Das Burosch Gamma Scaling Testbild

Ein leider weitverbreiteter Fehler in der Software von TV Geräten führt dazu, dass Photographien zu dunkel, zu hell oder nur mit einem großem Qualitätsdefizit auf dem Display angezeigt werden. Die genannten Probleme treten auch dann auf, wenn ihr TV Gerät für perfekte Anzeigequalität eingestellt ist. Ob ein TV Gerät betroffen ist, können wir hier im Burosch TV Labor mit unserem speziellen “Gamma Scaling” Testbild prüfen. Wie das Testbild richtig eingesetzt wird und die Hintergründe hinter dem zugrundeliegenden Fehler erfahren Sie in diesem Bericht.

 

Aufbau

Burosch Gamma Scaling Testbild

Sie sehen eine Photographie des Berliner Reichstags bei Nacht, welche von einem grauen “Schleier” überlagert zu sein scheint. Das Bild liegt, im Gegensatz zu unseren übrigen Testbildern in der vierfachen anzuzeigenden Auflösung vor, also 3840x2160px für Full HD Displays, welche eine Maximalauflösung von 1920x1080 aufweisen.

 

Anwendung des Testbild

Stellen Sie zunächst sicher, dass Ihr TV Gerät bezüglich Format und Overscan richtig eingestellt ist. Wir empfehlen Ihnen hierzu die Nutzung unseres First Check Full HD Testbildes. Laden Sie anschließend das Gamma Scaling Testbild zur Anzeige auf Ihrem Bildschirm. Sehen Sie nun eine - außer dem unteren Rand mit unserem Firmenlogo - vollkommen graue Fläche, so hat Ihr TV Gerät einen Softwarefehler, welcher bei Skalierung von großen Bildern und Videos zu einer Verschlechterung der Bildqualität führt. Sehen Sie das Bild so wie unter “Aufbau”, so hat ihr Gerät diesen Fehler nicht.

Burosch Gamma Scaling Testbild Good Burosch Gamma Scaling Testbild Bad
Gute Darstellung Fehlerhafte Darstellung

 

 

Technischer Hintergrund

Der graue Schleier, den Sie über dem Bild des Berliner Reichstages sehen, basiert tatsächlich auf einer technischen Manipulation unsererseits.

Burosch Gamma Scaling Vorher / Nachher

 

Die beschriebene technische Manipulation funktioniert wie folgt: Wir haben jeweils zwei Bildzeilen so manipuliert, dass der Mittelwert zwischen zwei übereinanderliegenden Pixelwerten immer einen konstanten Grauwert von R/G/B 128/128/128 ergibt. Stark vergrößert können Sie diese Manipulation in der obigen Grafik sehen. Zur Berechnung der Manipulation kamen folgende Formeln zum Einsatz:

Für Bildzeilen mit geraden Nummern:
P(x,y) = 128 - ( P(x,y) + P(x,y+1) ) / 2

Für Bildzeilen mit ungeraden Nummern:
P(x,y) = 128 + ( P(x,y-1) + P(x,y) ) /2

Die Mittelwertbildung ist ein wichtiges Instrument bei der Herunterskalierung von Bildern, also dem Herunterrechnen hochauflösender Bilder zur Anzeige auf Ihrem Display. Jedoch - und das ist der Fehler in der Software vieler TV Geräte - muss zum korrekten Skalieren auch der Gammawert des anzuzeigenden Displays berücksichtigt werden. Nur bei einem Gammawert von 1.0 ist es korrekt, den linearen Mittelwert zu verwenden. Das Display des TVs jedoch weist einen Gamma-Wert von 2.2 auf. Damit auch nach der Skalierung das Bild korrekt und ohne Qualitätsdefizite dargestellt wird, muss bei der Mittelwertbildung zunächst der Einfluss des Gammawertes einberechnet werden und dieser nach der Skalierung wieder herausgerechnet werden.

 

Gamma Skalierung in Ihrem Browser

gamma scaling browser

 

Der Fehler tritt nicht nur für TV Geräte auf, sondern praktisch überall dort wo Anzeigegeräte mit Software verbunden sind. Wie ihr Browser bei der Skalierung verfährt können Sie mit der obigen Abbildung prüfen. Nur dann, wenn Sie sowohl links als auch rechts dasselbe Bild sehen skaliert ihr Browser in Bezug auf Gamma korrekt.

 

Weitere Informationen zum Fehler

Der Gamma-Skalierungsfehler in der Software der TV Geräte äussert sich in der Praxis auf viele verschiedene Arten: Photographien werden auf dem Display zu dunkel/zu hell angezeigt oder es verschwinden Details aus dem Bild – letztendlich sind Auswirkungen inkorrekter Skalierung in Bezug auf den Gammawert unberechenbar und der Fehler führt immer zu einem Qualitätsverlust.

Burosch Gamma Scaling Bäume

 

 

Der Fehler selbst ist weitläufig bekannt, jedoch konnte dieser bislang auch in Fachkreisen weder richtig benannt, noch zuverlässig reproduziert oder auf seine Ursachen zurückgeführt werden. Aufgrund der Abgrenzung zwischen den Fachgebieten fehlt typischerweise hierfür das umfassende Fachwissen: Selbst professionellen Photographen mangelt meist das technische Verständnis, Displayhersteller beschäftigen sich hauptsächlich mit Hardware und Schnittstellen und überlassen Programmierern die Softwareseite, Softwareprogrammierer betrachten das Problem der Bildskalierung einseitig von der Softwareseite und übersehen dabei häufig das Problem der Ausgabe auf Displays.

Wir im Burosch TV Labor hingegen vereinen das geballte Fachwissen aller für Ihren TV Genuss relevanter Fachbereiche und können das Problem daher auf seine Ursache zurückführen.

Burosch Gamma Scaling Turm

 

Korrektes Verfahren der Gamma Skalierung

Um den Gamma-Scaling-Fehler zu vermeiden muss bei der Skalierung von Bildern, deren Auflösung die Auflösung des ausgebenden Displays übersteigt, korrekt vorgegangen werden. Konkret beinhaltet das Verfahren drei Schritte: zunächst eine Anwendung der Gammakorrektur mit dem für das ausgebende Display korrekten Gammawert auf das gesamte Bild, anschließend die Skalierung des Bildes und zuletzt eine weitere Gammakorrektur mit dem Kehrwert des zuvor angewendeten Gammawertes. Mathematisch ausgedrückt wird dabei wie folgt vorgegangen.

Vor der Skalierung, für jeden Pixelwert Pn jeder Farbebene RGB:
Pγ=(Pn /m)γm

Nach der Skalierung der Pixelwerte Pγ für jeden Pixelwert jeder Farbebene RGB:
Pn=(Pγ /m)(1/ γ)m

γ steht hierbei für den Gammawert des auszugebenden Displays, bzw. die momentane Einstellung des TVs, m steht für die maximale Aussteuerung je Farbebene, bei gängigen 24bpp Farbtiefe wären dies 255.

Nachdem diese Formeln korrekt angewendet wurden, kann das skalierte Bild korrekt und ohne Darstellungsfehler auf dem Display angezeigt werden.

 

Weitere Beispiele des Gamma Skalierungsfehlers

Wie wir durch umfangreiche Praxistests feststellen konnten, tritt der Gamma Skalierungsfehler auf TV Geräten nicht nur in seiner extremsten Form (der vollständig grauen Fläche), sondern tatsächlich in verschiedenen Formen auf. Geschuldet ist dies der Tatsache, dass die unterschiedlichen Hersteller unterschiedliche Software zur Anzeige und Skalierung von Bildern verwenden. Einige der beobachteten Fehler möchten wir Ihnen hier zeigen, zuerst jedoch sehen Sie nochmal das Testbild in seiner richtigen Darstellung.

Berlin 880 s50 g2.2

 

Leider können nur wenige TV Geräte das Testbild korrekt in dieser Form wiedergeben. In manchen Fällen ist trotz des Skalierungsfehlers das Bild noch schwach erkennbar. Achten Sie in dieser Version auf den Unterschied zur korrekten Anzeige: Farben sind bei diesem Darstellungsfehler kaum noch erkennbar. Ein solcher Fehler entsteht dann, wenn Gamma bei der Skalierung zwar berücksichtigt wird, die Rechnung aber nicht korrekt durchgeführt wird.

Berlin 880 s50 g1.2

 

Hier ist vom ursprünglichen Bild nichts mehr zu erkennen, es sind jedoch bei genauem Hinsehen feine Streifen über das ganze Bild zu sehen.

Berlin 880 s50 error2

 

Im hier gezeigten Fall sehen Sie das, dass von dem Motiv des Testbildes noch die Kanten des Gebäudes klar als Relief erkennbar sind. Dieses Ergebnis ist relativ häufig, jedoch genau wie die übrigen gezeigten Beispiele keineswegs akzeptabel.

Berlin 880 s50 error3

 

Beherrscht Ihr TV Gerät die korrekte Gamma Skalierung nicht, so kann es auch zu ungewöhnlichen Fehlern - wie hier gezeigt - kommen. Wie Sie sehen führt der Skalierungsfehler hier zu einer streifenweisen Teilinvertierung des Bildes.

Berlin 880 s50 error5

 

Ausser der oben gezeigten Teilinvertierung konnten wir in einem Fall auch eine vollständige Invertierung des Bildes beobachten, wie Sie unten sehen können.

Berlin 880 s50 error7

 

Weitere Beispiele für den Gamma Skalierungsfehler und seine Auswirkungen in Realweltszenarien finden Sie in Eric Brasseurs hervoragendem Artikel zum Thema.

 

Sind Sie als Kunde vom Gamma-Skalierungsfehler betroffen, so können Sie selbst leider nicht für eine Besserung sorgen, denn die Einstellungsmenüs der TV Geräte verfügen diesbezüglich über keine Einstellungen. In unseren Qualitätsanalysen in unserem Burosch TV Labor für TV Hersteller findet dieses anspruchsvolle Testbild schon heute Anwendung, um die Skalierungsfehler zu analysieren.

 

Dieses professionelle Testbild wird nur in unserem Burosch TV Labor eingesetzt und nicht zum Verkauf angeboten.

Weitere Informationen zu der Gamma Funktion finden Sie in dem professionellen Bericht von Charles Poynton

Weitere Informationen zur Farbwahrnehmung

Weitere Informationen zur Gammakorrektur

 

Technischer Redakteur: Matthias Stirner

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