High Definition Television
High Definition Television (HDTV, engl. für Hochauflösendes Fernsehen) ist ein Sammelbegriff, der eine Reihe von Fernsehnormen bezeichnet, die sich gegenüber dem herkömmlichem Fernsehen (standard definition SDTV) durch eine erhöhte vertikale, horizontale und/oder temporale Auflösung auszeichnen. Damit geht die Umstellung des Seitenverhältnisses von 4:3 auf 16:9 einher.
„HDTV“ sollte nicht mit 16:9 oder digitalem (DTV) bzw. digitalem terrestrischen Fernsehen (DTTV) verwechselt werden, wie es durch die gemeinsame Einführung in manchen Ländern geschieht. Mit EDTV (Enhanced Definition oder Digital Television) werden manchmal Geräte beworben, die SDTV-Signale digital aufbereiten und auch HDTV-Signale verarbeiten und in ihrer geringeren Auflösung anzeigen können.
Zu verschiedenen Zeiten verstand man aufgrund des aktuellen Stands der Technik andere Auflösungen als hochauflösend. Aktuell sind Vertikalauflösungen von 720 (Vollbilder) und 1080 Zeilen (Halbbilder oder als Halbilder gesendete Vollbilder) gebräuchlich. Die bisherigen Fernsehstandards PAL und SECAM bieten zum Vergleich 576 Zeilen (50 Hz), NTSC 480 (60 Hz), bei den gleichen Bildverfahren wie die 1080er HD-Variante.
Analog
Schwarz-Weiß (1930er–1950er)
Im November 1936 wurde erstmals das schwarz-weiße 405-Zeilen-System von Marconi/EMI als hochauflösend bezeichnet, um es von den anderen damaligen Versuchen mit 240 Zeilen von John Logie Baird (ebenfalls Großbritannien) und 180 Zeilen (Deutschland) abzugrenzen. Die Ausstrahlung erfolgte vom Südost-Turm des Alexandra Palace (Wood Green, London). Eine Tafel erinnert dort an dieses Ereignis.
Schon bei der Festlegung der normalauflösenden Fernsehnormen der Welt Ende der 1940er Jahre musste man sich bei der Festlegung der Zeilenanzahl und Videobreite gegenüber dem Wünschenswerten deutlich einschränken. Praktisch standen zur Übertragung von Fernsehen 80 bis 90 MHz Hochfrequenzbandbreite (HF) zur Verfügung. Beherrschbare und bezahlbare Hochfrequenztechnik endete bei 200 bis 300 MHz. Es dauerte rund 25 Jahre, bis Aufnahme- und Wiedergabetechnik die Formate mit 405 (Großbritannien) bis 819 Zeilen (Frankreich) ansatzweise ausreizten. Die Bildwiederholrate war zur Vermeidung von Flimmern bei Kunstlicht an die Netzfrequenz angepasst und betrug dementsprechend 50 Hz (Europa, Afrika, Asien, Australien) oder 60 Hz (Amerika, Japan, Korea, Taiwan, Philippinen, Pazifik).
Farbe (1970er–1980er)
Unabhängig von dem Problem der verschiedenen Normen (NTSC, PAL, SECAM) fanden die ersten Versuche zu HDTV Ende der 70er bis Anfang der 80er Jahre statt. Treibende Kräfte waren das IEEE und die SMPTE. Aus ihren Untersuchungen im Zeitraum 1978 bis 1982 ergaben sich folgende Ziele für ein hochauflösendes Fernsehen: Die Zeilenzahl sollte auf 1125 bis 1500 (Farbe) bzw. 2125 (Schwarz-Weiß) erhöht werden, um die Zeilenstruktur nicht mehr wahrnehmbar zu machen und ein schärferes Bild mit mehr Details zeigen zu können. Das Bildseitenverhältnis sollte von 4:3 auf 5:3 bis 6:3 gestreckt werden, um sich dem menschlichen Gesichtsfeld und der Kinoprojektion anzunähern. Zur Reduzierung des Flimmerns größerer heller Flächen und horizontaler Linien sollte die Halbbildfrequenz mindestens auf 60 Hz erhöht werden und, sobald technisch möglich, durch mehrfaches Auslesen und Anzeigen digitaler Bildspeicher weiter verbessert werden. Durch Erhöhung der Videobandbreite für das Helligkeitssignal auf 20 bis 50 MHz sollten Cross-Color-Störungen (Übersprechen von Helligkeitsinformation in die Farbübertragung) ausgeschaltet werden. Die getrennte Übertragung von Farbart und Helligkeitssignal mit Bandbreiten zwischen 5,5 und 12,5 MHz würde Cross-Luminance-Störungen (Übersprechen von Farbinformation in die Helligkeitsübertragung) verhindern. Wie schon die Stereo-Audiosignale sollte zukünftig auch Video per Frequenz- statt Amplitudenmodulation übertragen werden, was Rauschen und Geisterbilder sowie andere auftretende Störungen verringern sollte. Da dies ohne die erst später verfügbar gewordene Video-Irrelevanzkodierung jedoch utopisch hohe notwendige HF-Bandbreite bedeuten würde, kämen als Übertragungsverfahren nur Satellit und Glasfaser in Betracht, wobei 60 Standard- und 30 HDTV-Sender angestrebt wurden. Wegen der hohen Kosten, die HDTV damals mit sich gebracht hätte, und der ungewissen technischen Entwicklung im Digitalbereich wurde die Einführung auf unbestimmte Zeit verschoben.
Teildigital (1980er–1990er)
MAC
Ende der 80er Jahre kam HDTV in Europa wieder in die Diskussion. Bei diesem Vorstoß konzentrierte man sich im Gegensatz zu den Machbarkeitsstudien zehn Jahre zuvor mehr auf einen gangbaren Upgrade-Pfad und entwickelte das MAC-Verfahren (Multiplexed Analog Components). HD-MAC sollte die zweite Stufe einer Verbesserung sein, deren erste Stufe das für Satellitenübertragung entwickelte D- bzw. D2-MAC war, das sich allerdings aus verschiedenen Gründen bei Endanwendern (mit Ausnahme skandinavischen Bezahlfernsehens) nicht durchsetzen konnte.
HD-MAC ist ein sehr komplexes analog/digitales Hybridsignal, erzeugt mit einem modifizierten D2-MAC-Encoder. Es überträgt 1250 Zeilen/s und 50 Halbbilder/s im 16:9-Format und konnte mit einem 625-Zeilen-D2-MAC-Empfänger in Normalauflösung dekodiert werden, wobei im Gegensatz zu früheren Analogverfahren alle Zeilen für das Bild genutzt werden konnten. Die olympischen Spiele 1992 in Barcelona wurden teilweise in dieser Norm übertragen und europaweit mit ca. hundert HD-MAC-Empfangsgeräten (zum Teil große Rückprojektionsgeräte) an ausgewählten Standorten vorgeführt. Die Produktion von hochwertigen Filmen in HDTV-Qualität und 16:9 wurde noch jahrelang durch die EU finanziell gefördert; deren vierfache Auflösung macht sich bei hochqualitativer PAL-Aussendung auch auf guten PAL-Empfängern noch bemerkbar.
MUSE
In Japan fanden Voruntersuchungen zu HDTV seit 1964 statt. Seit 1989 werden Programme im MUSE-Format über Satellit ausgestrahlt. Die Ausstrahlung ist inkompatibel zum normalen Fernsehen, die Sendungen müssen daher zweimal ausgestrahlt werden, einmal im SDTV-Format mit 480 Zeilen, einmal als HDTV mit 960 Zeilen.
MUSE überträgt Bilder analog, es ist allerdings eine digitale Nachbearbeitung notwendig. Bilder werden vertikal wie horizontal 2:1 unterabgetastet, das Abtastraster wird aber von Bild zu Bild verändert. Stationäre Bildelemente können daher wieder mit voller Auflösung rekonstruiert werden (1600 × 960), bewegte Elemente nur mit halber Auflösung (800 × 480).
PALplus
Ein Ansatz zur Qualitätsverbesserung der Analogtechnik war in Europa Mitte der 1990er PALplus. Das Prinzip ist einfach und verbessert die vertikale Auflösung von Spielfilmen mit Seitenverhältnissen von 16:9 und größer. Die Qualitätsunterschiede sind deutlich sichtbar – etwa vergleichbar anamorpher zu nicht anamorphen DVDs. Die Farbauflösung wird bei PALplus im Vergleich zu Standard-PAL durch den Einsatz von Hilfspulsen verdoppelt. PAL-Effekte treten nicht mehr auf. PALplus hat sich nicht durchgesetzt, da es zu wenige Sender (in Deutschland nur einige öffentlich-rechtliche, Pro7 und FAB) ausstrahlten und die ersten PALplus-Geräte viel zu teuer waren.
Volldigital (seit 1990er)
Heutige Verfahren basieren auf reiner Digitaltechnik zwischen dem Sendestudio und dem Wohnzimmer – im Extremfall sogar zwischen Kamera und Anzeigegerät (LCD-, Plasma-TV, Projektor).
Markteinführung
Ende der 80er Jahre sind die ersten größeren Anstrengungen für eine vollständig digitale Übertragung unternommen worden. Aufbauend auf den Erfahrungen der Joint Photographic Experts Group (JPEG: Standbildkompression) wurde die Moving Picture Experts Group (MPEG: Bewegtbild + Audio) gegründet. Ziel war die Schaffung von weltweiten Standards, die bei niedrigen Datenraten und bezahlbarer Elektronik eine gute Bildqualität erlauben. Die in den frühen 80ern angedachten Verfahren (ADPCM) sind dafür vollständig ungeeignet, da sie kaum Redundanzen des Bildes ausnutzen. Folgende Datenraten in Bit pro Pixel sind heutzutage üblich:
| Verfahren | Anwendung | Auflösung |
|---|---|---|
| RGB 24: | 24 bit/px | |
| YUV 4-2-0: | 12 bit/px | |
| ADPCM: | 5–6 bit/px | |
| MJPEG: | 2,4–3 bit/px | |
| DV: | 2,4 bit/px | |
| MPEG-1: | 0,4–0,8 bit/px | |
| VCD: | 0,47 bit/px | |
| MPEG-2: | 0,3–0,6 bit/px | |
| DVD: | 0,4–0,8 bit/px | |
| MPEG-4 | (H.263/ASP): | 0,2–0,4 bit/px |
| (H.264/AVC): | 0,1–0,15 bit/px |
Der angegebene Bereich ist etwa das, was für befriedigende bis gute Wiedergabe notwendig ist. Moderne Lösungen sind mindestens eine Größenordnung besser als ADPCM. Aufgrund dieser hohen Effizienz können in einem für einen analogen Kanal benötigten Frequenzbereich per Satellit oder Kabel sechs und per terrestrischer Antenne drei bis vier digitale Programme gleichbleibender Qualität übertragen werden – oder ein bis zwei HD-Kanäle.
Nordamerika
In den 1990ern wurde in den USA ein entscheidender Schritt für die Einführung von HDTV vollzogen: Per Gesetz wurden alle landesweiten Sender (ABC, CBS, NBC, Fox) verpflichtet, ab 2006 digital zu senden, so dass die analoge Ausstrahlung beendet werden kann. Seit dem Jahr 2000 setzen die Sender in den USA vermehrt auf HDTV in der Primetime. Der Absatz von HD-fähigen Fernsehern, LCD- und Plasma-Bildschirmen, sowie den dazugehörigen HD-Receivern ist groß, und die Nachfrage wächst immer weiter. Trotzdem wurde die festgelegte Abstellung des analogen Fernsehens im Jahr 2004 auf 2007 verschoben, da man den Aufwand unterschätzt hatte. Die verwendete Norm ist ATSC, meist in 1080i60 bzw. bei Kinofilmen 1080p24, seltener auch 720p60. Der Mehrkanalton liegt im Dolby-AC3-Format vor.
Ostasien
Japan und Südkorea, die traditionell ebenfalls ein NTSC-Format mit 60 Hz nutzen, sind mit der Einführung von HDTV ebenfalls schon weit fortgeschritten. Es werden mehrere Programme über TV-Satellit und terrestrisch ausgestrahlt.
Australien
Australien war das erste Land mit HDTV-Regelbetrieb in 50 Hz und mit MPEG-2 per DVB (via Satellit und terrestrisch).
Europa
In Europa folgten nach dem Start des neuen, paneuropäischen Satelliten-TV-Senders Euro1080 (inzwischen „HD1“) ab 2004 einige öffentliche Testausstrahlungen, in Deutschland insbesondere der ProSiebenSat.1 Media AG. Neben einigen Live-Großereignissen wie dem Eurovision Song Contest 2003 oder dem Finale des UEFA Cup 2004/05 werden vor allem Dokumentationen, etwa der BBC, schon länger in hoher Auflösung oder auf nachträglich abtastbarem Film produziert, um sie international besser und auch zukünftig noch verkaufen zu können.
In den größten Fernsehmärkten Deutschland, Großbritannien und Frankreich planen die jeweiligen großen Bezahlfernsehanbieter unabhängig voneinander den HDTV-Start zum Weihnachtsgeschäft 2005 und hoffen durch die beiden Sportgroßereignisse 2006, die Olympischen Winterspiele in Turin und besonders die Fußball-WM in Deutschland Zuschauer gewinnen zu können.
Frei empfangbare private und öffentlich-rechtliche Sender halten sich bisher in den meisten europäischen Ländern mit der Einführung zurück. Allein die Sender Pro7 und Sat.1 haben angekündigt, ihre Programme ab Herbst 2005 (parallel zum normalen Betrieb) bis zumindest Ende 2006 über Satellit in HDTV (1080i) auszustrahlen.
Die deutschen öffentlich-rechtlichen Sender geben sich aufgrund der bisher geringen Anzahl entsprechend ausgestatteter Haushalte und der nötigen Investitionskosten für die Produktions- und Sendetechnik zurückhaltend. Das ZDF sieht frühestens mit der Übertragung der Olympischen Sommerspiele in Peking im Jahr 2008 die Möglichkeit schrittweise auf HDTV umzustellen. Der ARD erscheint eine kurz- bis mittelfristige HDTV-Einführung fraglich. Der ORF gab bekannt, nicht vor 2015 hochauflösendes Fernsehen auszustrahlen.
Der im Vergleich zu Nordamerika und Südostasien verspätete Start in Europa ermöglicht es den Anbietern, mit moderneren, kostensparenden Verfahren zu starten (MPEG-4-AVC und DVB-S2). Außerdem steht parallel die breite Markteinführung vorbespielter HD-Medien (HD-DVD, BD) an.
Technische Parameter
Auflösung
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| Beide Fische wurden auf die gleichen Ausmaße hochkonvertiert, damit ein Vergleich der Pixelzahl pro Flächeneinheit möglich ist. Die Fische entsprechen in den Originalabmessungen den Fischen im oberen Bild mit den Fernsehauflösungen. Erst ab einem Betrachtungsabstand von weniger als dem 5fachen der Bildhöhe wird der Unterschied langsam sichtbar, wenn der Betrachtungsabstand weiter verringert wird. (siehe Abschnitt "Menschliche Physiologie")
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Die beiden üblichen HDTV-Bildgrößen sind 1920 × 1080 und 1280 × 720 Pixel, bei quadratischen Pixeln also ein Seitenverhältnis von 16:9. Da die verwendete MPEG-Komprimierung das Bild in Blöcke von 16 × 16 Pixeln aufteilt, werden tatsächlich sogar 1088 Zeilen übertragen.
Auf PAL (und NTSC) basierende Digitalvideos arbeiten praktisch immer mit breitkant-rechteckigen Bildpunkten (z. B. 720, 702 oder 544 statt 768 Punkte (anamorph) pro Zeile), aber auch HDTV-Bilder müssen in der Praxis häufig entzerrt werden: die Übertragung eines 16:9-Bildes wird häufig in ein 4:3-Verhältnis gestaucht, so dass bei 1080 Zeilen nur 1440 statt 1920 Punkte und bei 720 Zeilen nur 960 statt 1280 Punkte zur Verfügung stehen. Das menschliche Auge löst horizontal schlechter auf als vertikal.
Für das PAL-Signal ist die Auflösung eines HDTV-Bildschirms, der mit dem "HDready"-Logo gekennzeichnet ist, viel zu hoch. Der fehlende Bildinhalt wird wie beim digitalen Zoom bei Digitalkameras interpoliert, also gewissermaßen "aufgeblasen". Die Menge der ausgestrahlten Bildpunkte wird künstlich hochgerechnet. Die Folge: Das Interpolieren des Signals verursacht Bildrauschen, Schatten und Unschärfen durch Blockbildung. Gesichter wirken oft flächig und pixelig.
Da die meisten der derzeitig verfügbaren Panels intern die Darstellung mit 60 Bildern/Sekunde auffrischen, ist ggf. für eine saubere Bewegtdarstellung ohne Doppelkonturen und Ruckeln eine Umrechnung des Bildes auf 60 Vollbilder pro Sekunde notwendig, d. h. für praktisch alle Quellen außer 720p60. Diese Umrechnung erfolgt durch das Generieren von Zwischenbildern, die durch Erkennen von Bewegungen im Bild berechnet werden (Deinterlacing bzw. Pull-up für 50-Hz-Signale).
Jede Auflösung, auch 1920 × 1080, kann sowohl mit als auch ohne Zeilensprung übertragen werden. Die Übertragungsart ist durch die Quelle festgelegt, d. h. auf Filmmaterial gedrehte Spielfilme (24 Hz) werden immer als p24 (NTSC-Länder) oder p25 (PAL-/SECAM-Länder) gesendet. Ein Deinterlacen wäre damit nicht notwendig (siehe progressive with segmented frames, psF), allerdings ist bei den üblichen Anzeigetechnologien eine Umrechnung von p24 oder p25 auf eine (bzw. die eine) Frequenz des Anzeigegerätes notwendig, häufig 60 Hertz.
Je nach Aufnahmeverfahren, Monitorgröße und -technik, Übertragungsbandbreite, Bildinhalt und -bewegung kann 1080i oder 720p das bessere Ergebnis liefern. Echte Vollbilddarstellung (i. d. R. 720p50 oder 720p60) ist etwa für schnelle Bewegungen (Sportübertragungen, Actionfilme) besser geeignet, während bei geringen Veränderungen zwischen aufeinanderfolgenden Bildern die geringere vertikale (1080i) bzw. temporale (1080psF) Auflösung kaum eine Rolle spielt und die höhere Horizontalauflösung an Bedeutung gewinnt. Wenn nur ein bestimmtes Quantum an Bandbreite (angegeben in Mbit/s oder MHz) zur Verfügung steht, kann sich u. U. die höhere Pixelrate der 1080er Auflösungen (max. 1920 px · 1080 px · 30 Hz = ca. 62,2 Mpx/s ggü. 1280 px · 720 px · 60 Hz = ca. 55,3 Mpx/s) durch vermehrte Kompressionsartefakte negativ auswirken.
Frequenz
Die traditionelle Frequenz von 50 bzw. 25 Hz wird für eine Darstellung des deutlich größeren dargestellten Bildes (1920 × 1080) / (768 × 576) = 4,6875 bzw. (1280 × 720) / (768 × 576) = 2,0833) von einigen für zu wenig gehalten, weswegen auch in Europa die Nutzung von 60 bzw. 30 Hz erwogen wird. Zudem gibt es Überlegungen Kinofilmen in Orginalgeschwindigkeit von 24p Bildern pro Sekunde zu übertragen.
Die PAL- und SECAM-kompatiblen 50 Hertz haben gegenüber den NTSC-kompatiblen 60 Hertz den offensichtlichen Nachteil eines eher bemerkbaren Flimmerns, aber den Vorteil einer geringeren Datenrate bzw. geringerer Komprimierung bei gleicher Datenrate. Kinofilme in p24 müssen bei ersterem vier Prozent schneller abgespielt werden, bei letzterem können hingegen trotz korrektem Tempo wegen des nötigen Telecine-Verfahrens (3:2-Pull-up) ruckelige Bewegungen auftreten.
Datenrate
Für 1080i50 in MPEG-2 werden 27 Mbit/s empfohlen (0,52 bit/Pixel, → ca. 5,4 Mbit/s bei 576i50), bei geringeren Qualitätsanforderungen 22 Mbit/s (0,42 bit/Pixel, → 4,4 Mbit/s). HD1 sendet allerdings nur mit 18 Mbit/s, also 0,35 bit/Pixel was etwa 3,6 Mbit/s für SDTV oder 3,75 Mbit/s bei 1,85:1- bzw. 3 Mbit/s bei 2,35:1-DVD-Filmen entspricht, wobei DVDs den Vorteil einer dynamisch anpassbaren Bitrate haben. Um die vorhandenen Datenraten so effizient wie möglich zu nutzen gibt es mehrere Möglichkeiten. Zum einen können Filme mit einem Originalseitenverhältnis von 2,35:1 auf 16:9 gecroppt (beschnitten) und auf das vorgeschrieben 16:9-Verhältnis gebracht werden. Dabei wird kein schwarzer Rand am oberen und unterem Bildrand mitübertragen, welcher keine sichtbaren Bildinformationen enthält und somit überflüssig ist. Jedoch fallen dabei Bildinformationen an den Seiten weg. Und zum Zweiten bringen neue Encodierverfahren wie WMVHD oder MPEG-4 die Möglichkeit nur die sichtbaren Zeilen zu speichern und erst beim Abspielen die schwarzen Balken zum Auffüllen der Bildschirmauflösung nutzen. Beide Verfahren werden angewand, wenn das Seitenverhältnis von den verlangten 16:9 (1,77:1) abweicht, also Breiter wird. Eine ähnliche Methode wäre bei 4:3 (1.33:1) Filmmaterial auf 16:9 denkbar, und würde die schwarzen Ränder (Pillarbox) an den Seiten ersetzen. Dieses wurde jedoch noch nicht angewendet.
Formate und Kopierschutz
Während die EBU ihren Mitgliedern aktuell 1080p50/60 auf Produktions- und 720p50 auf Sendeseite empfiehlt, vor allem da dies den verbreiteten Anzeigegeräten entgegenkommt, haben sich die privaten Anbieter bisher kategorisch für 1080i50 entschieden, halten sich aber andere Optionen offen. Das EICTA-Siegel HD ready trägt dem Rechnung, indem es von Anzeigegeräten die Unterstützung der Formate 1080i und 720p mit 50 und 60 Hertz verlangt. Das Zwitterformat 1080psf und auch 1080p müssen nicht explizit unterstützt werden.
Darüberhinaus schreibt dieses Emblem, welches keine externe Zertifizierung voraussetzt, sowohl eine analoge als auch eine HDCP-fähige digitale Schnittstelle vor wie HDMI oder DVI. Bei entsprechend gesetzten DRM-Daten (Broadcast Flag) wird das digitale Signal nur verschlüsselt, also kopiergeschützt, übertragen, was viele vorhandene, eigentlich HD-fähige Anzeigegräte allerdings nicht unterstützen. Kritiker fürchten außerdem, dass die Rechteinhaber die Sender und Hardwarehersteller dazu zwingen werden, die DRM-Parameter so zu setzen, dass an ungeschützten HDTV-Ausgängen, also normales DVI oder analog (z. B. YUV), ein qualitativ minderes oder gar kein Signal ausgegeben wird. Defakto kann der zukünftige Nutzer von HDTV wohl seine Filme in der höheren Auflösung sehen, das Aufzeichnen wird aber nur in minderer Qualität, bestenfalls in der üblichen DVD Auflösung gestattet sein.
Geräte
Bildschirme
Bildschirme mit integriertem DVB-Empfangsteil sind selten, für HD weder in MPEG-2 noch -4 überhaupt nicht verfügbar. Auch dedizierte HDTV-Empfänger sind häufig technisch noch nicht ausgereift; einigen fehlt die Elektronische Programmzeitschrift (EPG) oder die für Bezahlfernsehen nötigen Kartenschächte (Common Interface).
Zur optimalen Ausnutzung von HDTV muss das Anzeigegerät eine physikalische Auflösung von 1920 × 1080 Pixel beherrschen. Gute Plasmabildschirme stellen heute 1366 × 768 Pixel (16:9) dar, die eher für 720p geeignet sind. Gesendet wird in Europa aber derzeit 1080i. Ein PAL optimal Gerät mit 540 Zeilen stellt beide HDTV Auflösungen besser da als 768 Zeilen Geräte, da er sie besser umrechnen kann.
Vielfach werden noch Geräte mit der NTSC Auflösung von 480 Zeilen verkauft (EDTV). HD-fähige LCDs mit 1920 × 1080 Pixeln sind erst seit Anfang 2005 im Handel, ansonsten sind 768- und 720-Zeilen-Geräte üblich. Große CRT-Geräte mit 1920 × 1080 Pixeln sind in Ländern mit HDTV-Regelbetrieb erhältlich.
Dass aktuelle „HD-fähige“ Geräte mit meist 768 Zeilen Auflösung nur 192 Zeilen mehr als herkömmliche PAL-Geräte besitzen, kann als wenig erscheinen. Zu beachten ist erstens das breitere Seitenverhältnis, allerdings konnten per anamorpher DVD und anamorpher PAL-Ausstrahlung bereits 16:9-Bilder mit voller vertikaler PAL-Auflösung von 576 Zeilen geschaut werden. Zweitens zeigt PAL nur 25 Voll- oder 50 Halbbilder pro Sekunde an, 720p50 hingegen 50 Vollbilder, wobei durch digitale Puffer und Filter in sog. 100-Hertz-Fernsehern bereits Verbesserungen in diese Richtung erreicht worden waren.
TFT-Fernseher und fast alle anderen kathodenstrahlröhrenfreien Geräte profitieren besonders von Bildsignalen, die sie nicht auf ihre native Auflösung umrechnen müssen, d. h. üblicherweise 720p60. Geräte, die 1080 Zeilen physikalisch ohne Interpolation darstellen können, sind bisher selten und teuer; dies gilt besonders stark für 50-Hertz-Varianten.
PCs
Mit einem PC ist der direkte HDTV-Empfang mit Hilfe üblicher Digital-TV-PCI-Karten und entsprechender Software möglich, allerdings sind evtl. integrierte MPEG-Dekoder-Chips („full featured“) i. d. R. nur auf SDTV ausgelegt. Während das Aufzeichnen auch auf etwas schwächeren Rechnern möglich ist, erfordert das Anschauen einen relativ leistungsfähigen Computer oder spezielle, bisher kaum erhältliche Dekoderchips. Das Konvertieren in andere Formate ist ohne teure Spezialhardware bisher nicht in Echtzeit möglich.
Zukünftig soll der HDCP-Kopierschutz auch auf Empfangs- und Grafikkarten sowie Computermonitore ausgeweitet werden.
Auf eine HDTV-Zuspielung und Wiedergabe wird besonders bei den Besitzern eines Heimkinos geachtet, bei dem nicht nur das Interieur dem eines Kinos nachempfunden wird, sondern auch das Bild und Ton so nahe wie möglich dem Original angegelichen werden soll, um die Kinoatmosphäre in die heimischen vier Wände nachzubilden.
Spielkonsolen
Die Spielkonsolen der siebten Generation, sowohl Xbox 360 (1080i) als auch PlayStation 3 (bis zu 1080i und 1080p) sowie eventuell Nintendo Revolution, werden HD-Ausgabe für Spiele und Filme unterstützen. Sie nähern sich so wieder den Auflösungen des PC-Spielebereichs an (dort u. a. üblich: XGA bis UXGA), denn Computermonitore und -grafikkarten verfügen bereits seit etwa zehn Jahren über eine höhere Auflösung als SDTV, d. h. spätestens seit SVGA (siehe auch: Bildauflösung).
Medien
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Profi
Im professionellen Bereich gibt es neben dem Festplattenformat DNxHD (AVID, Ikegami Editcam HD) die Bandformate DVCPro HD von Panasonic und HDCAM oder HDCAM SR von Sony mit ½″-Kassetten.
Privatanwender
Bisher gibt es für Privatanwender neben den auslaufenden D-VHS-Kassetten (alias D-Theater) lediglich proprietäre Kauf-DVD-ROMs mit Filmen im WMV-HD-Format, die zukünftig von der standardisierten HD-DVD und/oder BD abgelöst werden sollen.
Für Hobbyfilmer wurde der DV- zum HDV-Standard erweitert; entsprechende Videokameras sind bereits erhältlich.
Aufnahmen bestehender Videokassetten können von VHS-Videorekordern über HDTV wiedergegeben werden, allerdings ist für die Aufzeichnung neuer Aufnahmen ein D-VHS-Videorekorder nötig.
Um Lizenzkosten zu umgehen wird in Taiwan und China an eigenen Speichermedien und Codecs entwickelt. In Taiwan wird an der Finalized Versatile Disc geforscht und in China sind bereits Player und Filme für die Enhanced Versatile Disc verfügbar. Beide Formate weisen geringfügig mehr Speicherplatz als die DVD auf, jedoch sind vom Start an effizientere Codecs wie der VC-1 von Microsoft (auf FVD) und VP5 und VP6 der Firma On2 Technologies (auf EVD) vorgesehen. In erster Linie sind diese Medien Ersatz für die DVD mit standard aufgelösten Material, aber sie sind auch für HD-Material vorgesehen. China entwickelt zusätzlich eine eigene Abart der HD-DVD. Die FVD, EVD und China HD-DVD wird ausschliesslich für den asiatischen Raum gedacht und wird im Rest der Welt nicht vertrieben werden.
Menschliche Physiologie - Wann der Unterschied zu sehen ist
Bei gleichbleibender Projektionsfläche ermöglicht die höhere Zeilenzahl einen geringeren Betrachtungsabstand, womit ein eher dem breitwandigem Kinobild entsprechenden Gesamtbildeindruck entsteht. Das Gehirn rechnet allerdings Bilder aus Erfahrungen und Erwartungen in eine Schätzung der realen Größe des Objektes um.
Die Stiftung Warentest hat bei Sehtests herausgefunden, dass das Auge und das Gehirn auf Farben viel empfänglicher reagieren als auf die Auflösung. Ein 45dpi Bild wird zum Beispiel ab einem Betrachtungsabstand von 1,5 Metern sicher so scharf gesehen wie Bilder mit einer höheren Auflösung, obwohl es dazu eigendlich eine Auflösung von 59dpi haben müsste, oder die Entfernung zum Bild 2m betragen sollte. Wird es aber auf einem kleinerem Raster dargestellt, zum Beispiel dem PC Monitor, ist es erst ab 2m Entfernung sicher so scharf wie Bilder mit einer höheren Auflösung zu sehen.
Die Details die HDTV zeichnen kann, verlieren sich zudem zunehmend mit dem Abstand zum Fernsehen. Das Auflösungsvermögen des bloßen Auges beträgt unter guten Bedingungen etwa eine Winkelminute, das entspricht rund 1 mm auf 3,5 Meter. Die einzelnen Farbpunkte eines Fernsehers sind erst aus der Hälfte der empfholenen Mindestbetrachtungsabstände deutlich zu erkennen. Würde nur eine der Grundfarbe übertragen, wären die aus dem theroretischen Mindestabstand die zwei schwarzgeschalteten anderen Farbpunkte als ein schwarzer Punkt zu erkennen. Würden schwarze Schriften auf weißen Hintergrund übertragen müsste der Betrachtungsabstand für HDTV 1080 vom 2 auf über das 3fache der Höhe des TVs erhöht werden, um einen scharfen Bildeindruck zu bekommen. Denn die 3 Farbpunkte werden nun zu einem schwarzen oder weißen Punkt zusammengefasst.
Um Schriften aus 60cm Entfernung wirklich scharf sehen zu können, müsste ein PC Monitor eigendlich eine Auflösung von 150dpi haben. Ein Foto wird mit einer Auflösung von 300dpi ausbelichtet da der Betrachtungsabstand sehr gering ist.
Eine Frage des Betrachtungsabstands
SDTV kann aus etwa dem 4fachen der Höhe des TVs betrachtet werden, während bei HDTV auf das 3 - 2fache herangerückt werden kann.
| Auflösung (Zeilen) | Auflösung (dpi) | Betrachtungsabstand (m) | Abstand/Höhe | ||
|---|---|---|---|---|---|
| 16:9 (70 cm × 39 cm) | |||||
| Letterbox | 432 | 28 | 2,1 | 5,4 | |
| NTSC | 480 | 31 | 1,8 | 4,9 | |
| 540 | 35 | 1,6 | 4 | ||
| PAL | 576 | 38 | 1,5 | 3,8 | |
| HD 720 | 720 | 47 | 1,3 | 3,2 | |
| 768 | 50 | 1,1 | 2,8 | ||
| HD 1080 | 1080 | 70 | 0,8 | 2 | |
Bei gleich guter Qualität wird theoretisch erst unterhalb dem 5fachen der Höhe des Fernsehers langsam ein Unterschied zwischen HDTV und PAL 4:3 oder 16:9 (anamorphot) sichtbar. Aus dem PAL-Fernsehabstand von etwa dem 4fachen der Höhe des TVs ist bei guter Qualtität des gesendeten Signals und des TVs in der Regel kaum ein Unterschied zwischen PAL und HDTV zu sehen. Für 80cm TVs sind das 1,6 Meter. Sicher ist aus 1,96 Metern kein Unterschied zu sehen. Wird jedoch PAL 16:9 nur in der veringerten Letterbox Auflösung gesendet wird erst sicher ab einer Entfernung von 3,2 Metern, das Bild als genauso gut wie das HDTV Bild empfunden. Das ist das 8,2fache der Höhe.
PAL auf HDTV 700ter Fernsehern muss aus dem 6,6fachen der Höhe betrachtet werden um genauso gut wie HDTV zu wirken. Das sind bei 80cm Geräten 2,57 Meter. HDTV 720 auf HDTV 1080 Geräten muss aus dem 4,9fachen der Höhe betrachtet werden um so gut wie HDTV 1080 zu wirken.
HDTV kann schlechter als PAL sein
Unberücksichtigt ist die Signalverarbeitung des TVs. Unter ungünstigen Umständen kann HDTV sogar schlechter als PAL sein. Die 1080er und auch die 720 Zeilen werden von einem 80cm PAL optimal Gerät mit 540 Zeilen wegen der leichteren Skalierungsfähigkeit besser angezeigt als von einem HDTV Gerät mit 768 Zeilen Auflösung. Das ergab ein Test der Zeitschrift video. Die 1080er Auflösung zeigt ein PAL optimal Gerät besser als HDTV Geräte mit 700ter Auflösung an, da keine Bildpunkte neu errechnet (interpoliert) werden müssen. Gesendet wird (derzeit) die 1080er Auflösung, die meisten HD ready Fernseher haben aber nur eine 700ter Auflösung.
Die Angaben zum Vergleich des Betrachtungsabstands gelten also für ideale Bedingungen, wenn das Sendesignal und das TV von optimaler Qualität sind und die gesendete Auflösung der Auflösung des Fernsehers entspricht. Die um 30% verringerte horizontale Auflösung von PAL 16:9 anamorphot wird nicht gesehen. Auch HDTV wird teils mit um 25% verminderter vertikaler Auflösung ausgestrahlt.
Vollbilder wirken besser als Halbbilder
SDTV und HDTV 1080 arbeiten mit den selben Bildübertragungsverfahren. TVs können oft in guter Qualität als Halbbilder gesendete Vollbilder (z.B. Spielfilme) in Vollbilder zurückverwandeln, da keine Punkte neu errechnet werden müssen. Fernsehübertragungen wie die Fußball WM 2006 müssen aber in der 1080i Auflösung in Halbbildern produziert werden, da es keine Fernsehkameras gibt, die das 1080p Vollbildformat beherrschen, das auch nicht von HD ready Fernsehern unterstützt werden muss. Die Halbilder können nicht einfach in Vollbilder umgewandelt werden, da dann Bildpunkte mittels Deinterlacing "erfunden" werden müssen.
Bis zu einer Bildschirmdiagonalen von etwa 106 cm wird nach Studien der BBC und des Schwedischen Fernsehns HDTV 720p (gesendete Vollbilder) bei gleichem Betrachtungsabstand als schärfer gegenüber HDTV 1080i empfunden. Das ist nicht verwunderlich, da die Studien von einem normalen Fernsehabstand und normal großen Fernsehern ausgeganngen sind, weshalbt die höhere Auflösung von HDTV 1080 gar nicht zu sehen ist. Studien in den USA ergaben, dass mit steigender Display-Größe immer mehr Versuchspersonen die höhere 1080i Auflösung als deutlich besser empfinden, bei einem TV mit Bildschirmdiagonale von 152cm (Höhe 75cm) waren dies 80% der befragten Zuschauer. Auch das ist nicht verwundwerlich, da bei einem angenommenen normalen Fernsehabstand bei steigender Displaygröße zunehmend die höher Auflösung zu sehen ist.
Für Europa ist 720p bislang unrelevant, da 1080i übertragen wird. Bei Vergleichen von PAL zu HDTV 720p in der Kinoprojektion ist kaum ein Unterschied zu erkennen. Das Format hat nur 144 Zeilen mehr als PAL, was genau der Unterschied zwischen PAL und einer 16:9 Letterbox Ausstrahlung ist. Wobei die Steigerung von Letterbox zu PAL bei TVs mit 80cm Bildschirmdiagonale den Vorteil eines 60cm geringeren Betrachtungsabstands ausmacht und die Zeilenerhöhung von PAL zu HDTV 720 nur einen 30cm geringeren Betrachtungsabstand ausmacht.
Für das Heimkino ist zweifelsfrei 1080p (gesendete Vollbilder) das bessere Verfahren. In den USA steht es vor der Einführung und auch die Diskformate Blu-Ray und HD-DVD unterstützen 1080p mit einer Bildferquenz von 25 oder 30 Bildern pro Sekunde. Die Frequenz kann ein Fernseher wie im Kino (24p/48Hz) durch einfache Dopplung auf 50 bzw 60 Hz erhöhen.
Wer im Geschäft vergleicht, sollte dies aus dem gewohnten Fernsehabstand machen. Zudem sollte der selbe Filmausschnitt herangezogen werden. Das TV Programm kann nicht verglichen werden. Sat1 und Pro7 strahlen wie die meisten privaten Sender PAL 16:9 nur in verminderter Letterbox Auflösung aus. Der Pay-TV-Sender Premiere strahlt PAL nur mit teils stark verminderter Auflösung und niedrigen Datenraten aus. Dr. Frank Hoffmann (Head of Technologie des Senders) soll in einem Interview gesagt haben, dass die Bildqualität des Senders extra noch weiter gesenkt wurde um einen "Aha Effekt" für HDTV hervorzurufen. Das zeigt, dass die Bedingungen für den Fernsehempfang nicht immer ideal sind. Realistisch kann mit einem 1080 Zeilen Gerät bei gesendeten 1080 Zeilen die TV Größe verdoppeln oder den Abstand zum Fernseher halbiert werden. Röhrengeräte zeigen im Gegensatz zu Flachbildschirmen auch schlechtere Qualität noch gut an.
Betrachtungsabstand
Empfohlener Mindestbetrachtungsabstand
- 16:9 Letterbox auf 16:9 TV = 3,75 mal der Bildhöhe
- 4:3 PAL oder 16:9 PAL anamopoht = 3fache der Höhe (Untergrenze 2,2fache der Höhe)
Ab den empfohlenen Mindestbetrachtungsabstand erscheint das Bild ungerastert. Der Unterschied zwischen HDTV und PAL ist deutlich zu sehen.
Empfohlener Betrachtungsabstand
- 16:9 Letterbox auf 16:9 TV = 5,4 mal der Bildhöhe (ideal 8,2)
- 16:9 PAL anamorphot und PAL 4:3 = 4 mal der Bildhöhe (ideal 5)
- PAL auf HDTV 720 Gerät = 6,6 mal der Bildhöhe (ideal)
- HDTV 1080 auf HDTV 700ter Geräten = 4 mal der Bildhöhe
- HDTV 720 = 3 mal der Bildhöhe
- HDTV 720 auf 1080 Gerät = 4,9 mal der Bildhöhe (ideal)
- HDTV 1080 = 2 mal der Bildhöhe
Wird PAL im empfohlenen Betrachtungsabstand geschaut ist in der Regel kein Unterschied zu HDTV bei gleich großen Fernsehern zu sehen. Die Angaben setzen gute Bedingungen vorraus und dass das gesendete Signal die gleiche Auflösung wie der Fernseher hat. Der ideale Betrachtungsabstand ist die theoretische Grenze, an der das Bild, auch wenn die Auflösung des Fernsehers erhöht wird, nicht schärfer gesehen werden kann. Der optimale Betrachtungsabstand liegt darunter und variert nach persönlichen Vorraussetzungen.
Viele angebotene 16:9 SDTV Geräte haben nur 480 Zeilen. Der Betrachtungsabstand sollte dann mindestens das 5fache der Höhe des Fernsehers betragen.
Derzeit wird HDTV 1080 gesendet,was von HDTV 700ter TVs, wie der Test der Zeitschrift video zeigte bei 80cm Geräten sicher etwas schlechter angezeigt wird als PAL. Mit einem HDTV 720 Gerät sollte daher wie bei einem PAL Gerät in einem Betrachtungsabstand von mindestens dem 4fachen der Höhe zugeschaut werden. Inwieweit das auch für Großformatige Displays zutrifft ist noch nicht ermittelt.
Wird auf 700ter HDTV Geräten PAL Fernsehn geschaut wirken die benötigten errechneten zusätzlichen Punkte als Unschärfe. Diese ist erst sicher ab einem Betrachtungsabstand vom 6,6fachen der Höhe nicht mehr zu sehen. Aus gleichem Grund sollte HDTV 720 auf 1080er Geräten aus dem 4,9fachen der Höhe geschaut werden.
Theoretische Betrachtungsabstände
Das Auge sieht aus 3,5 Metern Entfernung unter guten Bedingungen Gegenstände von 1mm Größe.
- Untergrenze = 3000 geteilt durch ((Zeilenzahl mal 2,54) geteilt durch Bildhöhe) = 3000 geteilt durch die dpi Auflösung
Ab der Untergrenze verschmelzen die roten, grünen und blauen Farbpunkte zu einem Bildpunkt. In der Regel wird das Bild aber noch gerastert erscheinen.
- Mittelwert = 3000 geteilt durch ((Zeilenzahl mal 2,54) geteilt durch Bildhöhe) x 2 = 6000 geteilt durch die dpi Auflösung
Ab diesem Betrachtungsabstand werden auch bei Darstellung von nur einer Grundfarbe die schwarzgeschalteten anderen beiden Punkte sicher nicht gesehen.
Idealer Betrachtungsabstand = 3000 geteilt durch ((Zeilenzahl mal 2,54) geteilt durch Bildhöhe) x 2,286 = 3000 geteilt durch die dpi Auflösung x 2,286
Ab dem ideale Betrachtungsabstand sind Bilder höherer Auflösung nicht mehr schärfer. Ein Unterschied zwischen HDTV und PAL wird bei guter Bildqualitiät sicher nicht gesehen. Bei manchen Motiven können geschulte Betrachter minimale Differenzen festellen. Der ideale Betrachtungsabstand ergibt sich daraus, dass auf einem PC Monitor Bilder mit 72dpi genauso scharf gesehen werden wie Bilder höherer Auflösung. Das zeigt, dass es keinen Sinn macht Pixelzahlen zu vergleichen, wenn die Pixel nicht zur Steigerung der Schärfe des Bilds beitragen.
Je weiter man sich von einem Raster entfernt umso größer wird seine dpi Auflösung gesehen. Wird die gesehene dpi Auflösung in Bezug zur Relation des Betrachtungsabstands zur Bildhöhe gesetzt und mit der maximalen Bildauflösung von 96dpi verglichen, ergibt sich, dass der ideale PAL Betrachtungsabstand dass 5fache der sichbaren Bildhöhe des TVs ist.
- Obergrenze = 3000 geteilt durch ((Zeilenzahl mal 2,54) geteilt durch Bildhöhe) x 3 = 9000 geteilt durch die dpi Auflösung
Ab der Obergrenze kann das Auge die Bildpunkte nicht mehr differenzieren. Die Obergrenze ist dann wichtig, wenn das dargestellte Bild eine geringere Auflösung hat, als das anzeigende Gerät. Die Obergrenze des dargestellten Bilds ist in dem Fall der Ideale Betrachtungsabstand. Denn erst ab der Obergrenze des dargestellten Bilds ist sicher, dass Unschärfe erzeugende zusätzliche Bildpunkte nicht mehr gesehen werden. In der Praxis heißt dass, ein Bild mit 30dpi Auflösung wird schon ab 1 Meter scharf gesehen. Bei Darstellung am PC-Monitor ist es erst ab 3 Meter Entfernung wirklich scharf zu sehen.
Auch die Schriftdarstellung ist die Obergrenze relevant, da hier drei Farbpunkte zu einem schwarzen oder weißen Punkt zusammengeschaltet werden. Bei der 75dpi Einstellung eines PC-Monitors (Auflösung 1024 Linien x 768 Zeilen bei einem 17 Zoll Monitor) sind Schriften erst ab 1,2m Entfernung wirklich scharf. Verringert man die Auflösung unterhalb der Untergrenze, werden sie auch scharf angezeigt, da sie oberhalb der unteren Rastergröße liegen. Bei 60cm sind das 50dpi. Für Schreibarbeiten am PC oder das lesen der Wikipedia ist es daher besser die Auflösung auf 640 Linien x 480 Zeilen zu verringern (46 dpi bei einem 17 Zoll Monitor) oder auf 150 dpi zu erhöhen, was aber kein Monitor unterstützt. Die Farbpunkte sind dann nicht zu erkennen, da die die 46dpi auf einem Raster, der Lochmaske angezeigt werden.
Aus den Formeln ergeben sich mimimal aufgrundete Werte.
- Auflösung in dpi = Zeilen durch Bildhöhe x 2,54
- Beispiel:640 x 480 Pixel = 640 Linien x 480 Zeilen
Formel zur Berechnug der Bildhöhe
Für 16:9 Geräte gilt folgende Formel:
- Bildhöhe = [((Bilddiagonale zum Quadrat) geteilt durch 337)daraus die Wurzel] mal 9
Für 4:3 Geräte gilt folgende Formel:
- Bildhöhe = [((Bilddiagonale zum Quadrat) geteilt durch 25)daraus die Wurzel] mal 3
Bildschirmdiagonale in cm = Angabe in Zoll mal 2,54
Siehe auch
- Digitalkino, z. B. UHDV mit 7680 × 4320 Pixeln
- HD ready
Weblinks
- HDTV 1990 bei BTS Darmstadt
- HDTV Television - An Introduction
- HDTV-Hintergrundwissen
- HDTV-Hintergrundwissen und Lexikon
Linkkatalog zum Thema HDTV (Television) bei curlie.org (ehemals DMOZ)
Literatur
- Charles A. Poynton, Digital Video and HDTV - Algorithms Interfaces. Morgan Kaufmann Publishers, Sprache: Englisch, 1. Januar 2003, 736 Seiten, ISBN 1558607927
- Claudia Udenta, HD 1080/24p - Die neue Dimension des Film(en)s. Mediabook-Verlag Reil, Sprache: Deutsch, September 2002, 201 Seiten, ISBN 3932972112
