht, in den letzten Jahren dramatisch gestiegen.


Weiterentwicklung von 8-Bit- auf 10-Bit-Bildverarbeitung

Die Videosignale konventioneller TV-Programme stellen die farbigen Bilder noch mit 8 Bit dar, das heißt, für TV-Programme wird jedes rote, grüne und blaue Pixel noch mit 256 Helligkeitsabstufungen kodiert. Seit etlichen Jahren aber verarbeiten TV-Geräte, also die Bildschirme und ihre Ansteuer-Elektronik, Videosignale mit 10 Bits, also mit der deutlich feineren Differenzierung von 1024 Helligkeitsstufen. Nur so lässt sich der gestiegene Kontrastumfang (Dynamik) sinnvoll nutzen. Dazu interpolieren sie die Helligkeitswerte der 8-Bit-Videosignale so, dass der Kontrastumfang von 10-Bit-Bildschirmen möglichst gut ausgenutzt wird.

HDR (High Dynamic Range) soll nun auch die Programmquellen auf 10-Bit-Qualitätsniveau bringen. Standardisierte Verfahren sollen dafür sorgen, dass die optimale Darstellung nicht mehr allein davon abhängt, wie gut die TV-Elektronik das Programm an die überlegene Bildschirmtechnik anpasst.

HDR10
Aus der Bildsignalverarbeitung mit 10 Bits ergibt sich der Name des am weitesten verbreiteten HDR-Standards, der als erster für die Blu ray-Disc spezifiziert wurde. Alle HDR-fähigen Blu ray-Player unterstützen den Standard, ebenso alle HDR-fähigen TV-Geräte. Das sind inzwischen praktisch alle höherpreisigen UHD-Geräte. HDR 10 arbeitet mit Metadaten, die begleitend zum Videosignal übertragen werden. Sie teilen dem Fernseher mit, wie er sich optimal auf den Dynamikumfang des Videoprogramms einstellt.
Die Zahl in diesem Kürzel steht für eine Signalverarbeitung mit 10 Bits. Das bedeutet: Die drei Grundfarben eines jeden Bildpunkts lassen sich mit 1024 Helligkeitsabstufungen darstellen; bisher sind 8 Bits, also 256 Abstufungen, das übliche Maß.

Dolby Vision
Die Metadaten von HDR10 gelten stets für einen ganzen Film, der aber in unterschiedlichen Szenen eigentlich ganz unterschiedliche Anpassungen verlangen kann. Dazu bringt Dolby Vision sein System der dynamischen Metadaten ins Spiel. Das System der kalifornischen Kino-Spezialisten kann also, anders als HDR10, den Kontrastumfang Szene für Szene festlegen (dynamic contrast). Zudem gibt das Dolby-System lückenlose technische Regeln vom Produktionsstudio bis zum Bildschirm im Wohnzimmer vor. Es gibt bereits eine Reihe von Fernsehern und Blu ray-Playern, die Dolby Vision unterstützen. Es gibt auch bereits eine Reihe von Blu ray-Titeln mit Dolby Vision, die Auswahl ist aber noch recht überschaubar. Die Studios Sony Pictures, Paramount, Universal, Warner und Disney unterstützen Dolby Vision, ebenso Streaming-Anbieter wie Apple und Netflix.

HDR10+
Für die Geräteindustrie hat Dolby Vision einen entscheidenden Nachteil: Die Hersteller zahlen für die Nutzung der Technik Lizenzgebühren an Dolby. Samsung hat deshalb als Alternativsystem HDR10+ entwickelt und als offenen Systemvorschlag angeboten: Partnerfirmen können die Technik abgabenfrei nutzen. HDR10+ kann ebenfalls den Kontrastumfang dynamisch (z.B. Szene für Szene) festlegen und in entsprechenden Metadaten kodieren. Das System ist rückwärtskompatibel zu HDR 10.
Bisher unterstützen Samsung, Panasonic und Philips (TP Vision) HDR10+ mit ihren neuen Fernsehgeräten.
HDR10+ ist seit Anfang des Jahres auch offizieller Bestandteil der Blu ray-Spezifikationen – wie zuvor schon HDR 10 und Dolby Vision.
Der jüngste Blu ray-Player von Panasonic, der DP-UB820, unterstützt neben Dolby Vision auch HDR10+.
Von den großen Hollywood-Studios hat sich bisher 20th Century Fox als Unterstützer von HDR10+ positioniert.

Hybrid-Log-Gamma (HLG)
Schließlich gibt es noch eine vierte HDR-Variante. Sie heißt Hybrid-Log-Gamma (HLG) und stammt aus einer Kooperation der BBC und des japanischen Fernsehens NHK. Satellitenbetreiber wie Astra und Eutelsat liebäugeln bereits damit, weil die HDR-Informationen hier im Videosignal stecken. Metadaten also entfallen, was den Transport vom Studio über die Sendestrecke bis zum Bildschirm vereinfacht. Sky beschäftigt sich ebenfalls mit HLG.
LG hatte als erster Hersteller TV-Geräte mit HLG-Unterstützung auf dem Markt, inzwischen haben einige weitere Marken HLG-Unterstützung umgesetzt, bzw. angekündigt, ebenso die Option, HLG durch Software-Updates nachzurüsten, was sehr viel einfacher möglich ist als mit HDR10+ der gar mit Dolby Vision.

High Frame Rate (HFR) – schnellere Bildfolgen für flüssigere Bilder
HFR ist eher ein Thema für Videoproduktionen und Disc-Player als für Fernseher – einfach, weil TV-Geräte bereits eine relativ hohe zeitliche Auflösung für flüssige Bewegtbild-Darstellung bieten.
Hintergrund: Die Standard-Bildwiederholfrequenzen von TV-Geräten orientierten sich ursprünglich an den Wechselstromfrequenzen in den jeweiligen Regionen, also 50 Hertz in Europa und 60 Hertz in den USA / Japan. Schon in Analog-Zeiten konnten die TV-Geräte diese Frequenz noch vervielfachen, um für flüssige Darstellungen zu sorgen. Full HD-Schirme erreichen heute 200 / 240 Hertz (manche Hersteller geben noch mehr an, was aber oft eher trickreiche Marketing-Betrachtungen sind). Selbst Ultra HD-Bildschirme mit ihrem hohen Datendurchsatz könne heute 100 / 120 Einzelbilder je Sekunde darstellen.
Anders die Technik des Kinos: Hier sind immer noch 24 Einzelbilder je Sekunde Standard. An das typische Flimmern und Ruckeln in Szenen mit schnellen Bewegungen hat sich das Kinopublikum gewöhnt, würde es vielleicht sogar vermissen, wenn es plötzlich verschwände. Im Wohnzimmer tolerieren die Zuschauer es aber nicht. Für die Ausgabe eines 24-Hertz-Kinofilms auf dem TV-Bildschirm errechnet entweder der Blu ray-Player oder die Elektronik des TV-Geräts 60 Einzelbilder. Denn 24-Hertz-Bilder würden auf einem großen Bildschirm unerträglich ruckeln. Aber selbst die elektronische Vervielfachung der Einzelbilder funktioniert nicht immer perfekt. Für makellos flüssige Darstellungen muss eigentlich schon die Produktionsseite für höhere zeitliche Auflösung sorgen.
Ebendies beginnt in den Studios. Schon Ende 2012 startete in den Kinos "Der Hobbit – Eine unerwartete Reise", den Regisseur Peter Jackson mit 48 Einzelbildern je Sekunde und in 3D drehen ließ. Vier Jahre später wagte Regisseur Ang Lee mit dem Spielfilm "Billy Lynn's Long Halftime Walk" (deutscher Titel: "Die irre Heldentour des Billy Lynn") einen erneuten Anlauf in Sachen High Frame Rate (HFR) – und setzte sogar noch einen drauf: Er drehte das Kriegsdrama in stereoskopischem 3D, mit 120 Bildern pro Sekunde. Die Blu ray-Fassung erschien in Ultra HD-Auflösung mit 60 Hertz, dazu gab es im Papp-Schuber eine zusätzliche Scheibe in Full HD und 3D.
Ultra HD mit 60 Hertz in 3D ist im Blu ray-Standard (noch) nicht definiert, und das zeigt schon: HFR ist noch sehr ausbaufähig und ausbauwürdig.

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