Leseprobe 14: UHD/4K und die neue ITU-R-Empfehlung BT.2020

Vielleicht fragt sich der eine oder andere Fernsehkunde, wozu eine so gigantische Auflösung überhaupt gut sein kann. Wer ehrlich ist, muss aber auch zugeben, dass genau solche Fragen den technischen Fortschritt in all seinen Facetten und Etappen begleitet haben. In den 1930er Jahren wollte niemand Fernsehgeräte im Wohnzimmer, in den 1950er Jahren waren die Verbraucher skeptisch gegenüber Color-TV. Und übermorgen kann sich kaum noch jemand vorstellen, dass es vor kurzem überhaupt analoges Fernsehen gab und die Pixeldichte unterirdisch niedrig war. B

 

Denn Ultra HD mit 3840 x 2160 Pixel bedeutet die exakt vierfache Auflösung gegenüber Full HD und damit immer mehr darstellbare und vor allem schärfere Bilddetails trotz großer Bildschirmfläche. Denn auch die ist heute keine Seltenheit mehr. TV-Geräte mit Diagonalen von 60 Zoll (152 Zentimeter) und mehr stehen bereits in vielen deutschen Haushalten. Nicht zuletzt durch unsere Smartphones sind wir in punkto Auflösung mehr als nur verwöhnt. Da kommen die 4K-Fernseher mit ihren unglaublichen acht Millionen Bildpunkten gerade richtig. Und wer sich fragt, ob sich ein Kauf jetzt (2015/2016) schon lohnt, wo es kaum ultra-auflösendes Filmmaterial gibt: Es lohnt sich allemal, denn die 4K-Fernseher rechnen mithilfe neuer Chip-Technologien auf die stärkere Auflösung hoch, sodass die Bildqualität im Allgemeinen nur besser werden kann.

 


Abbildung 301: UHD-Referenzbild „Dubvronik“ (www.burosch.de)
 

Beim Kauf eines solchen neuen 4K-Gerätes sollten allerdings einige Punkte beachtetet werden. Insbesondere die Anschlüsse müssen zur Verwendung passen. Wer sich zum UHD-TV beispielsweise gleich noch einen 4K-Blu-ray-Player kauft, der könnte bei 60 Hz enttäuscht werden. Nicht alle HDMI-Eingänge unterstützen alle Standards. In der Regel weiß der versierte Verkäufer Rat, allerdings bieten auch diverse Fachzeitschriften und entsprechende Online-Portale Informationen. Auch die Firma BUROSCH wird als Ansprechpartner gern genutzt, wenn es um qualifizierte Beratung und herausragende Bildoptimierung geht. Nicht umsonst ist das Stuttgarter Unternehmen Experte im TV-Tuning und seit Jahren Marktführer auf diesem Gebiet.

Im Rahmen der Kaufberatung werden hier Checklisten angeboten, die genau darüber Auskunft geben, ob ein UHD-Fernseher zukunftssicher ist oder eben nicht. Außerdem ist nicht jeder UHD-TV qualitativ gleichwertig. Warum sollten sonst Geräte im Jahre 2015 das Zehnfache von dem Kosten, was im Grunde bereits 2014 auf dem Markt erhältlich war. Die eindeutige Aussage ist: die Pixelanzahl allein ist noch kein Qualitätskriterium, sondern die Qualität jedes einzelnen Bildpunktes. In ist, was drin ist! Und hier sind die Unterschiede zwischen Einstiegs- und Oberklassemodellen gewaltig. Ob mit zusätzlichen Farbfiltern oder beschichteten Leuchtdioden – die technischen Dimensionen und damit Kontrast und Farbbrillanz haben sich in nur wenigen Monaten signifikant verbessert. Und auch die Anschlüsse sind nicht überall dieselben. Nicht alle UHD-TVs unterstützen das neue HDR-Format oder aber HEVC-Codecs. Die Zukunft liegt darüber hinaus in HDMI 2.0 und HDCP 2.2 sowie in Doppeltunern, drahtlosem TV-Empfang, Streaming und natürlich bester 4K-Bildqualität.

Abbildung 302: © Sony

Die Checkliste könnte also folgende Punkte enthalten:

  1. Zur Mindestausstattung gehört ein HDMI-Eingang, der den Kopierschutz HDCP 2.2verarbeiten kann, um für zukünftige UHD/4K Blu-ray-Player gerüstet zu sein.
  2. Darüber hinaus sollte das Gerät über mindestens einen HDMI-Eingang verfügen, der die UHD-Auflösung bei 10 oder aber 12 Bit/Deep Color mit einer Farbunterabtastung von YCbCr 4:2:0 bis hoch zu YCbCr 4:4:4 bei 50/60Hz unterstützt. Die 8-Bit-Variante ist allerdings auch nach wie vor wichtig, um Rückwärtskompatibilität zu gewährleisten.
  3. Für zukünftigen UHD-Empfang sollte der TV über einen eingebauten SAT-/Kabelempfänger verfügen, der auch entsprechend codierte SAT- beziehungsweise Kabel-Signale (50/60Hz H.265/HEVC) empfangen und decodieren kann und die Spezifikationen DVB-S2 und DVB-T2 unterstützt.
  4. Für das zukünftige UHD-Film-Streaming über Netflix, WuakiTV & Co. muss der H.265/HEVC-Codec auch über die jeweilige App des Streaming-Anbieters unterstützt werden. Sofern dies der Fall ist, greift auch die Abwärtskompatibilität zu HDCP 2.2.
  5. Auch über den USB-Anschluss sollte optional das Abspielen von UHD- sowie Full-HD-Files im H.265/HEVC codierten Standard möglich sein.
  6. JPEG-Dateien bzw. Fotos im Allgemeinen sollten auch in nativer UHD-Auflösung dargestellt werden, ohne dass die Ränder beschnitten werden.
  7. Und letztlich ist UHD-Auflösung nicht alles. Auch eine verbesserte Farbdarstellung und die Unterstützung des neuen HDR-Formats sollten vom neuen „Familienmitglied“ im heimischen Wohnzimmer realisiert werden können.

Grundsätzlich ist beim Kauf darauf zu achten, dass die oben genannten technischen Daten gegeben sind. Bei den 2015er Modellen der Markenhersteller sollten die Features eigentlich zur Standardausrüstung gehören. Auf der UHD-Welle schwimmen allerdings auch diverse Billighersteller mit, bei denen die Ausstattung ganz genau geprüft werden sollte. Andererseits bieten beispielsweise ältere AV-Receiver das sogenannte UHD/4K-Passthrough, was allerdings nicht ausreicht, um echte UHD-Filme in ihrer ganzen Schönheit genießen zu können. Auch Blu-ray-Player sind erst seit Ende 2015 vollständig UHD-fähig. Weitere Informationen finden sich im Kapitel „Video-Equipment“.

 

ITU-R-Empfehlung BT.2020

Die technischen Daten kommen natürlich nicht von ungefähr. Die Internationale Fernmeldeunion (ITU) veröffentlichte bereits im August 2012 auf ihrer Website die ITU-R-Empfehlung BT.2020, die im Allgemeinen unter den Kürzeln Rec.2020 oder BT.2020 bekannt ist. In der Rec.2020 sind alle für  UHD TV wichtigen Aspekte definiert. Hierzu gehören die Bildschirmauflösung, Bildfrequenz, Farbunterabtastung, Farbtiefe sowie der Farbraum. Im Vergleich zur Rec.709 für HDTV fordert der UHD-TV-Standard einen größeren Farbraum als bisher und darüber hinaus eine Farbtiefe von entweder 10 oder 12 Bits pro Abtastwert.

Tatsächlich wurden aber bei der Einführung von UHD-Fernsehern noch 8-Bit-Displays verwendet und somit lediglich der Farbraum nach Rec.709 genutzt. Insofern sind hier die gravierenden Unterschiede in der Bilddarstellung begründet, weshalb die Pixelanzahl eben nicht allein über die Qualität entscheidet. So wurde beispielsweise der Farbraum gemäß der Empfehlung Rec.2020 für UHD-1/UHD-2 erweitert und umfasst nunmehr 75,8 Prozent der Farben im Diagramm des Farbraumes CIE 1931 und damit Wellenlängen, die nach Rec.709 (35,9 Prozent) noch nicht darstellbar waren. Für die RGB-Grundfarben wurden die folgenden Wellenlängen nach Rec.2020 festgesetzt: Rot (630 nm), Grün (532 nm), Blau (467 nm).

Abbildung 303: Vergleich der Farbräume nach Rec.709 (HD) und Rec.2020 (UHD)

Aufgrund der höheren Abstände zwischen benachbarten Farbwerten erfordert die entsprechend höhere Farbpräzision ein zusätzliches Bit pro Abtastwert. Gemäß der ITU-R-Empfehlung BT.2020 wird bei 10 Bits pro Abtastwert eine Helligkeitswerteskala genutzt, bei der der Schwarzpunkt auf den Code 64 und der Weißpunkt auf den Code 940 festgelegt sind. Für die Zeitreferenz dienen die Codes 0 bis 3 und 1.020 bis 1.023, während die Codes 4 bis 63 Helligkeitswerte unterhalb des Schwarzpunktes und die Codes von 941 bis 1.019 Helligkeitswerte oberhalb des Nennspitzenwertes bezeichnen. Bei 12 Bits pro Abtastwert ist der Schwarzpunkt auf dem Code 256 und der Weißpunkt auf dem Code 3.760 der Helligkeitswerteskala gemäß Rec.2020 festgelegt. Entsprechend verändern sich die übrigen Werte: Zeitreferenz (Codes 0 bis 15 und 4.080 bis 4.095), Helligkeitswerte unterhalb des Schwarzpunktes (Codes 16 bis 255), Helligkeitswerte oberhalb des Nennspitzenwertes (Codes von 3.761 bis 4.079).

Die Rec.2020 legt außerdem den sogenannten Luma-Koeffizienten fest und erlaubt RGB- und YCbCr-Signalformate mit verschiedenen Farbunterabtastungen (4:4:4, 4:2:2 und 4:2:0). Dabei darf RGB verwendet werden, wenn hohe Qualität erforderlich ist, für die Kompatibilität zu SDTV/HDTV wird YCbCr empfohlen und damit Farbunterabtastung ermöglicht. Neben YCbCr lässt die Empfehlung auch eine linear kodierte Version der Luma- und Chroma-Komponenten zu. Diese wird als YcCbcCrc bezeichnet und kann zum Einsatz kommen, wenn vorrangig ein originalgetreuer Erhalt der Helligkeitsinformationen benötigt wird.

Darüber hinaus gibt die Empfehlung zwei Bildschirmauflösungen vor. Zum einen die 4K-Auflösung (UHD-1) mit 3840 × 2160 Pixeln und die 8K-Auflösung (UHD-2) mit 7680 × 4320 Bildpunkten, die quadratisch sind und ein Seitenverhältnis von 16:9 aufweisen müssen. Gemäß ITU-R-Empfehlung BT.2020 ist ausschließlich das Vollbildverfahren erlaubt, wobei folgende Bildfrequenzen spezifiziert sind: 120p, 119,88p, 100p, 60p, 59,94p, 50p, 30p, 29,97p, 25p, 24p, 23,976p. Die vollständige Umsetzung der ITU-R-Empfehlung erfolgt dann in Phase 2 mit Einführung des 8K-Standards.

 

Abbildung 304: Farbräume Rec.2020, DCI und Rec.709

Weitere Features hierfür sind neben dem Rec.2020-Farbraum eine Erhöhung der Bildwiederholungsfrequenz auf maximal 120 Hz, eine Farb-Quantisierung von 10 Bit oder 12 Bit mit 4:2:2-Farbunterabtastung (HD: 4:2:0) sowie eine Erweiterung auf  maximal 22.2-Kanal-Ton. Beim Ton wird sich Digital Atmos weiter im Heimvideobereich etablieren und den von der Rec.2020 empfohlenen dreidimensionalen Sound (neun Lautsprecher von oben, zehn auf Ohrhöhe, drei von unten und zwei für Effekte im Bass-Bereich) entsprechend umsetzen.

 

Abbildung 305: Logo ITU (www.itu.int)

 

Neben der Empfehlung für 4K bzw. 8K-Auflösungen ist noch ein weiterer Farbdynamik-Standard zulässig, der bisher vorwiegend in der digitalen Kinoprojektion verwendet wurde. Es verblüfft insofern nicht, dass dieser Standard vom Dachverband der amerikanischen Filmstudios herausgegeben wurde – genauer gesagt der Digital Cinema Initiatives (DCI). Der entsprechend bezeichnete DCI-Farbraum ähnelt vom Umfang her in etwa dem Adobe-RGB-Farbraum und ist somit bedeutend größer als der Farbraum gemäß Rec.709 aber kleiner als nach Rec.2020. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass sich die 4K-Auflösung ursprünglich auf die Kino-Auflösung (4096 × 2160 Pixel) bezog, jedoch ähnlich wie DCI nunmehr in abgewandelter Form auch im Heimkinobereich Anwendung findet. Generell geht die große Farbraumdynamik gemäß ITU-R-Empfehlung BT.2020 Hand in Hand mit einer weiteren relativ neuen Technologie, die nun ebenfalls in den neuen UHD-TVs zum Einsatz kommt.