DCI, QFHD, UHD, UHD-1 oder 4K?

4K ist nicht 4K

Hinter dem Schlagwort „4K“ verbergen sich sowohl technische wie auch kreative Herausforderungen, bis der vom Künstler oder Kunden gewünschte Eindruck in voller Schönheit erstrahlt. In einer mehrteiligen Serie widmen wir uns den Grundlagen und lassen Stimmen und Erfahrungen aus der Branche zu Wort kommen.

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(Bild: Heindesign)

4K ist momentan in aller Munde, spätestens seit der massiven Bandenwerbung während der Fußball-Weltmeisterschaft in Brasilien dürften nicht nur Fachleute das Kürzel kennen. Fragt man in der Branche derzeit nach Planungen oder gar Erfahrungen mit oder um das 4K-Thema, beeindruckt zunächst einmal die riesige Spannweite verschiedenster Antworten; die Palette reicht von: „Dazu haben wir uns noch keine Gedanken gemacht“ bis hin zu „Kein Problem – machen wir doch eigentlich lange schon.“ Andere wiederum kontern mit Gegenfragen: „4K, wozu braucht man das?“, „Was bringt uns das?“ oder „Woher soll denn der passende Content kommen?“

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Es lassen sich also viele Parallelen zur Einführung von HD bzw. der Ablösung von SD durch HD ziehen, und der Übergang könnte ähnlich geschehen. Allerdings dürfte sich dieser Zeitraum ausdehnen, bis 4K in gleichem Ausmaß Akzeptanz erfährt wie einst HD: es heißt wie immer, Innovationen gegen Investitionen abzuwägen.

Vorausschauende Film- bzw. Videoproduktionsfirmen setzen durchaus heute schon auf die Erstellung von 4K-Content. Kein Wunder, denn die Kosten für die Aufrüstung halten sich hier – im Gegensatz zur Situation bei den Sendern – in Grenzen. Allerdings sind leistungsstarke Schnittsysteme, Monitore, Kameras und Archive für hohes Datenvolumen gefragt.

Das Videogame-Segment setzt selbstverständlich ebenfalls schon auf 4K, dort ist man ohnehin immer schnell von der Leine, wenn es um mehr Performance geht. Insgesamt dürften hier vergleichbare Vorzeichen wie in der Videobranche gelten.

Abseits der Unterhaltungsindustrie – in „ernstzunehmenden“ Bereichen wie der technischen Forschung / Dokumentation in der Medizin – ist die detailreiche Auflösung gefragt und bereits im professionellen Einsatz.

Nimmt man diese Märkte zusammen, dann zeichnet sich ab, was diese Technik an Mehrwert bringen kann, wozu man sie in der Veranstaltungsbranche einsetzen könnte, und woher der Content kommen kann: Die Sorge, wo der Content für meine Veranstaltung herkommen kann, ist eher unbegründet. Den Content zu liefern, sollte schon heute kein Problem sein.

Sind die Erstellung und Bearbeitung von 4K derzeit also einfacher als die 4K-Wiedergabe? Die Antwort ist ein „klares jein“, denn zumindest im Kino funktioniert 4K jetzt schon und auch für den Live-Markt sind einige Geräte verfügbar. Jedoch bringt die hohe Auflösung bei Abspielgeräten, wie Projektoren aktuell noch einen hohen Kostenaufwand mit sich.

Aus Sicht der Veranstaltungsbranche sind die einzelnen Kettenglieder in der 4K-Signalkette bisher noch unterschiedlich stark. Nicht alle Bildmischer, Scaler, Switcher und Projektoren sind auf die Datenflut, die 4K mit sich bringt, vorbereitet. Einige Hersteller entschärfen den Druck und bieten 4KUpgrades, um die Innovations- und Investitions-Spirale etwas abzubremsen.

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4K DCI (Digital Cinema Initiatives) mit einem Pixel-Verhältnis von 4.096 × 2.160 und einem Seitenverhältnis von 17:9, dieses Format ist historisch der Kinotechnik geschuldet (Bild: Heindesign)

DCI, QFHD, UHD, UHD-1 oder 4K?

4K steht zunächst einmal für eine höhere Auflösung – das ist richtig. Die höhere Auflösung ist auch die am besten geeignete Methode, um auf dem Consumer-Markt für die benötigte Aufmerksamkeit und das gewünschte Kaufverhalten zu sorgen. Aber das „schärfere Bild“, die „bessere Auflösung“ und „noch mehr Details“ sind nicht alles. 4K wird häufig (nur) als Verdoppelung der vertikalen und horizontalen HD-Auflösung, also 1.080 × 1.920, definiert, somit stehen vertikal 2.160 Bildpunkte und horizontal 3.840 Bildpunkte bereit. Die Zahl der Bildpunkte ist somit viermal höher als bei Full HD. Diese vier Mal so hohe Anzahl wird daher auch mit Quad Full HD oder mit dem Kürzel QFHD bezeichnet. Der Begriff 4K rundet also die 3.840 horizontalen Bildpunkte in diesem System zu 4.000 auf (k für kilo =1.000, es müsste also eigentlich besser „4k“ heißen).

UHD-1 – der Broadcast-Standard für die in Zukunft gewünschten 4K-Fernsehprogramme – nimmt dieses Raster als Formatgrundlage.

Aus dem Arbeitsbereich des Kinos bzw. des 35-mm-Films hingegen stammt eine weitere – wenn man so will die ursprüngliche – 4K-Definition. Im Gegensatz zur QFHD-Auflösung wird hier ein (etwas breiteres) Raster mit 4.096 × 2.160 definiert. Dies hat mit den historisch gewachsenen Seitenverhältnissen des Kinobildes zu tun. Aber auch hier wird wieder auf runde Zahlen gesetzt. 4K oder auch 4K DCI steht für die Digitalisierung des Filmbildes mit 4.000 × 2.200 Bildpunkten. Die so erreichten 8.800.000 Bildpunkte garantieren sogar eine höhere Auflösung, als sie durch eine feine Körnung und fotografische Emulsion eines 35-mmFilmmaterials erreicht werden kann. Der Vollständigkeit halber sei noch er – wähnt, dass das japanische Staatsfernsehen unter dem Arbeitstitel „Super Hi-Vision“ bereits mit einer Anzahl von 7.680 × 4.320 Bildpunkten und Bildfrequenzen bis 120 fps experimentiert; auf der IBC 2014 waren bereits Arbeitsproben zu sehen. Die beiden wichtigsten Definitionen für 4K sind daher:

  • 4K DCI (Digital Cinema Initiatives) mit einem Pixel-Verhältnis von 4.096 × 2.160 und einem Seitenverhältnis von 17:9. Dieses Format ist historisch der Kinotechnik geschuldet.
  • UHDTV 1 (Ultra High Definition Television 1) mit einem Pixel-Verhältnis von 3.840 × 2.160. Dies entspricht der Verdoppelung der HD-Pixel sowohl in der Höhe als auch der Breite. Das Seitenverhältnis ist hier 16:9.

Beide Normen arbeiten also jeweils mit 2.160 Zeilen, die Unterscheidung erfolgt durch die Pixelanzahl pro Zeile.

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UHDTV 1 (Ultra High Definition Television 1) mit einem Pixel-Verhältnis von 3.840 × 2.160 – dies entspricht der Verdoppelung der HD-Pixel so – wohl in der Höhe als auch der Breite, das Seitenverhältnis ist hier 16:9 (Bild: Heindesign)
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Anzahl der Pixel bei den gängigen Formaten und Auflösungen (Bild: Heindesign)

Weitere 4K-Faktoren: Bildfrequenz und Abtastung

Ein zweiter, wichtiger Punkt ist die erhöhte Framerate oder Bildfrequenz, denn im Gegensatz zu SD oder HD – wo mit 25 Hz oder 50 Hz gearbeitet wird – sind bei 4K Framerates von 30 oder 60 Hz möglich – (bzw. bis zu 120 fps). Das bedeutet, dass nicht nur durch die deutlich höhere Pixelanzahl, sondern auch durch die Framerate mehr Daten anfallen.

Eine Umstellung von 25 Hz auf 30 Hz bedeutet ein Fünftel mehr Bilder! Ein Aspekt also, der z. B. bei Rendering-Zeiten beachtet werden sollte. Welchen Vorteil bringt diese höhere Bildfrequenz? Eine höhere Framerate ermöglicht eine deutlich bessere Darstellung von Bewegungsabläufen. Für einige 4K-Anwender erscheint dieser Aspekt durchaus wichtiger als die höhere Pixel-Auflösung (Fußballfans dürften dazu sofort die beeindruckenden Slow-Motion-Einspielungen während der Weltmeisterschaft einfallen).

Dritter relevanter Punkt ist: 4 K bietet unterschiedliche Abtastfrequenz-Verhältnisse bei der A/D-Wandlung des Luminanzsignals (mit 13,5 MHz) und der beiden Farbdifferenzsignale (jeweils 6,75 MHz) zu einen digitalen Komponentensignal. Neben dem 4:2:2 System, das als Standard für SDI-Signale dient, sind 4:2:0 und 4:4:4 Abtastung möglich.

Darüber hinaus sind 8-, 10- und 12-BitQuantisierungen möglich. Dies führt zu einer deutlich besseren Wiedergabequalität: Mit 8 Bit können 256 Graustufen dargestellt werden bzw. eine Palette von 256 Farben. Bei einer 10-Bit-Quantisierung sind rechnerisch bereits 1.024 Helligkeitsstufen/ Farben möglich und 12 Bit bringen es auf 4.096 Helligkeits- bzw. Farbnuancen. Die höhere Quantisierung führt zu besserer Bildqualität und einem größeren Farbspektrum. Aber das sind auch jede Menge Daten: Die Übertragung eines 4K-Signals erfordert einen physikalischen Layer, dessen Bandbreite groß genug ist, um die Bildfrequenz, die Farbtiefe und die jeweiligen Abtastfrequenz-Verhältnisse bei der A/D-Wandlung zu verarbeiten.

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