4K und UltraHD ... schon heute erleben.


Ulrich Lange, Experte bei HEIMKINORAUM

Ein Ausblick auf das Bild von morgen…

Das Thema „4K“ bzw. „UHD“ ist derzeit in der Heimkinoszene zwar in aller Munde, aber leider nur in wenigen Augen. Denn auch wenn die führenden TV Hersteller seit rund zwei Jahren Fernseher mit der vierfachen HD-Auflösung von 3840x2160 Bildpunkten im Programm haben und Sony als einziger Hersteller mit den Modellen VW300/500/1100 auch exklusive Heimkinobeamer mit original Kinoauflösung (4096x2160) anbietet, so tut sich doch die Software Industrie derzeit äußerst schwer.

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4K Logo oben
4K - ja oder nein

Im Grunde ist die Situation mit dem Sprung von SD (PAL) auf HD zu vergleichen: Im Jahre 2003 erschienen immer mehr „HDready“ Projektoren (alte Hasen erinnern sich an den legendären Sanyo Z2, einem der ersten 720p Beamer), doch auf ein entsprechendes Softwarengebot musste man noch warten. Die DVD bot für HD nicht genügend Speicherplatz und so kamen Kaufspielfilme lediglich per D-VHS und schließlich per Blu-ray in die Hände der Heimkinofans. Auch die TV-Anstalten waren hierzulande eher lethargisch und Deutshland eines der letzten Länder weltweit, das auf den HD-Zug aufgesprungen ist. Bis heute senden rückständige Anstalten wie die öffentlich rechtlichen mit fadenscheinigen Ausreden nicht mit voller HD-Auflösung, offensichtlich werden unser Zwangs-GEZ-Gebühren überall, nur nicht in zukunftsweisende Technologien gesteckt. Erst nachdem private Sender mit gutem Bespiel voran gingen, kam der HD-Zug langsam ins Rollen.

Ultra HD logo oben
Ultra HD

Und nun, rund zehn Jahre nach den ersten HDready Beamern, haben wir ein Deja-Vu: Auf der diesjährigen Funkausstellung war „4K“ das allgegenwärtige Thema, nur beim passenden „Futter“, sprich der Software, herrscht Mangelware. Auf gezielte Fragen bekommt der Anwender von der Industrie nur ausweichende oder gar keine Antworten. Die Frage, ob sich der Kauf eines 4K Fernsehers oder Projektors schon jetzt lohnt, ist daher legitim. Sind die derzeitigen Geräte eine zuverlässige Investition in die Zukunft, oder in ein oder zwei Jahren schon überholt? 

Als aktive und ehrlicher Hilfestellung erläutern wir in diesem ausführlichen Special, was mit die neuen 4K-Standards tatsächlich für Bildverbesserungen in unseren Wohnzimmern landen werden, wie der entsprechende Zeitplan dafür aussieht und inwieweit die jetzigen Geräte dazu kompatibel sein werden.

Bildverbesserungen von UHD

Viele verbinden mit „Ultra HD“ ausschließlich eine erhöhte Bildauflösung, doch tatsächlich werden im Rahmen des neuen Standards auch andere „Baustellen“ mit in Angriff genommen, hier die Verbesserungen im Detail:

Originale Kinoauflösung

Den größten Faktor macht zweifelsohne die Erhöhung der nativen Auflösung aus: Mit rund 8 Megapixeln ist diese viermal(!) so hoch, wie bei herkömmlichem FullHD. Dadurch werden die einzelnen Pixel so klein, dass sie vom menschlichen Auge nicht mehr wahrgenommen werden können.

Originale Kinoauflösung Fullhd 4K
4-Fach Full HD

Mit dem Verschwinden der Pixel wird auch die Digitalisierung des Bildes unsichtbar, es ergibt sich ein absolut analoger und artefaktfreier Look. Dies bringt den zusätzlichen Vorteil mit sich, dass man ungeachtet der Größe sehr nahe ans Bild rücken kann. Ein Sichtabstand von 1,5-facher Bildhöhe ist problemlos realisierbar und wird sogar von den Herstellern empfohlen, um echtes „Kino-Feeling“ zu erreichen.

Originaler Kinofarbraum

Was die meisten Laien nicht wissen: Ebenfalls auf der „4K-Agenda“ steht eine originalgetreuere Farbreproduktion des Kino-Originals. Der herkömmliche Farbraum von HD-Material liegt aus Abwärtskompatibilitätsgründen deutlich unter dem des Kinos:

Kinofarbraum 4K
Der Farbraum der Videonorm (kleines Dreieck) ist gegenüber dem Kino (großes Dreieck) deutlich eingeschränkt
Farbraum Video und Kino Vergleich
Farbraum Vergleich: Videonorm und Kino

Während unser Videostandard zwar die meisten Farben natürlich abbilden kann, führt er aber gleichzeitig zu einer merklich zu blassen Darstellung von intensiven Farben. Mit anderen Worten: Wo da Kinooriginal richtig farbenfroh ist, erscheint die Heimkino-Projektion (oder das TV Bild) im direkten Vergleich merklich blasser.

Der Grund für die blasseren Farben gegenüber dem Kino waren die technischen Limitationen der Leuchtschichten von Röhrenfernsehern und Plasmas bzw. der hohe Lichtverlust bei stärkerer Farbfilterung von LCD-TVs. Doch neue, LED-basierende Technologien mit Möglichkeiten der intensiven Farberzeugung sind auf dem Weg und im Rahmen von UHD will man diesen auch mit einem neuen Farbraum Rechnung tragen, der den abstrakten Namen „Rec2020“ trägt:

Rec2020 Farbraum
Rec2020 - neuer Farbraum

Er ist so groß, dass er alle bisherigen Farbstandards überdeckt und so zu ihnen „abwärtskompatibel“ wird. So auch zu dem aktuellen DCI-Farbraum des digitalen Kinos. Damit werden künftige Heimkinoversionen von Spielfilmen auch in den Farben zu einer perfekten Reproduktion des Kino-Originals, ohne Kompromisse.

10/12bit Farbtiefe

Je höher die Farbtiefe einer Videokette, desto mehr Farbnuancen können dargestellt werden. Reichen die zur Verfügung stehenden Farben nicht aus, so zeigen sich bei fließenden Farbübergängen deutliche Artefakte:

Farbtiefe Farbübergang 1
Reichen die zur Verfügung stehenden Farben nicht aus, so zeigen sich bei fließenden Farbübergängen deutliche Artefakte

Aktuell stehen bei der Bluray, DVD und Broadcast 8bit zur Verfügung, was 256 Helligkeits-Nuancen pro RGB-Kanal entspricht, insgesamt 16,7 Millionen Farben. Dies klingt zwar nach viel, reicht in der Praxis aber nicht bei jeder Bildkomposition für eine fehlerfreie Farbdarstellung. Auch wenn die bisherigen Videostandards schon höhere Bit-Tiefen unterstützen, werden sie aufgrund des knappen Speicherplatzes oder limitierter Datenraten nicht genutzt.

Farbtiefe Farbübergang 2
Der Farbraum deutlich größer - Die Farben werden somit nicht nur authentischer, sondern auch in Nuancen präziser.

Da im Rahmen der kommenden Videostandards aber der Farbraum deutlich größer wird und bei 8bit die Farbsprünge noch gröber werden (da ein deutlich größerer Farbraum mit der gleichen Anzahl an Farbtönen abgedeckt werden musste), wird die Umstellung auf den Rec2020 oder DCI-Farbraum zwingend mit 10bit (noch besser 12bit) kombiniert werden müssen, was zu 1024 Helligkeits-Nuancen pro RGB-Kanal bzw. einer Milliarde möglichen Farbtönen führt. Die Farben werden somit nicht nur authentischer, sondern auch in Nuancen präziser.

High Dynamic Range / HDR

Mehr Auflösung, mehr Farben, da darf „mehr Kontrast“ auch nicht fehlen. Dies soll die sogenannte „High Dynamic Range“. Vielen ist „HDR“ von Digitalkameras oder gar Handys bekannt: Der Kontrastumfang eines Fotos wird durch Belichtungs-Algorithmen verbessert.

High Dynamic Range
Durch eine geschickte Kontrastausnutzung soll die Bildplastizität merklich gesteigert werden

Ähnlich verhält es sich bei Bildausgabegeräten: Durch eine geschickte Kontrastausnutzung soll die Bildplastizität merklich gesteigert werden. Ein sehr guter Schwarzwert und eine hohe Maximalhelligkeit des Displays oder TVs sind dafür unumgänglich.

Die technischen Voraussetzungen

 

Soweit das Verbesserungspotenzial der kommenden Videostandards. Die spannende Frage ist nun: Inwieweit sind aktuelle Projektoren und TVs für die geplanten Verbesserungen gerüstet? Wir geben einen Überblick:

HDMI2.0

Ein Videostandard wie 4K braucht auch die entsprechenden Standards und Signalprozessoren zur physikalischen Übertragung der Bildinformation. Diese Aufgabe übernimmt das „High Definition Multimedia Interface“, kurz „HDMI“, das regelmäßig auf den neuesten Stand gebracht wird. Aktuell ist die Version „2,0“, die idealerweise von einem aktuellen 4K Fernseher oder Projektor unterstützt werden sollte.

HDMI 2.0 Logo
HDMI 2.0

Hier begannen die Probleme: Die erste Generation von Fernsehern verfügten lediglich über HDMI1.4 Prozessoren, das die Hardware für 2.0 schlicht und einfach noch nicht finalisiert war. HDMI1.4 unterstützt aber lediglich 4K Zuspielungen bis 30Hz, ist also für herkömmliches Spielfilmmaterial geeignet, nicht aber für eventuelle Fernsehübertragungen in 4K. Den meisten Herstellern gelang es aber, in den Folgemonaten ihre 4K-Geräte mit Software Updates kompatibel zu den relevanten Signalarten zu machen, wenn auch mit kleinen aber unter praktischen Gesichtspunkten wenig relevanten Abstrichen.

HDCP2.2

Weniger positiv sieht es bei der neuen „High Bandwith Digital Content Protection“, kurz „HDCP“ aus: Um den Raubkopierern im 4K-Zeitalter das Duplizieren von digitalen Inhalten zu erschweren, haben die Filmstudios auf einen neuen Kopierschutz im HDMI Signal bestanden, gekennzeichnet durch die Versionsnummer „2,2“.

HDCP2.2 Logo
HDCP2.2

Wie bei HDMI2.0 lagen die entsprechenden Signalprozessoren bei der Einführung der ersten 4K-TVs noch nicht vor und wurden deshalb auch nicht in der Signalelektronik implementiert. Im Gegensatz zu HDMI2.0 ist aber auch keinerlei Nachrüstung per Software-Update möglich, es hilft nur ein Austausch der Hardware.

Durch das Hardware-Defizit sind tatsächlich viele 4K-Fernseher erster Generation nur bedingt tauglich, in Zukunft auch entsprechende Kaufsoftware abzuspielen tatsächlich wird bei vielen Inhalten der Schirm tatsächlich schwarz bleiben, weil der TV die HDCP2.2 Signale künftiger Player nicht entschlüsseln kann.

Lobende Ausnahmen ist z.B. der 4K Projektor VPL-VW1000 von Sony. Auch ihm fehlte die notwendige Hardware, doch mit einem optional erhältlichen Upgrade der Signalplatine wird der Projektor auf Wunsch direkt vom Sony Service nachgerüstet. Noch geschickter war Samsung bei seinen 4K-TVs erster Generation: Hier hat man einfach die gesamte Signalelektronik in eine externe Anschlussbox ausgelagert, die bei Bedarf durch eine neue ersetzt werden kann, ohne de Fernseher anzurühren.

Aktuelle 4K TV Modelle aller namhaften Hersteller sind mittlerweile direkt ab Werk zum neuen HDCP2.2 Kopierschutz kompatibel, da die entsprechenden Signalprozessoren seit Anfang des Jahres verfügbar sind. Hier muss man sich keine Sorgen mehr machen, einzige Ausnahme: Meist ist nur einer der vielen HDMI Eingänge HDCP2,2 kompatibel. Möchte man also in ferner Zukunft mehr HDCP2.2 Bildquellen anschließen, wird man einen externen Umschalter benötigen. Auch die aktuellen 4K Projektoren Sony VPL-VW300/500/1100 sind voll HDCP2.2 kompatibel und werden entsprechend geschützte Software darstellen können.

4K-Auflösung

Nahe zu selbstverständlich erscheint es, dass ein Fernseher oder Projektor, den ein großes „4K“ Logo ziert, auch über die entsprechend hohe Auflösung (3840 x2160) verfügt. In der Regel ist dies auch so, aber Vorsicht ist dennoch geboten! Denn das 4K Logo ist kein verbindliches Siegel für eine native 4K Auflösung, sondern ausschließlich das UHD“ Logo.

4k Eshift2 Logo
4k e-shift2 Logo: Kein verbindliches Siegel für eine native 4K Auflösung

Negative Beispiele gibt es schon: So erwecken z.B. JVC Projektoren mit der Omnipräsenz des 4K-Logos, dass es sich bei ihren Modellen um entsprechend auflösende Projektoren handelt. Tatsächlich bieten sie mit ihrer e-Shift Technologie auch Auflösungsvorteile gegenüber herkömmlichen FullHD-Beamern, doch verfügen sie über keine native 4K Auflösung. Aus gutem Grund verfügen sie über kein entsprechendes „UHD“ Logo.

Ultra HD Logo
Ultra HD Logo: Siegel für native 4K Auflösung

Auch viele besonders billige „4K“-TVs aus Fernost entpuppen sich schell als Mogelpackungen in Sachen Auflösung. Achten sie daher immer auf das geschützte UHD Logo und lassen sich die Auflösung bei Unsicherheit explizit vom Händler verbindlich bestätigen.

DCI-Farbraum / 10bit

Ein erweiteter Farbraum, wie er im Kino genutzt wird, in einem Consumer-TV oder Beamer zu integrieren, ist mit erheblichem technischen Aufwand verbunden. Da dieser bislang von TV-Anstalten und Kaufsoftware nicht unterstützt wurde, haben die meisten Hersteller ihre Geräte lieber auf Helligkeit getrimmt, als auf kräftige Farben.

Daraus folgt: Nahezu kein(!) 4K-Fernseher derzeitiger Generationen ist farblich zu einer Reproduktion des Kino-Originals nach DCI Standard in der Lage. Sie alle sind lediglich auf den herkömmlichen HD bzw. sRGB Farbraum optimiert. Da die Farberzeugung der Hardware unterliegt, kann diese weder mit einem Software- noch Hardware-Update nachgerüstet werden.

Doch es gibt ach positive Ausnahmen: Als Pionier hat Sony die Wichtigkeit erweiterter Farbräume als erster erkannt und diese mit ihrer „Triluminos“ Technologie in den 4K-Fernsehern realisiert. Auch der Sony VPL-VW1000/1100 unterstützt den DCI-Farbraum durch Aktivierung eines speziellen Farbfilters im Lichtweg und ist damit kompatibel. Die kleineren Modelle VW300/500 verfügen über diesen Filter hingegen nicht und bieten trotz „Triluminos“-Logo keinen DCI-Frabraum.

Bei der Bit-Tiefe gibt es hingegen keine Probleme, die meisten TVs und Projektoren sind seit längerer Zeit zu 10bit Signalübertragungen in der Lage.

High Dynamic Range/ HDR

Abstrakt und schwer in technischen Daten abzubilden sind erhöhte Dynamikbereiche. Dies machen sich viele Hersteller zu nutze, die das HDR-Kürzel bereits aktiv in ihrer Werbeprospekte aufgenommen haben. Doch realistisch betrachtet: Hierbei handelt es sich derzeit oft um auf Effekt getrimmte Gamma-Algorithmen. Um aber HDR Funktionen, wie sie von der Filmindustrie letztendlich angestrebt werden, technisch adäquat zu realisieren, wird der native Panel-Kontrast von Fernsehern technisch erhöht werden müssen, sowohl in Schwarzwert-, als auch Maximalhelligkeit. Dies wird wahrscheinlich erstmalig mit der OLED-Technologie gelingen, doch dies liegt noch einige Jahre in der Zukunft. Bei Projektoren wird die Umsetzung noch schwieriger, hier liegen die Hoffnungen auf in Echtzeit dimmbaren Laserquellen.

Der zeitliche „Ablaufplan“

Wie gerade erläutert, sind die aktuellen Gerätegenerationen in den meisten Bereichen bereits vollkommen zu den kommenden Standards kompatibel, doch in anderen noch nicht. Sind sie damit bereits jetzt schon obsolet, oder dennoch für die kommenden Jahre gewappnet? Um diese Frage objektiv beantworten zu können, muss man daher den „Ablaufplan“ kommender Videostandards kennen: Wann kommt welche Bildverbesserung?

Tatsächlich werden alle oben erläuterten Bildverbesserungen nicht auf einmal, sondern in Etappen eingeführt, den sogenannten „UHD-Phasen“. Grob lassen sich diese bereits jetzt abschätzen, wir geben einen Überblick über den derzeitigen Stand und die zu erwartende Entwicklung:

4K-Auflösung

Es ist ein offenes Geheimnis: Derzeit ist Bildmaterial mit nativer 4K-Auflösung noch sehr rar gesät. Man kann es nicht auf Bluray kaufen und keiner unserer hiesigen TV-Sender strahlt derzeit ein 4K-Programm aus. Dies wird sich hoffentlich im kommenden Jahr ändern, doch offizielle Ankündigungen gibt es bislang nicht.

Doch es kommen Alternativen aus dem Internet: Seit diesem Monat erreichen die ersten Streaming-Boxen den Markt, die mit neuen Codierverfahren 4K-Inhalte in Echtzeit streamen. Bekannte Anbieter wie „Netflix“, „Video Unlimited“ etc. fangen langsam an erste 4K-Inhalte anzubieten. Das Angebot ist bislang noch klein und eine Aufnahmefunktion nicht geboten, doch es ist ein Anfang und die Auswahl steigt stetig.

In gut einem Jahr, voraussichtlich zum Weihnachtgeschäft 2015, wird uns dann endlich die „4K-Bluray“ erreichen: Mit erhöhter Speicherkapazität wird die neue Silberscheibe in der Lage sein, das hochauflösende Bild als Kaufmedium zur Verfügung zu stellen. Dafür wird man aber einen neuen Player benötigen.

„Last but not least“ bleiben selbst produzierte Inhalte. Sie gestalten sich paradoxerweise als besonders einfach, denn jede höherwertige Digitalkamera und sogar Handys sind mittlerweile in der Lage, Fotos und Videofilme in 4K-Auflösung aufzunehmen.

DCI-Farbräume / 10bit

Einer der Hauptgründe, warum die Einführung von 4K-Material auf sich warten lässt, ist die notwendige Bandbreite. Die wesentlich größere Bandbreite erhöht den Datenfluss und überfordert die gängigen Geschwindigkeiten. Und auch die Speicherkapazität bisheriger Kaufmedien ist nicht ausreichend für ein 8 Megapixel Filmbild in Echtzeit. Allein die Auflösung sorgt hier bereits für eine Vervierfachung(!) der Datenmenge.

Verbindet man die erhöhte Auflösung aber auch noch mit einer Erhöhung der Farben auf 1 Milliarde bei DCI-Farbraum mit 10bit, so wird die Datenmenge noch einmal multipliziert. Hierfür ist die Infrastruktur derzeit noch nicht gegeben, weder im Internet, noch über Satellit (Kostengründe) oder als Kaufmedium wie Bluray.

Auf der anderen Seite sind nur sehr wenige Geräte zu erweiterten Farben derzeit in der Lage. Wieso also jetzt zusätzliche Datenmengen provozieren, die eh für den meisten keinen praktischen Nutzen haben? Nach dieser einfachen Formel werden erweiterte Farbräume daher voraussichtlich erst in den Folgejahren berücksichtigt werden, voraussichtlich ab dem Jahr 2017, wenn kompatible Geräte entsprechend verbreitet sind und die Vertriebs-Infrastruktur leistungsfähiger wird. In der Übergangszeit wird des daher bei herkömmlichem HD-Farben bleiben.

Wer also sich jetzt einen 4K-tauglichen Fernseher oder Projektor anschafft, der wird in Sachen Farben in den kommenden drei oder vier Jahren keine Qualitäts-Defizite zu verzeichnen haben.

HDR

Ähnlich wie bei den Farben sieht es auch mit dem Dynamikumfang aus: Hier ist die Display und Projektor-Technologie der limitierende Faktor und erst mit sich weiter entwickelnder Hardware wird der Kontrastumfang steigen. Doch diese Entwicklung in Sachen Helligkeit und Kontrast ist nichts neues, seit Jahren gibt es hier stetige Fortschritte. Hiervon muss man sich in der Kaufentscheidung also nicht ablenken lassen. Die Hersteller rechnen mit einer kompromisslosen Nutzung von HDR ab den Jahren 2018 bis 2020.

Fazit

Unser Special zeigt: Der 4K-Umbruch ist wesentlich komplexer als eine einfache Auflösungsumstellung. Das mag zunächst negativ erscheinen, sorgt es doch wieder einmal für Verunsicherungen beim Kauf, doch tatsächlich ist es eine gute Sache. Denn zum ersten Mal verfolgen die Hersteller das Ziel der kompromisslosen Bildreproduktion des Kino-Originals: Auflösung in originaler Kinoqualität, Farben in originaler Kinoqualität und ein Kontrast, der die Kino-Qualität sogar übertrifft. Wenn der 4K-Standard voraussichtlich bis zum Jahr 2020 komplett umgesetzt sein wird, muss der Heimkino-Fan endlich mit keinen Kompromissen mehr gegenüber dem Großkino leben.

Ein derart ambitioniertes Ziel lässt sich selbstverständlich nicht auf einen Schlag umsetzen: Die Produzenten müssen überzeugt werden, die Infrastruktur für den Vertrieb (Internet, Satellit, Kabel, Datenspeicher) muss technisch gewappnet sein, der Verbreitungsgrad muss hoch genug sein, um akzeptable Preise zu gewährleisten und „last but not least“ muss die Hardware des Beamers oder TVs entsprechend gerüstet sein.

4K ja oder nein Fazit
4K Fazit

Dabei ist es erfreulich, dass schon jetzt viele 4K-Geräte die Vorteile der hohen Auflösung sowie die Kompatibilität zu den Signalstandards bieten. Damit sind sie für die nächsten Jahre gut gerüstet und werden in der Lage sein, alle 4K Signale der nächsten Jahre darzustellen. Wer allerdings in den Genuss fast aller Vorteile des „Bildes von morgen“ kommen möchte, der muss entweder für den Kauf eines Sony VW1100 über das notwendige Kleingeld verfügen, oder mit dem Kauf bis „übermorgen“ warten.

Lesen Sie auch unsere "alte" News zu diesem Thema ... Was Sie über 4K und UltraHD wissen müssen.

Allen anderen empfehlen wir eine persönliche Vorführung in einer unsere zahlreichen Standorte. Hier können Sie sich einen persönlichen Eindruck verschaffen, welche beindruckende Bildqualität mit 4K „im hier und jetzt“ bereits möglich ist…

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Kommentare

Bitte aktualisieren!
Von am 11. Mai 2016

Gute Zusammenfassung der Technik, aber nicht mehr ganz aktuell. Viele der oben beschriebenen Probleme gehören der Vergangenheit an. Aber zugegeben: die Entwicklung der Technik gerade in diesem Bereich ist rasant.
Mittlerweile sind auch gute und bezahlbare 4K Mediaplayer im Angebot. Und die ersten zwei Dutzend Spielfilme können käuflich erworben werden. Alles in Allem: 4K ist im Vormarsch!

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Hilfreich
Von am 06. Dezember 2014

Ich hab noch einige Fragen, kann man euch auch eine Email schicken?

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Super
Von am 05. Dezember 2014

Ich hab noch einige Fragen, kann man euch auch eine Email schicken?

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