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.
„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 Standes der Technik andere Auflösungen als hochauflösend. Aktuell sind Vertikalauflösungen von 720 (Vollbilder) und 1080 Zeilen (Halbbilder und als Halbbilder 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.
Wird in guter Qualität mit guter Auflösung gesendet, erreicht ein PAL TV üblicherweise equivalent zu einem auf einem PC betrachteten Foto aus einem Betrachtungsabstand des 2,5fachen der Diagonalen eines 16:9 TVs 96 - 111 dpi und aus dem 3fachen der Diagonalen 115 - 133 dpi. Das entspricht dem 5 und 6fachen der Bildhöhe eines 16:9 oder eines 4:3 TVs. Bei 16:9 TVs mit 80cm Diagonale oder 4:3 TV mit 65 cm sichtbarer Diagonale sind dies 2 - 2,5 Meter. 480 Zeilen 16:9 TVs erreichen 101 - 109dpi aus dem 3fachen der Diagonalen, also dem 6fachen der Bildhöhe. Schärfer als 97 dpi ist kein Standard-PC-Montitor. Das ist auch nicht nötig, da die Schärfe vielmehr von den Konstrastverhältnissen im Bild und einem guten Mastering als von der Auflösung abhängt.
Durch die höhere Auflösung kann gegenüber PAL Geräten der Betrachtungsabstand mit HDTV 720 oder mit HDTV 1080 auf 720 Zeilen Geräten um 25% verringert werden. HDTV 1080 auf 1080er Geräten kann die Entfernung zum TV halbiert oder die Bildschirmdiagonale gegenüber 16:9 Geräten mit PAL Auflösung entsprechend verdoppelt werden. Auf 80 cm Geräten kann HDTV 1080 auf 1080er Geräten also aus einem Meter und HDTV auf 720er Geräten aus 1,5 Metern Entfernung geschaut werden. Aus den für 80 cm TVs genannten PAL Abständen von 2 - 2,5 Metern kann die Diagonale von HDTV 720 Geräten 106 cm betragen und die von HDTV 1080 Geräten 160 cm bei Empfamg von 1080er HDTV. HDTV erreicht in allen genannten Fällen equivalent zu einem Computermonitor 98 - 114 dpi und liegt damit noch über den PC Standardauflösungen von 59, 75 und 87 dpi, die auch gutes PAL aus normalen Betrachtungsabständen übertrifft. Auf TVs mit 106 cm Diagonale sollte PAL dazu aus 2,60 - 3,10 Metern geschaut werden.
Allerdings kann die PAL Auflösung auch deutlich geringer ausfallen. Wird das 432 Zeilen Letterbox Format auf einem 16:9 TV geschaut beträgt aus dem 5fachen der Bildhöhe die Auflösung nur 70 dpi. Wird zusätzlich die horizontale Auflösung vom Sender auf 60% gestaucht sinkt sie auf 40 dpi. Dann sind die Unterschiede zu HDTV und auch zu gutem PAL deutlich zu sehen. Viele HDTV Fernseher haben zudem eine schlechte PAL Qualität, so das leicht der Eindruck entstehen kann, HDTV sei deutlich schärfer.
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 sollte die Bildschärfe verbessert 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 verbessert die vertikale Auflösung von Spielfilmen mit Seitenverhältnissen von 16:9 und größer. Die Qualitätsunterschiede sind auf 16:9 Geräten 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, Premiere, Pro7 und FAB) ausstrahlten und die ersten PALplus-Geräte viel zu teuer waren. Zudem kann auf digitalem Übertragungsweg 16:9 auch in anamorpher Weise gesendt werden. ARD und ZDF senden noch heute das 16:9 Format über Kabel und Antenne in PALplus.
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 | Bits pro Pixel |
|---|---|---|
| RGB 24 | 24 bit/px | |
| YUV 4:2:0 | 12 bit/px | |
| ADPCM | Entwurf HDTV über SAT in 70er Jahre | 5–6 bit/px |
| M-JPEG 2000 | Digital Cinema | ? bit/px |
| M-JPEG | 2,4–3 bit/px | |
| DV SP | 2,4 bit/px | |
| DV LP | 1,8 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. Seit 26.10.2005 senden die Sender Pro7 und Sat.1 ihre Programme (parallel zum normalen Betrieb) bis zumindest Ende 2006 über Satellit in HDTV (1080i).
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. ARD und ZDF sehen frühestens mit der Übertragung der Olympischen Sommerspiele in Peking im Jahr 2008 die Möglichkeit, schrittweise auf HDTV umzustellen. 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
Video
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. Die Schärfewirkung hängt aber wesentlich mehr von Kontrastverhältnissen als von der Auflösung ab.
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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. Daneben gibt es Auflösungen mit nicht-quadratische Pixeln von 960 x 1080 oder 960 x 720 Bildpunkten. Da die verwendete MPEG-Komprimierung das Bild in Blöcke von 16 × 16 Pixeln aufteilt, werden tatsächlich sogar 1088 Zeilen übertragen. Die höchste HDTV Auflösung entspricht etwa der Auflösung eines Digital-Fotos des Formats 10 x 15 cm, bei ausreichender Ausbelichtung mit 300 dpi. Analoge Fotos dieser Größe haben mindestens die 4fache Auflösung von 600 dpi, sind aber aus einem normalen Betrachtungsabstand nicht schärfer.
Auf PAL (und NTSC) basierende Digitalvideos arbeiten praktisch immer mit breitkant-rechteckigen Bildpunkten (z. B. 720, 704 oder 544 statt 768 Punkte (anamorphe Bildaufzeichnung) 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. Der Schärfeverlust wird durch ein gutes Mastering ausgeglichen. Zudem löst das menschliche Auge horizontal etwas schlechter auf als vertikal. Eine Reduktion um 50% ist aber im Vergleich deutlich sichtbar. Das HDV Format arbeitet teils mit einer um fast 50% reduzierten horizontalen Auflösung.
Für das PAL-Signal ist die Auflösung eines HDTV-Bildschirms, der mit dem "HD ready"-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. Das führt häufig zu einer unscharfen Darstellung. Mögliche weitere Folge: Das Interpolieren des Signals verursacht Bildrauschen, Schatten und Unschärfen durch Blockbildung. Gesichter wirken oft flächig und pixelig.
Da einige der derzeitig verfügbaren Panels intern mit 60 statt mit 50 Bildern/Sekunde arbeiten, kann es bei Kamerabewegungen zu Rucklern kommen. Es soll auch Umrechnungsmethoden geben, die Zwischenbilder durch Deinterlacing bzw. Pull-up generieren. Ein dazu notwendiges Interpolieren ist nicht selten mit einem Schärfeverlust verbunden.
Jede Auflösung, auch 1920 × 1080, kann sowohl mit als auch ohne Zeilensprung übertragen werden, was für das Fernsehn derzeit nicht vorgesehen ist.
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 Experten als zu gering angesehen, weswegen auch in Europa die Nutzung von 60 bzw. 30 Hz erwogen wird. Zudem gibt es Überlegungen, Kinofilme in Originalgeschwindigkeit 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
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| Die Bilder geben jeweils das Verhältnis der Bandbreite zum Maximum von 1080p60 an. Die Keilform gibt das Halbbildverfahren wieder, die quadratische Form jeweils das Vollbildverfahren oder Halbbild mit Progressive Scan with Segmented Frames (PSF). Die HDTV-Auflösungen wurden absteigend nach der benötigten Bandbreite sortiert. Allerdings muss bei der Bandbreite noch berücksichtigt werden, dass bei einem Film mit 24 Hz als Quellmaterial ein Pull-Up zu 60 Hz, 50 Hz und 30 Hz vollzogen wird und die fehlenden Bilder durch Interpolation berechnet werden und somit unnötige Bilder als "Lückenfüller" mit übertragen werden und somit Bandbreite verschwendet wird. Bei 25 Hz kann ein einfacher PAL Speed-up des Quellfilmes gemacht werden. Dabei wird der Film nur schneller abgespielt, allerdings keine Bilder interpoliert. Somit wird die Bandbreite effektiver genutzt |
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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 wird beispielsweise von Pro7 HD und Sat 1 HD 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. Wer ein HD ready Gerät kauft verzichtet auf sein Recht eine Privatkopie anzufertig zu dürfen, da der Kopierschutz nicht umgangen werden darf und praktisch kaum umgangen werden kann. Der Firma Spatz tec, die Konvertor für TVs ohne HDCP anbot, wurde mit Klagen gedroht, weshalb sie den Verkauf einstellte.
Bei entsprechend gesetzten DRM-Daten (Broadcast Flag) wird das digitale Signal nur HDCP verschlüsselt, also kopiergeschützt, vom Reciver zum TV 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 häufig nicht,oder nur in minderer Qualität, bestenfalls in der üblichen DVD-Auflösung gestattet sein. Es wird auch daran gedacht, das der Zuschauer für das Aufzeichnen bezahlen soll.
Audio
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Auch bei HDTV sind alle Tonformate möglich, die beim digitalem Fernsehen oder auf der DVD zum Einsatz kommen. In den Transportströmen kann MPEG-1/-2 Audio Layer-2 bis Dolby Digital in Mono bis Mehrkanalton genutzt werden. Da HDTV als Premiumangebot gilt, wird nicht nur mehr Bandbreite für das Bild verwendet, sondern auch mehr Bandbreite für den Ton und somit wird auch häufig Mehrkanalton angeboten. Vereinzelnt werden noch Filme in Stereoton, oder gar Mono, gesendet, aber dabei handelt es sich meistens um ältere Filme, bei denen bei der Produktion noch kein Mehrkanaltonverfahren gab und eine nachträgliche Bearbeitung des Quelltones nicht oder noch nicht gemacht wurde.
Hauptsächlich hat sich Dolby Digital durchgesetzt. In Japan wird bei einigen Sendern das in MPEG-2 enthaltene Advanced Audio Coding (AAC) verwendet. Zukünftig werden auch die Weiterentwicklungen Dolby Digital Plus und DTS HD in Fernsehübertragungen und auf Datenträgern genutzt werden, die effizienter arbeiten und mehr Kanäle und Zusatzfeatures erlauben sollen.
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 LCD-Bildschirme stellen heute 1366 × 768 Pixel (16:9) dar, die eher für 720p geeignet sind. Gesendet wird in Europa aber derzeit 1080i. Ein für PAL optimiertes Gerät mit 540 Zeilen stellt beide HDTV Auflösungen besser dar 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 Bild und Ton so nahe wie möglich dem Original angeglichen werden soll, um die Kinoatmosphäre in den heimischen vier Wänden nachzubilden.
Spielkonsolen
Die Spielkonsolen der siebten Generation, sowohl Xbox 360 (1080i YUV) als auch PlayStation 3 (bis zu 1080i und 1080p HDMI) werden HD-Ausgabe für Spiele und Filme unterstützen. Nur Nintendos Revolution wird kein HDTV 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). Zu erwähnen bleibt, dass auch die Xbox HDTV (1080i YUV) unterstützt, leider kann man die PAL-Version der Xbox nur bei Verwendung eines Xbox_Mod -Chips zu HDTV überreden (Stichwort: enigma switch). Es gibt ferner wenige Spiele die 720p oder gar 1080i unterstützen, verfügbare Titel findet ihr hier: http://www.hdtvpub.com/productdb/games/
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, werden in Taiwan und China eigenen Speichermedien und Codices 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 aufgelöstem 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.
Ebenfalls ist eine Verbreitung über Video on Demand (VoD) für PCs und Festplattenrecorder möglich. Anlässlich der gleichzeitig stattfindenden Erotikmesse "Adult Entertainment Expo" stellte Digital Playground als, nach eigenen Angaben, erstes Unternehmen ein hochaufgelöstes Video des Pornofilmes Island Fever 3 als VoD zum kostenpflichtigen Download bereit. Die BBC prüft derzeit den Markt und die Machbarkeit HD-Filme zusätzlich zum Digitalfernsehstream im Downpush-Verfahren und Low Bandwidth Broadcasting zu senden, um so die HD-Filme zu verteilen und zum Simulcast anbieten zu können.
Menschliche Physiologie - Wann der Unterschied zu sehen ist
Durch die höhere Auflösung kann gegenüber PAL der Betrachtungsabstand mit HDTV 720 oder mit HDTV 1080 auf 720 Zeilen Geräten um 25% und mit HDTV 1080 um 50% verringert werden. Mit HDTV 1080 kann die Bildschirmdiagonale gegenüber 16:9 Geräten mit PAL Auflösung entsprechend verdoppelt werden. Bei guter Qualität ist die gesehene Auflösungen von PAL und HDTV dann nahezu identisch. Da 4:3 Geräte ein anderes Seitenverhältnis haben, ist es besser die Bildhöhen zu vergleichen.
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. Würden Szenen nur in der Totalen und Halbbtotalen gedreht, würde eine Bildvergrößerung aber sicher das Seherlebnis steigern.
Ausgehend vom idealen Betrachtungsabstand für Geräte mit 540 Zeilen PAL Auflösung, dem Fünfachen der Bildhöhe, kann für HDTV 1080 der Abstand zum Fernseher halbiert und für HDTV 720 um 25 % reduziert werden. Der SDTV-Fernsehempfang auf HDTV-Geräten ist oft problematisch, weshalb die Angaben zum Betrachtungsabstand nicht einfach übernommen werden können.
Eine Frage des Betrachtungsabstands
Die Stiftung Warentest hat bei Sehtests herausgefunden, dass das Auge und das Gehirn auf Farben viel empfänglicher reagieren als auf die Auflösung. Die Details, die HDTV zeichnen kann, sind nur sicher zu sehen, wenn aus weniger als dem Fünfachen der Bildhöhe zugeschaut wird.
SDTV kann aus dem Vierfachen der Höhe des TVs betrachtet werden, während bei HDTV auf das Zwei- bis Dreifache herangerückt werden kann. Zu empfehlen ist für SDTV das 5fache der Höhe und für HDTV das 4fache der Höhe, da die meisten HDTV Fernseher die 700ter Zeilen Auflösung haben. Für 16:9 Geräte mit 540 Zeilen PAL Auflösung ist entspricht dies dem 2,5fachen der Diagonale. Bei 4:3 Geräten dem 3fachen der Diagonale. Oft werden für PAL 4:3 noch das 5fache der Diagonale oder das 6fache der Bildhöhe als Betrachtungsabstand genannt. Diese Angaben sind überholt, da sich die Fernsehqualität inzwischen erheblich gebessert hat.
| Auflösung (Zeilen) | Gesehene Auflösung (dpi) | Betrachtungsabstand (m) | Abstand/Höhe | ||
|---|---|---|---|---|---|
| 16:9 (70 cm × 39 cm) | |||||
| NTSC oder PAL | 480 | 101 - 109 | 2,5 | 6 | |
| PAL TV | 540 | 96 - 111 | 2 | 5 | |
| HD 720 | 720 | 98 - 114 | 1,5 | 3,75 | |
| HD 1080 | 1080 | 98 - 114 | 1 | 2,5 | |
Die dpi Angaben für die aus den angegebenen Betachtungsabständen gesehene Auflösung ist equivalent zu der Auflösung von PC Bildern berechnet. Wird mit guter Auflösung gesendet, erreicht ein PAL TV üblicherweise equivalent zu einem auf einem PC betrachteten Foto aus einem Betrachtungsabstand vom 4fachen der Bildhöhe 77 - 89 dpi, aus dem 5fachen der Bildhöhe 96 - 111 dpi und aus dem 6fachen der Bildhöhe 115 - 133 dpi. Die Zahlen dürfen nicht mit der PAL Auflösung bei Vollbilddarstellung auf einem PC Monitor verwechselt werden. Diese beträgt bei Darstellung auf einem Monitor mit 17 Zoll sichtbarer Diagonale 56 - 64 dpi und auf einem 19 Zöller 50 - 57 dpi und ist damit um bis zu 5 mal niedriger als die in der Tabelle angegebenen PAL Auflösungen für den Betrachtungsabstand vom 5fachen der Bildhöhe. Für einen Monitor mit sichtbarer 17 bzw. 19 Zoll Diagonale beträgt der Betrachtungsabstand aus 60 cm Entfernung lediglich das 2 - 2,5fache der Bildhöhe.
Im Extremfall, in der von Premiere oft verwendeten vermindeten horizontalen Auflösung von nur 440 Zeilen erreicht die 16:9 Letterbox Auflösung auf einem 16:9 TV aus dem 5fachen der Bildhöhe nur 40 dpi. Dann ist natürlich ein deutlicher Unterschied zu HDTV zu sehen. Denn theoretisch ginge es nach Pixeln sogar 15mal schärfer.
Fotos werden für die PC Betrachtung häufig mit einer Auflösung von 72 dpi - 96 dpi aufgelöst. Die Auflösung von 1280 x 1024 Pixeln entspricht bei einem Monitor mit 19 Zoll sichtbarer Diagonale 87 dpi und bei einem 17 Zöller 97 dpi. Die übliche PC Einstellung von 1024 x 768 entspricht bei einem 19 Zöller 67 dpi und bei einem Monitor mit 17 Zoll sichtbarer Diagonale 75 dpi.
Das Auge könnte aus dem üblichen Betrachtungsabstand zum PC Monitor von 60 cm aber theoretisch maximal 150 dpi, also die 5fache Auflösung erreichen. Das entspricht einem Betrachtungsabstand vom 6,6fachen der Höhe eines PAL TVs. Aus dieser Entfernung kann jedes PAL-TV die beste HDTV-Qualität erreichen, da dann das Auge die aus drei Farbpunkten bestehenden Bildpunkte definitiv nicht mehr unterscheiden kann. Denn das Auflösungsvermögen des besten Auges beträgt unter idealsten Bedingungen etwa eine Winkelminute, das entspricht rund 1 mm auf 3,5 Meter. Höher als 97 dpi, was etwa dem 5fachen der Bildhöhe eines PAL - TVs entspricht, löst aber kein Standard-PC-Monitor auf, da praktisch vielleicht allenfalls nur sehr selten ein Bild schärfer gesehen wird.
Denn die Schärfe hängt wesentlich mehr von Kontrastverhältnissen als von der Auflösung ab, weshalb durch gutes Mastering oft ein wesentlich gesteigerter Schärfeeindruck erreicht wird. Ein Bild, das lieblos von HDTV auf PAL Auflösung gemastert wird, kann aber sichtbar an Schärfe verlieren. Bei guter Qualität ist schon aus der Distanz vom fünf- bis vierfachen der Höhe in der Regel das Bild so scharf zu sehen wie aus größeren Entfernungen. Das magazin "video" gibt einen Betrachtungsabstand vom 5- bis 6-fachen der Bildhöhe an, von welchem nur noch ein sehr geringer Unterschied zwischen HDTV und PAL zu erkennen ist.
HDTV kann schlechter als PAL angezeigt werden
Unberücksichtigt ist die Signalverarbeitung des TVs. Unter ungünstigen Umständen kann HDTV sogar schlechter als PAL sein. Die 1080er und auch die 720-Zeilen-Auflösung werden von einem 80-cm-LCD-Gerät mit 50 Hz Panelansteuerung und 540 Zeilen wegen der leichteren Skalierungsfähigkeit besser angezeigt als von dem besten HDTV-Gerät mit 768 Zeilen Auflösung. Das ergab ein Test der Zeitschrift video. Die 1080er Auflösung zeigt ein für PAL optimiertes Gerät besser als HDTV Geräte mit 720er oder 768er Auflösung an, da keine Bildpunkte neu errechnet (interpoliert) werden müssen. Unter Umständen ist eine HDTV-Wiedergabe daher eher schlechter als gutes PAL 16:9, denn die meisten "HD ready"-Fernseher müssen die gesendete 1080 Zeilen Auflösung in eine 700ter Zeilen Auflösung umrechnen, was je nach Scaler zu erheblichen Qualitätsverlusten führen kann. Wird PAL auf HDTV Fernsehern geschaut, führt dies wegen der schlechten Skalierungsfähigkeit sehr häufig zu erheblichen Qualitätseinbußen.
Die Angaben zum Vergleich des Betrachtungsabstands gelten also für ideale Bedingungen, wenn das Sendesignal und das TV-Gerät von guter Qualität sind.
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 werden aber in der 1080i Auflösung in Halbbildern produziert werden, da Kameras mit 1080p Modus auch für Fernsehanstalten recht teuer sind und darin kein Mehrwert gesehen wird, da es auch nicht von "HD ready"-Fernsehern unterstützt werden muss und auch mehr Bandbreite benötigt. Die Halbbilder können je nach Aufnahmeart entweder einfach zu Vollbilder zusammengesetzt werden (PSF) oder müssen durch Interpolation eines Deinterlacers "erfunden" werden.
Bis zu einer Bildschirmdiagonalen von etwa 106 cm wird nach Studien der BBC und des Schwedischen Fernsehens HDTV 720p (gesendete Vollbilder) bei gleichem Betrachtungsabstand als schärfer gegenüber HDTV 1080i empfunden. Das ist nicht verwunderlich, da aus dem einem normalen Fernsehabstand die höhere HDTV-1080-Auflösung bis zu dieser Größe nicht gesehen werden kann. 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 152 cm (Höhe 75 cm) waren dies 80 % der befragten Zuschauer.
Für Europa ist 720p bislang irrelevant, da 1080i übertragen wird. Bei manchen Vergleichen von PAL 576i 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 Letterbox auf einem 16:9 TV und einer 16:9 Anamorphausstrahlung ist.
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 Bildfrequenz 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 mindestens aus dem gewohnten Fernsehabstand machen. Zudem sollte der selbe Filmausschnitt, bzw. das selbe Programm herangezogen werden. Das TV-Programm kann nicht immer mit HDTV-Bildern verglichen werden, da Sat1 und Pro7 wie die meisten privaten Sender PAL 16:9 nur in verminderter Letterbox-Auflösung ausstrahlen und oft auch mit geringeren Datenraten, als es bei Filmen auf DVD üblich ist, gesendet wird. Der Pay-TV-Sender Premiere strahlt PAL nur mit teils stark verminderter Auflösung und niedrigen Datenraten aus. Realistisch kann mit einem 1080-Zeilen-Gerät bei gesendeten 1080 Zeilen die TV-Größe verdoppelt oder den Abstand zum Fernseher halbiert werden.
Siehe auch
- Digitalkino, z. B. UHDV mit 7680 × 4320 Pixeln
- SHDTV
- HD ready
- HDCAM
- Auflösung (Fotografie)
Weblinks
- HDTV 1990 bei BTS Darmstadt
- HDTV Television - An Introduction
- HDTV-Hintergrundwissen
- HDTV-Hintergrundwissen und Lexikon
- HDTV im Broadcast-Fachwörterbuch
- Linkkatalog zum Thema HDTV (Television) bei odp.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
Hinweis
Alle Berechungen sind gerundet
