HDTV-Bildqualität

Die Bildqualität von HDTV-Sendern ist auf einem digitalen Flachbildschirm sehr wichtig. Während auf den analogen Röhrenfernsehern ein einfaches Fernsehsignal aus der TV-Kabeldose ausreichte, muss an einem digitalem Bildschirm oder Flachbildfernseher, das Bildsignal ebenfalls von digitaler Bildqualität sein. Ansonsten wird die Bildqualität den Zuschauer nicht wirklich zufriedenstellen. Der sogenannte Pixelbrei ist dann sichtbar.

Verschiedene künstliche Filter des Fernsehers, wie ein Rauschfilter (MPEG Noise Reduction) des Flachbildfernseher, kann die Artefakte zwar „weich“ zeichnen, aber von Schärfe kann man nicht mehr sprechen. Ein digitaler Bildschirm zeigt alle Bildfehler und Schwächen des analogen Fernsehsignals ausnahmslos dann auf. Als Test kann man ein analoges Kabel-Programm direkt aus der Kabeldose auf einem modernen Fernseher einschlaten. Und das sieht nicht wirklich schön aus.

Röhrenfernseher arbeiten nach dem Interlaced-Verfahren (Zeilensprungverfahren) mit Halbbildern, die bei der Darstellung vom Frsn. Das analoge Bildsignal wird ebenfalls in der gleichen Bildauflösung gesendet, wie es die Elektronikstrahlen im Röhrenfernseher (CRT) später darstellen. Bei der normalen PAL-Auflösung sind es 576i (544/720 x 576 Pixel). Eventuell das Bildformat in 4:3 oder 16:9 Format muss der Röhrenfernseher noch anpassen. Ein Deinterlacing entfällt aber. Also das Zusammensetzen der Halbbilder wieder in Vollbilder.

Technik der LCD- und Plasma-Fernseher

Flüssigkristalle der LCD-Fernseher sind träger als Plasmazellen. Plasma-TV wurden für schnelle Bildbewegungen bei einer natürlicher Farbwiedergabe entwickelt. Die Reaktionszeit (in ms) bei einem LCD-TV ist deswegen höher, als bei einem Plasma-TV. Mittlerweile sind aber die Hersteller bei der LCD-Technik sehr weit voran geschritten und liefern ein wunderbares und auch schnelles Bild. Je nach Modell und Hersteller natülich. Zukünftige LED-LCD (LED-Backlight) werden den Markt erobern. Und in ein paar Jahren OLED-TV vielleicht LCD-TV ablösen.

Digitale Bildschirme stellen das Fernsehbild grundsätzlich in 16:9 (Breitbildformat) mit Vollbildern im Progressive-Verfahren dar und besitzen eine native Bildauflösung mit so genannten Pixeln (Bildpunkten). Jeder Pixel – je nach Bildtechnik – wird einzeln beleuchtet. Ein Pixel besteht aus 3 Subpixel mit den jeweiligen Grundfarben: Rot, Blau und Grün.

Drei Probleme stehen vor der digitalen Fernsehwelt! Andere Auflösungen müssen durch die interne Elektronik auf die native Bildauflösung des Flachbildfernsehers immer umgerechnet und meist auch noch in Vollbilder umgewandelt (Deinterlacing) werden, sofern ein Interlaced-Signal wie z.B. mit 1080i am Fernseher eingeht. Das ist aber nicht alles. Das Bildformat muss eventuell auch intern angepasst werden. Zwar können digitale Receiver die meiste Arbeit dem Flachbildfernseher abnehmen, aber überwiegend ist die Elektronik des Flachbildfernsehers denen überlegen.

Bei einem LCD-TV mit Full-HD-Auflösung (1080p/i 1920×1080 Pixel) muss das Bild nicht umständlich umgerechnet werden, wenn ein HDTV-Sender mit 1080i (1920×1080 Pixel) sendet. So die Theorie! Aber nur bei HDTV-Sendern, die auch mit 1080i senden. Anixe HD, ARTE HD, Premiere HD und Discovery HD sind das zur Zeit in Deutschland und auch überwiegend andere in Europa. Allerdings senden ARTE HD, ORF1 HD, EinsFestival HD bei den Showcases und vor allem zukünftig die ARD und ZDF mit 720p. Welches Vorteile bei schnellen dynamischen Bildern besitzt, aber minimal leichte Nachteile bei der Tiefenschärfe aufgrund weniger Pixel gegenüber 1080i.

Probleme bei der Darstellung von HDTV

Leider werden mit 1080i in Wirklichkeit dem Flachbildfernseher nur umständlich 25 Halbbilder im Zeilensprungverfahren geliefert. Der Digital-TV benötigt aber 50 (PAL) oder 60 (NTSC in Nordamerika und Japan) Vollbilder. Das Zusammenfügen der Halbbilder wird auch als Deinterlacing bezeichnet. Diese Halbbilder muss der TV jetzt wieder umständlich zusammenfügen, Zeile für Zeile. Dadurch geht Qualität verloren und gerade bei sehr schnellen Kamerabewegungen, werden Bildfehler in Form von Treppenstufen/Linien sichtbar. Das ist der Knackpunkt und auch das größte Problem der modernen Flachbildfernseher.

Das Bildformat wird bei HDTV-Sendern immer im 16:9-Format gesendet, auch wenn es vielleicht nicht immer so aussieht, da seitlich schwarze Balken vorhanden sind. Diese entstehen durch die Umwandlung des Bildformates sowie bei der Hochrechnung des Sendematerials im Studio auf die HDTV-Auflösung von 1080i oder 720p.

720p liefert bei Bewegung die besseren Bilder

Der zunächst als am gravierendsten erscheinende Unterschied zwischen den beiden HDTV-Formaten, ist deren grafische Auflösung, also die Anzahl der Bildpunkte. Das häufig angeführte Argument, bei 1080i stehen angeblich mehr Bildpunkte zur Verfügung und liefere daher ein qualitativ besseres Bild, ist nicht zutreffend, wenn es um schnelle Bildbewegungen geht.

Denn: 1080i mit höherer Detailauflösung stimmt nur für Standbilder oder ruhige Aufnahmen. Beim Fernsehen werden aber bewegte Bilder übertragen. Im Format 1080i werden pro Sekunde 50 Halbbilder mit jeweils nur 540 Zeilen, beim Format 720p jedoch immer 50 Vollbilder mit 720 Zeilen übertragen (deshalb die formale Schreibweise 720p/50).

Bei 720p werden also doppelt so viele Vollbilder pro Sekunde übertragen wie bei 1080i: Dieses Format löst die Bewegungen deutlich feiner auf und der Schärfeeindruck bewegter Szenen ist besser. Für das Bewegtbild des Fernsehens liefert das Format 720p somit tatsächlich eine bessere Bildqualität als 1080i.
Optimaler wäre natürlich 1080p mit Vollbildern wie bei einer Blu-ray disc.

Die Übertragung auf Basis von Halbbildern, wie sie beim HDTV-Format 1080i benutzt wird (i=“interlaced“, englisch für Zeilensprung), setzt auf das veraltete Zeilensprungverfahren auf, das ursprünglich für das herkömmliche Standardfernsehen (SDTV) entwickelt wurde. Alle Flachbildschirme stellen Bilder aber grundsätzlich als Vollbilder dar.

Diese progressive Darstellungsweise von Bildinhalten im Format 1080i erfordert in den Geräten einen als „De-Interlacing“ bezeichneten Verarbeitungsschritt, der aus Halbbildern wieder die entsprechenden Vollbilder berechnet. Vor allem bei der Darstellung von sich bewegenden Objekten und Kameraschwenks kann dies zu deutlicher Unschärfe und zu einer tatsächlichen Auflösung führen, die im Extremfall nur noch bei der Hälfte der nominellen Zeilenanzahl (also 540 Zeilen) liegt.

Das 720p-Format (p= progressiv, englisch für Vollbild) nutzt hingegen die volle zeitliche Auflösung und liefert dem Bildschirm 50 Vollbilder (mit 720 Zeilen) pro Sekunde. Ein De-Interlacing ist nicht erforderlich und Bewegungsartefakte, wie sie beim Interlaced-Format vorkommen, existieren bei der progressiven Darstellung nicht.

Auf den Bildeindruck kommt es an
Entscheidend bei der Wahl des 720p-Formates waren letztlich umfangreiche Tests nach international genormten Standards, die vom Institut für Rundfunktechnik (IRT in München), der Europäischen Rundfunkunion (EBU in Genf) und dem ZDF unabhängig voneinander durchgeführt wurden. In den Tests wurden Probanden Bildinhalte in beiden HDTV-Bildformaten gezeigt, und wurde nach einer (subjektiven) Bildqualitätsbeurteilung gefragt.

Aufgrund des natürlichen Auflösungsvermögens des menschlichen Auges wird die hohe Auflösung erst ab einer bestimmten Bildschirmgröße bzw. bei einem bestimmten Betrachtungsabstand erkennbar. Die genannten Tests berücksichtigten daher Bildschirmgrößen bis 50“ beim für HDTV üblichen Betrachtungsabstand, der die dreifache Bildhöhe beträgt.

Die Tests zeigen eindeutig, dass die im 720p-Format dargestellten Bilder dem Zuschauer bei gleicher Distributionsdatenrate besser gefallen. Die Empfehlung der EBU zum 720p-Format stützt sich auf diese Ergebnisse. Des Weiteren zeigt sich, dass sich progressive Bilder effizienter kodieren lassen: bei gleicher Datenrate kann also ein 720p-Bild mit höherer Qualität kodiert werden. Alternativ kann natürlich die Bandbreitenersparnis in der Übertragung genutzt werden um mehr Programme in einem Kanal zu übertragen.

In den Tests konnte dieser Vorteil für das 720p-Format verifiziert werden, da hierbei selbst bei etwas niedrigerer Datenrate als bei 1080i ein schärferer Bildeindruck übermittelt wird.
(Quelle: ZDF.de)

Ein weiterer und wichtiger Faktor ist die Übertragungsrate (Bitrate / Sekunde). Also mit welcher Datenrate in MBit/s gemessen, ein TV-Sender sein Programm über den Satelliten zum Zuschauer überträgt. Kabelfernsehen wird übrigens auch von Satelliten geliefert und an den Kopfstationen der Kabelnetzbetreiber eingespeist.

Das digitale TV-Signal wird via dem DVB-Protokoll (Digital Video Broadcasting) übertragen. Unterschiede gibt es in Form von: DVB-C für Kabelfernsehen, DVB-T für das Antennenfernsehen und dem Sat-TV mit DVB-S (SDTV) oder DVB-S2 (HDTV). Wenn die Bitrate sehr niedrig ist, wird das Bild beim Empfänger auch nicht in hoher Qualität ankommen und Artefakte oder ein schwammiges Bild zeigen.

Aber nicht nur die Übertragungsrate (Bitrate) ist von Entscheidung, auch das Sendematerial ist von hoher Wichtigkeit. Beim HDTV-Empfang haben wir zwei Probleme. Es existieren zwei unterschiedliche Bildauflösungen: 720p (1280×720 mit 50 Vollbildern) und 1080i (1920×1080 mit 25 Halbbildern).

Warum wird nicht gleich mit 1080p bei 50 Vollbildern übertragen? – Weil die Übertragungsrate für aktuelle Satellitentransponder nicht ausreichen würde. Auch die Kosten der TV-Sender würden enorm dadurch ansteigen.

Um die starken Unterschiede bei der Sendequalität darzustellen, wurde von einem HDTV-Satelliten-Receiver der direkte DVB-Transport-Stream, also das >Videosignal unverfälscht aufgezeichnet und mit Screenshots zum Veranschaulichen hier eingefügt (klicken für Großansicht). Die HDTV-Sender findet ihr weiter unten.

SDTV-Sender (PAL) – DVB-S

Das Erste – ARD

DVB-S – MPEG-2 – 720x576i – Bitrate: ~ ca. 6,5 Mbit/s

ARD
ARD

ZDF

DVB-S – MPEG-2 – 720x576i – Bitrate: ~5,5 Mbit/s

ZDF
ZDF

WDR Regional

DVB-S – MPEG-2 – 544x576i – Bitrate: ~6,5 Mbit/s

WDR
WDR

SWR

DVB-S – MPEG-2 – 720x576i – Bitrate: ~6,5 Mbit/s

SWR
SWR

Das Vierte

DVB-S – MPEG-2 – 720x576i – Bitrate: ~3 Mbit/s

DAS VIERTE
DAS VIERTE

VOX

DVB-S – MPEG-2 – 720x576i – Bitrate: ~3,5 Mbit/s

VOX
VOX

RTL

DVB-S – MPEG-2 – 720x576i – Bitrate: ~4 Mbit/s

RTL
RTL

ProSieben

DVB-S – MPEG-2 – 720x576i – Bitrate: ~4,5 Mbit/s

Pro7
Pro7

SAT.1

DVB-S – MPEG-2 – 720x576i – Bitrate: ~4,5 Mbit/s

Sat.1
SAT.1

MTV

DVB-S – MPEG-2 – 544x576i – Bitrate: ~2,5 Mbit/s

MTV
MTV

HDTV-Sender – DVB-S / DVB-S2

Anixe HD

DVB-S2 – MPEG-4 AVC / H.264 – 1920x1080i – Bitrate: ~8,5 – 10 Mbit/s

Anixe HD
Anixe HD

ARTE HD

DVB-S2 – MPEG-4 AVC / H.264 – 1280x720p – Bitrate: ~9 – 12 Mbit/s

ARTE HD
Arte HD

ASTRA HD+

DVB-S2 – MPEG-4 AVC / H.264 – 1920x1080i – Bitrate: ~13 Mbit/s

ASTRA HD+
ASTRA HD+

ASTRA HD Demo

DVB-S2 – MPEG-4 AVC / H.264 – 1920x1080i – Bitrate: ~10 Mbit/s

ASTRA HD Demo
ASTRA HD Demo

BBC HD

DVB-S – MPEG-4 AVC / H.264 – 1440x1080i – Bitrate: ~16 Mbit/s

BBC HD
BBC HD

Bebe TV HD

DVB-S2 – MPEG-4 AVC / H.264 – 1920x1080i

Bebe TV HD
Bebe TV HD

Discovery HD

DVB-S2 – MPEG-4 AVC / H.264 – 1920x1080i – Bitrate: ~12 – 13 Mbit/s

Discovery HD
Discovery HD

EinsFestival HD (Showcase)

DVB-S – MPEG-4 AVC / H.264 – 1280x720p – Bitrate: ~9 – 12 Mbit/s

EinsFestival HD
EinsFestival HD

Eurosport HD

DVB-S2 – MPEG-4 AVC / H.264 – 1920x1080i

Eurosport HD
Eurosport HD

Fashion TV HD

DVB-S2 – MPEG-4 AVC / H.264 – 1920x1080i

Fashion TV HD
Fashion TV HD

Filmbox HD

DVB-S2 – MPEG-4 AVC / H.264 – 1920x1080i

Filmbox HD
Filmbox HD

HBO HD

DVB-S2 – MPEG-4 AVC / H.264 – 1920x1080i

HBO HD
HBO HD

HD Suisse

DVB-S2 – MPEG-4 AVC / H.264 – 1280x720p – Bitrate: ~8,5 – 12 Mbit/s

HD Suisse
HD Suisse

History Channel HD

DVB-S2 – MPEG-4 AVC / H.264 – 1920x1080i

The History Channel HD
The History Channel HD

LUXE.TV HD

DVB-S2 – MPEG-4 AVC / H.264 – 1280x1080i

Luxe TV HD
Luxe.TV HD

m1 HD

DVB-S2 – MPEG-4 AVC / H.264 – 1920x1080i

m1 HD
m1 HD

Melody Zen.TV HD

DVB-S2 – MPEG-4 AVC / H.264 – 1920x1080i

MelodyZen HD
MelodyZen HD

MusicMax HD

DVB-S2 – MPEG-4 AVC / H.264 – 1920x1080i

MusicMax HD
MusicMax HD

National Geographic Channel HD

DVB-S2 – MPEG-4 AVC / H.264 – 1920x1080i

National Geographic Channel HD
National Geographic Channel HD

Premiere HD

DVB-S2 – MPEG-4 AVC / H.264 – 1920x1080i – Bitrate: ~8 – 9 Mbit/s

Premiere HD
Premiere HD

Simul HD

DVB-S2 – MPEG-4 AVC / H.264 – 1280x720p – Bitrate: ~12 Mbit/s

Simul HD
Simul HD

Anmerkung: Zu 100% kann die originale Bildqualität mit komprimierten JPEG-Bildern hier nicht dargestellt werden. Diese variiert auch nach dem jeweiligen Sendematerial! Vielen Dank an Chris und Patric für das Bildmaterial (AT/CH).

Es sind also zusammenfassend viele Faktoren von Entscheidung, wie die HDTV-Bildqualität beim Zuschauer ankommt. Der bester Fernseher bringt nichts, wenn die Receiver oder TV-Sender eine schlechte Qualität liefern.

2 Antworten auf „HDTV-Bildqualität“

  1. Schöne Übersicht!
    Ein Vorschlag: Um die Bitrate konstant zu halten, wird unterschiedlich starkes Zero Byte stuffing betrieben.
    Man kann den mpeg-ts bereinigen, indem man zum Beispiel in mkv ummuxt.
    Vielleicht kannst du die „echten“ Bitrates dahingehend aktualisieren.

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