Bewegungsdarstellung und Bildsignalverarbeitung
High Definition in 24p für Original-Kinodarstellung
Hinter dem Kürzel 24p verbirgt sich ein weltweit verbreitete Aufnahmeformat für Kinofilme. „p” bedeutet dabei „progressive”, 24 ist die Bildwechselfrequenz. Mit anderen Worten: Regisseure drehen ihre Kinohits stets mit 24 Vollbildern pro Sekunde (24 Hertz). Aus der relativ niedrigen Bildwechselfrequenz ergibt sich anders als bei Fernsehaufnahmen, die mit 50 Hertz gedreht werden, ein leichtes Bildruckeln, das im Kino ebenfalls zu sehen ist. Im Format 24p gelangen die meisten Streifen schließlich auch auf Blu-ray.
Die Player können die Filme problemlos in diesem Format wiedergeben. Etwaiger Haken daran: Erst neuere Fernseher haben den Kino-Rhythmus im Griff. Frühere Modelle sind auf 25 und 30 Vollbilder beziehungsweise 50 oder 60 Halbbilder pro Sekunde geeicht. Mit 24p-Zuspielung bleibt bei ihnen der Schirm dunkel.
Beherrscht der Fernseher allerdings 24p, stellt er die Bewegungsabläufe von HD-Filmen so dar, wie sie gefilmt wurden und wie man sie aus auch dem Kino kennt. Allerdings gibt es auch hier Einschränkungen: Einige Schirme zeigen zwar 24p-Signale, rechnen jedoch intern auf eine nicht passende Bildfrequenz um – dann ruckelt’s wieder übermäßig.
Film-Dejudder für geglättete 24p-Wiedergabe
Das leichte Ruckeln der 24p-Aufnahme- und Wiedergabetechnik bei Kinofilmen wird auch als Film-Judder bezeichnet. Neue Technologien zur Bildsignalverarbeitung verfolgen das Ziel, diesen Film-Judder durch das Einfügen neu errechneter Bilder zu vermeiden. Das Resultat sind ruckelfreie, glatte Bewegungsabläufe, wie sie etwa im Fernsehen mit Shows oder Fernsehspielen zu sehen sind (Video-Mode). Diese Konzepte werden mit dem Begriff „Film-Dejudder“ beschrieben. Vorteil dabei: Die Bilder wirken ruhiger und schärfer. Nachteil: Der typische „Kino-Look“ geht verloren. Daher bieten einige Hersteller inzwischen die Möglichkeit, den Film-Dejudder stufenweise einzustellen und nach persönlichem Geschmack einen Kompromiss zwischen gewünschtem Kino-Look und ruckelärmerer Darstellung zu finden.
100 / 200 / 400 Hertz für mehr Bewegungsschärfe
Je höher die Bildwechselfrequenz bei LCDs ausfällt, desto schärfer wirken Bewegtbilder. Der Grund hierfür liegt liegt in den Darstellungseigenheiten der LCD-Technik. LCD-Zellen bilden die dargestellten Informationen ab, bis neue sie „überschreiben“. Das Bild bleibt daher für einen kurzen Moment stehen. Dies entspricht jedoch keinem natürlichen Bewegungsablauf – und den entsprechend angelernten Sehgewohnheiten des Auges. Es erwartet vielmehr eine kontinuierliche Fortsetzung der Bewegung. Daher hält es nicht gemeinsam mit dem dargestellten Bild inne, sondern bewegt sich langsam weiter (siehe Grafik rechts).
Das Resultat kennt jeder aus dem Alltag: Streift der wandernde Blick einen stillstehenden Gegenstand, verwischen dessen Konturen und werden unscharf wahrgenommen. Dies geschieht zum einen, da das Auge aufgrund seiner Eigenbewegung die Konturen nicht mehr definieren kann. Zum andern, weil das menschliche Auge einen nur sehr kleinen Sichtbereich aufweist, in dem es wirklich scharf sieht – der Gegenstand wandert also schnell aus dem Fokus des Auges wieder heraus. Genau dieselben Probleme ergeben sich mit LCD-Bildern.
Die Lösung für das Problem besteht darin, den Zeitraum, für den das jeweilige LCD-Bild einfriert, so kurz wie möglich zu halten. Die Art und Weise, in der das geschieht, kann unterschiedlich ausfallen.
Mit 50-Hertz-LCDs, bei der die Bilder 50 Mal pro Sekunde wechseln (Hertz = Schwingungen pro Sekunde) ist das Problem am größten. Hier verweilt jedes Bild 20 Millisekunden auf dem Schirm.
100-Hertz-TVs traten der Unschärfe mit einer Verweildauer von 10 Millisekunden bereits effektiv entgegen. Um auf die notwendige Anzahl von Bildern zu kommen, errechnen sie aus den ursprünglich 50 Bildern, die sie zugespielt bekommen, 50 weitere und fügen sie passgenau in die Bewegungsabläufe ein.
Um von 100 auf 200 Bilder (200 Hertz) mit einer Verweildauer von jeweils nur noch 5 Millisekunden zu gelangen, verwenden die Hersteller unterschiedliche Ansätze. Beim ersten findet eine weitere, aufwendige Zwischenbildberechnung statt. Mit TV- und DVD-Aufnahmen (im Original 50 Hertz) berechnet die Fernseherelektronik drei Zwischenbilder neu und fügen sie in den Bewegungsablauf ein. Kommen High-Definition-Bilder von Blu-ray mit 24 Bildern an (24p), findet eine Beschleunigung von 24 auf 192 Hertz statt, sofern ein Film-Dejudder mit voller Wirkung im Einsatz ist. Dann sind es erstaunliche sieben Zwischenbilder, die neu zu kalkulieren sind.
Der zweite Ansatz verkürzt die Verweildauer der Bilder auf ganz andere Weise. Hier findet eine Zwischenbildberechnung nur im ersten Schritt von 50 auf 100 Hertz statt. Im zweiten, von 100 auf 200 Hertz, reduzieren die Hersteller die Darstellungszeit pro Bild mit einem relativ einfachen Mittel: Sie schalten das Panellicht (Backlight) ganzflächig oder teilweise kurz aus (Blinking Backlight, Scanning Backlight). Damit erreichen sie ebenfalls ihr Ziel: Die 100 gezeigten Bilder sind jeweils lediglich 5 Millisekunden zu sehen, weswegen man auch hier von einer 200-Hertz-Technik spricht. Mit 24p erreicht der Schirm mit Film-Dejudder auch hier 192 Hertz, wobei er auf Basis von 96 Bildern blinkt. Die zwischengeschaltete Schwarzphase ist bei dieser Geschwindigkeit nicht als Großflächenflimmern wahrnehmbar.
Mehr Schärfe beschert die Zwischenbildberechnung nicht zwangsläufig. Denn das menschliche Auge hat die Eigenschaft, aufgrund seiner Seh-Erfahrungen Lücken in Bewegungsabläufen eigenständig zu schließen. Diese „natürliche“ Zwischenbildberechnung kann durchaus so effektiv ausfallen wie die aufwendige elektronische, da anders als beim Auge Fehlberechnungen das Ergebnis beeinträchtigen können. Allerdings haben die AV-Magazin-Tests gezeigt, dass die Zwischenbildberechnung Bewegungsabläufe in der Regel schärfer wiedergibt als die konkurrierende Technik.
400-Hertz-Fernseher schließlich verbinden die beiden beschriebenen Konzepte. Um von 100 auf 200 Hertz zu beschleunigen, findet hier grundsätzlich eine Zwischenbildberechnung statt. Um die 200 Hertz dann wie 400 Hertz Bildwechselfrequenz wirken zu lassen, schaltet sich das Backlight in entsprechend rascher Folge ein und aus. Das Ergebnis: Jedes Bild ist jeweils nur noch um 2,5 Millisekunden zu sehen.
Blinking und Scanning Backlight
Um bei LCD-Schirmen hohe Bildwechselfrequenzen bis zu 400 Hertz realisieren zu können, schalten die Hersteller das Licht des Panels (Backlight) in schneller Folge ein und aus. Je nach Marke und LCD-Fernseher geschieht dies auf unterschiedliche Weise. Es ist möglich, dass der Schirm im Ganzen geschaltet wird oder im Wechsel die obere und untere Hälfte des Schirms. Für diese Techniken ist „Blinking Backlight“ die richtige Bezeichnung.
Beim „Scanning Backlight“ bewegen sich die Hell-Dunkel-Zonen kontinuierlich. Dann wandert etwa ein Leuchtstreifen von oben nach unten über den Schirm. Der Streifen kann verschieden hoch ausfallen. Es gibt Konzepte, bei denen zu jedem Zeitpunkt 50 Prozent des Schirms durchleuchtet werden. Andere Varianten erhellen 30 Prozent, nochmals andere 70 Prozent des Schirms.
Verschiedene Hersteller verwenden genau diese Scanning-Backlight-Konzepte. Allerdings ändern sich die Ansätze derzeit bei jedem Wechsel der TV-Generationen, sodass auch ein anderes Hell-Dunkel-Verhältnis möglich ist. Dies trifft vor allem bei den Local-Dimming-LCDs zu (siehe unten Local Dimming). Hier durchleuchten LED-Lampen die Schirme nur partiell, sodass die Hell-Dunkel-Verteilung je nach Bild ganz unterschiedlich gestaltbar ist. Der Scan kann dann mal groß-, mal kleinflächig ausfallen. Oder er findet zeitgleich innerhalb getrennter Schirmbereiche statt. Auf diese Weise wird es sogar möglich, dass Local Dimming den Vorteil der schärfer wiedergegebenen Bewegtbilder mit dem des verbesserten Kontrasts verbindet. In diesem Fall wird nur in jenen Bildbereichen abwechselnd hell und dunkel geschaltet, in denen Bewegung stattfindet. In unbewegten Bildbereichen, in denen vor allem sattes schwarz dargestellt werden soll, bleiben die Lampen dagegen permanent dunkel.
Blinking und Scanning Backlight lässt sich auch für eine verbesserte 3D-Darstellung einsetzen. Denn das Ausfiltern der für den 3D-Effekt notwendigen beiden Blickperspektiven erfordert eine klare Trennung der nacheinander dargestellten Links-Rechts-Bilder. Indem man das Backlight zwischen diesen Bildern ausschaltet, lässt sich dies erreichen.
3:2-Pull-Down: Achtung, Ruckelgefahr
Was macht man, wenn die TVs keine 24p-Bilder darstellen, wie dies bei früheren Modellen die Regel war? Die Lösung nennt sich „3:2-Pull-Down”. Er sorgt dafür, dass die 24p-Filme mit für diese Fernseher passenden 60 Bildern pro Sekunde (60 Hz) über den Schirm flimmern können. Hierbei zerlegt die Player-Elektronik je ein Vollbild des Streifens in zwei Halbbilder, wobei ein Halbbild alle ungeraden Zeilen des ehemals vollständigen Bildes zeigt, das andere alle geradzahligen. So verdoppelt sich die Anzahl der Bilder schon mal von 24 auf 48 (48 Hz). Das ist aber immer noch zu wenig.
Daher braucht es einen weiteren Trick. Er überwindet das Formathandicap endgültig. Bei diesem Kniff generiert die Player-Elektronik aus jedem zweiten Vollbild nicht nur zwei, sondern drei Halbbilder, in dem sie eines der Halbbilder schlicht zweimal ausgibt. Wer nachrechnet, stellt fest, dass dies weitere 12 und damit unterm Strich 60 Bilder ergibt – das Soll ist erreicht. Durch die unregelmäßigen Wiederholungen kommt der Bildrhythmus jedoch gehörig aus dem Takt. Als Folge stellt sich starkes und nicht zum Film passendes Bewegungsruckeln ein.
Local Dimming
LCD-Schirmen, die von LEDs (Light Emitting Diods) durchleuchtet werden, ist dank Local Dimming eine Bilddarstellung vorbehalten, die dem CCFL-Backlight (Cold Cathode Fluorescent Lamps) mit Kaltkathodenlampen nicht möglich ist. Kommt Local Dimming zum Einsatz, sitzen die LEDs in großer Anzahl direkt hinter dem Schirm. Diese LED-Variante wird als Direct-LED bezeichnet. Möglich ist es nun, die LEDs in verschiedene Felder zu unterteilen, deren Helligkeit sich völlig unabhängig von einander regeln lässt. Auf diese Weise kann der Schirm schwarze Bildmotive angemessen dunkel darstellen, weiße lässt er dagegen zeitgleich hell leuchten. Bislang war es nur möglich, den Schirm im Ganzen hell oder dunkel zu dimmen.
In welchem Maß diese Technik zur Bildverbesserung beiträgt, hängt von der Anzahl der LED-Felder ab sowie von der Steuerung der LEDs und LCD-Zellen. Es besteht etwa die Gefahr, dass helle Schrift auf dunklem Grund eine Aura erhält. Möglich ist auch, dass die Dioden zu langsam herunterdimmen oder allzu zeitverzögert aufleuchten. Daher ist es erforderlich, die Helligkeitssteuerung der Lampen möglichst ausgefeilt mit der Helligkeitssteuerung der LCD-Zellen zu kombinieren. Es gilt für die Elektronik bei jedem Bild aufs Neue zu entscheiden, inwieweit die Helligkeitsregulierung klassisch über die Flüssigkristalle oder übers Backlight erfolgt. Insbesondere mit Bewegtbildern ist das gesamte Geschehen auf dem Schirm zu berücksichtigen. Zur Veranschaulichung: Die Entscheidung, wie in der linken oberen Schirmecke zu verfahren ist, beeinflusst gleichzeitig die Schaltweise des gesamten Panels bis hin zum weitest entfernten Bildpunkt in der Ecke unten rechts.
Local Dimming ist nur beim Direct-LED-Prinzip möglich. Bei LCD-Fernsehern mit sogenannter Edge-LED-Technik sitzen die Leuchtdioden am linken und rechten Rand des Schirms. Mit ihnen ist wie beim klassischen CCFL-Backlight nur der gesamte Schirm einheitlich hell oder dunkel zu durchleuchten.