UHD-TV

UHD ist mehr als nur 4k

Uhr | Aktualisiert
von Albrecht Gasteiner, UHD-Forum

Erstmals angekündigt wurde die nächste Entwicklungsstufe der Videotechnik schon vor vier Jahren. Doch noch immer steckt das ultrahochauflösende Fernsehen in den Kinderschuhen.

"High Definition ist nicht genug", behaupteten schon 2011 die grossen japanischen Elektronikkonzerne. Als neues Ziel setzten sie sich eine Vervierfachung der Bildschärfe. Das "Super Hi-Vision", "Ultra Hi-Vision" oder auch "Super-­HD" genannte neue Verfahren sollte das Fernsehen der nächsten Generation werden. Doch die Fachpresse begegnete diesem Vorstoss mehrheitlich mit Skepsis. Einerseits, weil die meisten Fernsehstationen weltweit damals gerade erst den Schritt von Standardqualität zu High Definition vollzogen hatten und viele Jahre brauchen würden, die damit verbundenen, hohen Ausgaben zu amortisieren. Andererseits aber auch, weil Zweifel daran bestanden, ob eine weitere Erhöhung der Pixelmenge im durchschnittlichen Wohnzimmer überhaupt einen Gewinn bringen würde, der die dafür aufzubringenden Beträge zu rechtfertigen imstande wäre.

Was das Wohnzimmer angeht, ist die Situation mittlerweile klar: Ultra High Definition (UHD) wird zusehends zum Standard und das aus gutem Grund, wie sich mit einem kleinen Rechenbeispiel verdeutlichen lässt: Will man vor einem HD-Bildschirm mit seinen 1920 x 1080 Bildpunkten am optimalen Betrachtungspunkt sitzen, so befindet sich dieser beim Dreifachen der Bildhöhe (nicht der Diagonale!). Dort ist man nahe genug, um sämtliche Feinheiten wahrnehmen zu können, die das Bild bietet, aber doch wieder nicht so nah, als dass man schon die einzelnen Pixel erkennen könnte.

Nun erlebt der Markt seit einiger Zeit einen immer prononcierter auftretenden Trend hin zu grösseren und immer noch grösseren Bildschirmen. So wurden in der Schweiz im Jahr 2014, im Vergleich zum Vorjahr, mehr als doppelt so viele Fernsehgeräte mit Bildschirmdiagonalen von anderthalb Metern und mehr verkauft. Tatsächlich ist es heute nicht ungewöhnlich, dass jemand sein Fernsehgerät gegen eines mit doppelter Bildbreite austauscht. Sofern er seinen Lieblingssitzplatz beibehält, befindet sich dieser nun beim Anderthalbfachen der Bildhöhe. Damit dies auch der optimale Betrachtungspunkt bleibt, muss dieser vier Mal so grosse Bildschirm nun auch vier Mal so viele Bildpunkte bieten. Doppelt so viele in der Horizontalen und doppelt so viele in der Vertikalen, also 3840x2160 Pixel, vereinfacht "4k" genannt.

Die Wichtigkeit der hohen Auflösung für grosse Bildschirme und der geringen Betrachtungsabstände steht ausser Zweifel. Es stimmt aber auch der Umkehrschluss: Ist der Bildschirm zu klein oder befindet man sich zu weit weg von ihm, bemerkt man die enorme Bildschärfe gar nicht. Das Auflösungsvermögen der Augen hat eben seine Grenzen, was man ja auch feststellt, wenn man etwa versucht, aus drei Metern Entfernung Zeitung zu lesen.

Unter diesem Aspekt wäre es für viele Menschen unrentabel, einen solchen Superbildschirm zu erwerben, weil sie sich meist jenseits des optimalen Betrachtungsabstands aufhalten und dort seine zentralen Qualitäten gar nicht wahrzunehmen vermögen. Doch UHD besteht nicht nur aus 4k-Auflösung, bald wird es weitere Vorteile geben – und zwar solche, die bei jedem Betrachtungsabstand deutlich werden und die von vielen Spezialisten als noch wichtiger eingestuft werden.

Noch mehr Vorteile

Da ist erstens die "High Frame Rate" (HFR). Diese besagt, dass nicht mehr nur 25 Bilder pro Sekunde übertragen werden, sondern 50, 60, 100 oder 120. Das führt zu einer starken Verbesserung der Bewegungsschärfe, etwa bei Kamera­schwenks oder bei Sportübertragungen, was sich nicht zuletzt auch bei Zeitlupenwiederholungen in erhöhter Bildschärfe auswirkt – deutlich wahrzunehmen aus jeder Entfernung vom Bildschirm.

Zweitens kann UHD einen erweiterten Farbraum nutzen, also Farben zeigen, die die HD-Technik überhaupt nicht darzustellen vermag, weil diese nur 36 Prozent des sichtbaren Farbspektrums abdeckt. Demgegenüber ist der UHD-Farb­raum (Rec. 2020) mit 76 Prozent des sichtbaren Farbspek­trums rund doppelt so gross. Ausserdem werden die Farben hier ungleich feiner nuanciert gezeigt. Wo bisher (bei 8 Bit Farbtiefe pro Grundfarbe) gut 16 Millionen Mischfarben dargestellt werden konnten, werden mit 10 Bit nun mehr als eine Milliarde errechnet, mit 12 Bit gar 68 Milliarden.

Als nachgerade spektakulär darf drittens die "High Dynamic Range" (HDR) bezeichnet werden. Diese Eigenschaft bezeichnet die Fähigkeit des Systems, einen sehr viel höheren Kontrastumfang darzustellen. Heute ist man daran gewöhnt, dass etwa bei Nachtaufnahmen dunkle Bild­anteile in undifferenziertem Schwarz ertrinken und gleichzeitig von Schweinwerfern beleuchtete Passagen den Zuschauer massiv überbelichtet blenden. Das wird mit HDR dramatisch anders: Durch den enormen Kontrastumfang sieht man sowohl in den dunkelsten als auch den hellsten Stellen jede Menge Feinheiten und Abstufungen.

Viertens wird auch in Sachen Audio Spektakuläres geboten: Bis zu 22 + 2 Tonkanäle sollen den Hörer aus allen Seiten mit eindrucksvollem, dreidimensionalem Surroundsound umhüllen (Rep. ITU-R BS.2159-4 ): 3 Lautsprecher auf dem Boden, 10 auf Ohrenhöhe, 9 an der Decke inklusive einer "voice of god" direkt über dem Kopf, dazu 2 Subwoofer für akustische Urgewalt im tiefsten Bassbereich.

Fünftens schliesslich füllt ein UHD-Bild an seinem optimalen Betrachtungspunkt 60 Grad des Gesichtsfeldes aus, doppelt so viel wie HD. Das schafft eine äusserst eindrucksvolle, kinoähnliche Situation.

Die Summe all dieser Neuerungen addiert sich für den staunenden Zuschauer zu einem dramatisch intensivierten Erlebnis – und beschert den Geräteherstellern geradezu explosionsartig ansteigende Verkaufszahlen. Wo im Jahr 2013 in der Schweiz noch rund 2000 UHD-Fernsehgeräte verkauft wurden, waren es ein Jahr später bereits 62 700. Und die Tendenz zeigt weiter steil nach oben, vor allem, weil die Preise für solche Geräte noch viel schneller und tiefer gesunken sind, als das noch vor zwei Jahren irgendjemand zu prognostizieren gewagt hätte. Somit ist durchaus abzusehen, dass UHD-Tauglichkeit bei Markengeräten über kurz oder lang so selbstverständlich sein wird, wie es heute das "HD-ready" ist.

Stolpersteine

Und doch liegt auf dem Weg zum ultimativen Audio- und Videogenuss eine ganze Reihe von Stolpersteinen. Denn etliche der beschriebenen Verbesserungen sind heute noch gar nicht eingeführt. Für das ultrahochauflösende Fernsehen und Video gibt es nämlich keinen präzise definierten Standard, an dem sich Hard- und Softwareproduzenten zu orientieren hätten. Stattdessen bietet UHD-1 nur einen relativ weit gefassten Rahmen, der mehr "Kann"-Bestimmungen enthält als zwingende Vorschriften. Hier versucht die US-amerikanische UHD Alliance durch die Einführung von zwei verschiedenen Logos Orientierungshilfe zu bieten: "Ultra HD" sowie – ganz neu – "Ultra HD Premium" Das erste steht dabei für Bildschirme der ersten UHD-Generation, die so etwas wie einen sanften Einstieg ins hochauflösende Zeitalter bieten. Das zweite repräsentiert den neuesten Stand der Technik, mit mehr und viel feiner nuancierten Farben und erheblich vergrös­sertem Kontrastumfang von mindestens 1: 20 000.

Doch damit nicht genug: Als relativ sicher darf gelten, dass zwei, drei Jahre später ein weiterer, grosser Schritt vollzogen wird: Eine nochmalige Vervierfachung der Bildpunkte soll im UHD-2 genannten Format die Auflösung auf 7680 x 4320 Pixel steigern, das wäre dann 16 Mal so viel, wie es derzeit HD bietet. Aus heutiger Sicht mag das übertrieben erscheinen und tatsächlich ist eine Einführung als Fernsehstandard auch auf längere Sicht unwahrscheinlich. Aber es gibt ja auch Grossleinwände in Kinos und Museen, an Messen und bei Sportveranstaltungen. Aus­serdem ist durchaus denkbar, dass man bis dahin auch OLED-Tapeten wird haben können, die im Wohnzimmer eine ganze Wand bedecken. Immerhin sind kürzlich in Korea bereits grosse OLED-Bildschirme mit einer Dicke von weniger als einem Millimeter gezeigt worden.

Dass all diese Verbesserungen nur langsam und schrittweise eingeführt werden, hat seine Ursache darin, dass dafür völlig neue Techniken entwickelt werden müssen, die an die Grenzen dessen gehen, was heute überhaupt möglich ist. Hauptsächlich geht es dabei um die Frage, wie man die enormen Datenmengen beherrschen soll, die hier anfallen. Schon in seiner abgespeckten Einstiegsversion UHD-1 liegt die Datenrate etwa 8 Mal so hoch wie die des heutigen High Definition, bei der als Fernziel angestrebten Vollversion UHD-2 (3840x2160/120p, 12 Bit) hat man es mit rund 30 Mal so viel Daten pro Zeiteinheit zu tun. Aufnahme, Speicherung und Bearbeitung derart beängstigender Datenmengen sind nur mit enormem technischem und entsprechend kostspieligem Aufwand möglich, eine Verbreitung über herkömmliche Fernsehkanäle kommt unter diesen Umständen zunächst gar nicht infrage.

Zentralpunkt Datenkompression

Um diese gewaltigen Datenmengen in den Griff zu bekommen, haben sich Spezialisten aus aller Welt unter der Schirmherrschaft des deutschen Fraunhofer Heinrich Hertz Instituts zusammengetan und gemeinsam ein wegweisendes Verfahren zur Datenkompression entwickelt. Es ist von geradezu mirakulöser Effizienz und wurde "H.265 High Efficiency Video Codec" getauft. HEVC kann auf gut 95 Prozent der Originaldaten verzichten und aus dem winzigen verbleibenden Rest dennoch Bilder herstellen, die auch das geübte Ingenieursauge kaum vom Original zu unterscheiden vermag. Nur mit dieser staunenswerten Datenkompression ist daran zu denken, UHD auf ökonomisch vertretbare Weise zum Konsumenten zu bringen. Etwa auf Blu-Ray-Discs. Um dort einen Spielfilm mit Bonusmaterial unterzubringen, reichen aber trotz HEVC-­Kompression die heute angebotenen 50 GB Speicherkapazität nicht aus.

Aus diesem Grunde hat sich die Blu-ray Disc Association nach sehr langem Zögern nun endlich dazu entschlossen, eine Ultra-HD-Blu-Ray auf den Markt zu bringen. Weil deren Spezifikationen noch immer nicht in allen Details bekannt sind, wird es solche Discs erst in einigen Monaten zu kaufen geben. Sicher ist immerhin bereits, dass sie auf drei Informationsschichten eine Speicherkapazität von 100 GB bieten und damit auf herkömmlichen Blu-Ray-Playern nicht abspielbar sein werden. Diese Discs werden mit Sicherheit die bestmögliche Bildqualität bieten, dennoch muss man ihre Marktchancen skeptisch beurteilen, denn generell bewegt sich der Trend immer mehr weg von physischen Datenträgern und hin zum Streaming. Wie der Schweizerische Videoverband mitteilte, sind die Verkaufszahlen von Blu-Ray-Discs und DVDs im vergangenen Jahr um fast 20 Prozent zurückgegangen, eine aktuelle Zattoo-Umfrage zeigte, dass 75 Prozent der Befragten Spielfilme gelegentlich via Internet schauen, von den jungen Leuten zwischen 15 und 29 Jahren nutzen schon 34 Prozent ausschliesslich diesen Weg zum Fernsehen. Dies, obwohl die Video-on-Demand- und Streaming-Angebote in aller Regel kostenpflichtig sind und hinsichtlich ihrer Bildqualität längst nicht immer überzeugen. Für UHD werden dort ausserdem mindestens doppelt so breite Datenautobahnen benötigt wie für HD.

Das bedeutet konkret, dass für Streaming via Internet eine stabile Verbindung von 25 bis 30 Mbit/sec. vorzusehen ist. Selbst in der Schweiz hat so etwas nicht jeder. Aus­serdem ist man beim Streaming häufig mit schwankender Netzleistung konfrontiert. Dann beginnt das Programm zwar nicht unbedingt sofort zu ruckeln, aber seine Bildqualität wird reduziert, was allerdings viele Zuschauer gar nicht bemerken, wie Tests gezeigt haben. Um auch Menschen für UHD zu begeistern, die über keine ausreichend leistungsfähige Internetverbindung verfügen, bieten manche Hersteller Harddisks ("Home-­Server") an, auf denen mehrere Spielfilme in bester UHD-Qualität gespeichert sind und für die man erst zahlen muss, wenn man sie auch tatsächlich abruft. Da und dort sind auch Downloads verfügbar, wobei das Herunterladen eines Spielfilms allerdings gut und gerne eine ganze Nacht dauern kann.

Noch kaum Fernsehen

Und wo bleiben UHD-Fernsehsendungen? Die klassischen, grossen Fernsehanstalten verweisen darauf, dass sich die gewaltigen Investitionen eines Aufrüstens nicht rechtfertigen lassen, solange sich das System von HD ausschliesslich durch die höhere Auflösung abhebt. Ein rasches Durchsetzen von UHD auf breiter Front ist unter diesen Voraussetzungen wenig wahrscheinlich. Sofern das Fernsehgerät entsprechend ausgestattet ist (siehe Kasten auf Seite 33), lassen sich die Qualitäten von Ultra High Definition aber auch auf andere Weise geniessen: Schon für erstaunlich wenig Geld gibt es 4k-Camcorder, mit denen man seine Familienvideos in nie gekannter Schärfe aufnehmen kann, Fotos aus der Digitalkamera erscheinen auf den 8 Megapixeln des UHD-Bildschirms in umwerfender Detailgenauigkeit. Ausserdem gibt es 4k-Videospiele, und bald werden die ersten UHD-Blu-Ray-Player auf den Markt kommen. Für Überwachungsaufgaben lassen sich auf einem 4k-Bildschirm vier verschiedene Bilder gleichzeitig in voller "Full-HD"-Qualität darstellen, 3-D-Programme sind im Polarisationsverfahren erstmals in uneingeschränkter HD-Qualität zu sehen.

Die mit Abstand am meisten benutzte Betriebsart wird hingegen auch auf längere Sicht das "Upscaling" sein. Hier werden beliebige Standard- oder HD-Programme mithilfe raffinierter Computertechnik auf so etwas wie "Pseudo-­UHD" hochgerechnet. Das funktioniert erstaunlich gut und ermöglicht es, konventionelle Fernsehprogramme schon heute in "Beinahe-UHD" zu sehen. Ausserdem bieten 4k-Fernseher einen Vorteil, der selbst unter Fachleuten kaum bekannt, deswegen aber nicht weniger bedeutsam ist: SRG, ARD, ORF und ZDF senden ihre HD-Programme bekanntlich mit 720 Zeilen. Für die Wiedergabe auf einem konventionellen HD-Bildschirm müssen diese umständlich auf 1080 Zeilen hochgerechnet werden. Das geht nicht ohne Qualitätsverlust ab. Anders auf einem UHD-Bildschirm. Seine 2160 Zeilen stellen ein ganzzahliges Vielfaches sowohl von 720 als auch von 1080 dar, da klappt das Umrechnen verlustfrei. Als Folge davon sehen diese HD-­Programme auf UHD-Fernsehern tatsächlich besser aus als auf HD-Bildschirmen.

Bleibt die Frage, warum die SRG-eigene Produktionsfirma TPC schon heute einige UHD-Kameras betreibt, wo man doch noch lange nicht in diesem Standard senden will. Die Antwort ist so überraschend wie plausibel: Wenn man eine Szene in 4k aufgenommen hat, kann man wie bei einem ultrascharfen Foto nachträglich innerhalb der Bildfläche beliebige Ausschnitte wählen – ohne Schärfeverlust, in perfektem HD.

UHD & UHD Premium

Ein UHD-Fernsehgerät sollte mindestens diese Ausstattung bieten:

  • Auflösung 3840  x  2160 Pixel
  • Unterstützung von ­Bildfrequenzen bis 60 Hz
  • Upscaling
  • Internetanbindung
  • Eingang HDMI 2.0
  • Decoder H.265 HEVC
  • Kopierschutz HDCP 2.2

Für die Klasse «UHD ­Premium» werden ausserdem verlangt:

  • Farbtiefe: 10 Bit
  • Farbraum: Wide Color Gamut BT.2020
  • Display-Darstellung: Mehr als 90 % des P3-Kino-Farbumfangs
  • High Dynamic Range (HDR): SMPTE ST2084 EOTF – entweder mit mehr als 1000 cd/m2 maximaler Helligkeit und ­weniger als 0.05 cd/m2 Schwarzwert – oder mit mehr als 540 cd/m2 maximaler Helligkeit und weniger als 0.0005 cd/m2 Schwarzwert

Das Logo

Wer sich einen Bildschirm für 4k Ultra High Definition leistet, möchte sicher sein, dass das Gerät seiner Wahl tatsächlich sämtliche Anforderungen des neuen Systems erfüllt. Um hier Orientierungshilfe zu leisten und Fehlkäufe zu vermeiden, hat die Organisation Digitaleurope (in der auch der Schweizer Swico vertreten ist), ein offizielles UHD-­Logo verabschiedet. Wer ­einen Fernseher kauft, auf dem dieses Logo prangt, soll die Garantie ­haben, ein optimal ausgestattetes und zukunftssicheres Gerät zu erwerben. In Wirklichkeit garantiert das Logo jedoch nicht einmal ­einen eingebauten HEVC-­Decoder, obwohl man ohne diesen keine UHD-Fernsehprogramme sehen kann.

Es wird auch kein Upscaling von HD-Quellen verlangt, obwohl das auf längere Sicht die meistgebrauchte Funktion eines 4k-Bildschirmes sein wird. So schafft das Logo mehr Verunsicherung als Klarheit.

Im Januar 2016 wurde ­daher ein weiteres Logo eingeführt, «Ultra HD Premium». Dieses zeichnet Geräte aus, die dem allerneuesten Stand der Technik entsprechen, die mehr und feiner abgestufte Farben sowie den höchsten Helligkeitskontrast zeigen können.

Webcode
6400