Summerday
01.08.2008, 23:45
HDTV Technik, Auflösungen, Kompression und Standards
Die Bezeichnung HDTV steht für High Definition Television. Die Übertragung und der Empfang von hochauflösenden digitalen Fernsehbildern leitet eine Revolution in der Fernsehwelt ein. High definition Bilder haben verglichen mit dem herkömmlichen PAL Format eine bis zu 5xfach höhere Auflösung, was in einer sehr hohen Detailgenauigkeit und Bildschärfe resultiert.
Einführung:
Am High Definition Fernsehen wird seit Jahrzehnten geforscht. In Europa hat der HDTV Start verzögert im Jahr 2004 mit der Ausstrahlung von vereinzelten Großevents in hoher Auflösung stattgefunden. Der eigentliche Start des HDTV´s fiel in die erste Hälfte des Jahres 2006, beflügelt von der in high definition ausgestrahlten Fussball WM in Deutschland. Der Verkauf von LCD und Plasma TV Geräten hat in den letzten Monaten rasant an Fahrt zugenommen. Doch noch ist das Angebot an HD Material, das von TV-Sendern ausgestrahlt wird, gering. Politische Rahmenbedingen, wie die von der EU beschlossene Umstellung von analogem zu digitalem Fernsehen bis zum Jahr 2012, ebnen den Pfad für die HDTV Revolution.
Technik und Auflösung:
Die Internationale Fernmeldeunion definiert „high definition“ Fernsehen mit den beiden HDTV Standards 720p und 1080i. Die Herauskristallisierung eines einheitlichen Standards lässt noch auf sich warten. Die European Broadcasting Union (EBU) empfiehlt kurzfristig den 720p Standard einzuführen und längerfristig auf den 1080p Standard zu setzen.
Verallgemeinert ausgedrückt gibt es vier mögliche HDTV Formate; 720p, 1080i, 1125i und 1250i, wobei die 720p und 1080i Standards marktreife erlangt haben. Die Bezeichnung „high definition“ kann sich sowohl auf die Auflösung als auch auf die verwendeten Medien mit HD Eigenschaften beziehen.
720p
Der HD Standard 720p steht für die native vertikale Wiedergabe von 720 Bildpunkten mit dem Vollbildverfahren (progressive). Hierbei wird jede Zeile sequentiell beschrieben. Bei 50 Hz bzw. 60 Hz. Bildwiederholungsrate werden 50 bzw. 60 Vollbilder pro Sekunde dargestellt. Dieses Verfahren stellt höhere Anforderungen an die Technik, wird allerdings als angenehmer für das menschliche Auge empfunden. Mit einer Auflösung von 1280x720 können bis zu 926 660 Bildpunkte auf dem Display angezeigt werden.
1080i
Der 1080i Standard ist in der Lage 1080 Bildpunkte vertikal und nativ darzustellen, dabei wird das Zeilensprungverfahren (interlaced) benutzt. Es wird immer die übernächste Zeile des Bildes beschrieben, dadurch werden 50 bzw. 60 Halbbilder pro Sekunde dargestellt. Die maximale Auflösung von 1920x1080 erlaubt eine maximale Bildpunktezahl von 2 072 600 auf dem Display.
Durch die physiologischen Eigenschaften des Auges und das Nachleuchten des Bildpunktes empfindet das Auge ein vollständiges Bild.
Momentan führen die beiden Standards 720p und 1080i eine Koexistenz. Deshalb wird eine Kombination der momentan koexistenten Verfahren die bestmögliche Lösung sein, welche auf lange Sicht von der EBU mit dem HDTV Standard 1080p definiert ist. Die Industrie berücksichtigt die Koexistenz der Standards 720p und 1080i. Die meisten Geräte können beide HDTV Bilder wiedergeben. Obwohl der 1080i Standard über eine höhere Auflösung verfügt, ergaben verschiedene Tests, dass das 720p Bild als vergleichbar detailreich eingestuft wird. Bei deutlich größeren Displays jenseits der 1 Meter Bilddiagonalen bevorzugen Testpersonen wiederum das höher auflösende Bild des 1080i Standards.
Bildformat
Das Seitenverhältnis der HDTV Formate beträgt 16:9. Gegenüber dem im Moment üblichen 4:3 Format ist das 16:9 Format rund 33% breiter. Das größere Format wird vom menschlichen Auge als angenehmer empfunden, da es langsamer ermüdet und weniger „wandern“ muss. Durch das 16:9 Format kann der Zuschauer vielmehr Details auf dem Bildschirm erfassen. In der Praxis müssen die HD Bilder oft entzerrt werden, wodurch in tatsächlichen Auflösungen bei 1080 Zeilen nur 1440 Punkte statt 1920 Punkte dargestellt werden und bei 720 Zeilen nur 960 Punkte statt 1280 Punkte zur Verfügung stehen. Dieser Schärfeverlust kann durch mastering ausgeglichen werden.
Kompression & Übertragungsstandards:
Als Grundlage zum Empfang von HDTV werden im nachfolgenden Text die drei wichtigsten Übertragungsstandards näher definiert: MPEG 4, H.264/AVC und DVB-S2.
MPEG 4
Die Motion Picture Expert Group (MPEG) erarbeitet verschiedene Standards für die Kompression von Video- und Audiodaten. Das Ergebnis sind der MPEG 2 und der modernere MPEG 4 Codec, welche u.a. bei HDTV zum Einsatz kommen. Der MPEG 4 Codec hat die bislang effizienteste Kompressionsrate. Sendeanstalten, die ihr Programm in HD Qualität senden, entscheiden sich in der Regel für einen festgelegten Kompressionsstandard. Die Video-und Audiodaten des Senders werden dann mit dem gewählten Codec komprimiert. Der Endnutzer benötigt einen speziellen Receiver, um die komprimierten Daten zu entschlüsseln.
H.264/AVC
H.264/AVC (Advanced Video Codec) ist eine Weiterentwicklung des MPEG 4 Standards und wird auch als MPEG 4/AVC bezeichnet. Dieser Übertragungsstandard hat doppelt so hohe Kompressionswerte wie der ältere MPEG 4 Codec, wodurch eine bessere Bildqualität gewährleistet werden kann. Neben der verbesserten Bildqualität ist dieser Advanced Video Codec vielfach einsetzbar; z.B. bei UMTS Handys, HDTV, HD DVD´s und Pocket PC´s.
DVB-S2
DVB-S2 (Digital Video Broadcast – Sattelite) ist ein Übertragungsstandard der zwischen Satellit und Receiver des Empfängers agiert. Es ist möglich sowohl MPEG 2 als auch MPEG 4 Signale zu übertragen und wird vor allem bei den modernen IP basierenden benutzt. Ein zukunftssicherer HDTV Receiver sollte daher MPEG4/H.264/AVC Komprimierungen entschlüsseln können, sowie den DVB-S2 Standard empfangen können.
Kopierschutz
HDCP (High Bandwidth Digital Content Protection) ist ein spezieller Kopierschutz, der bei der HDTV Technologie zum Einsatz kommt. Aufgrund der digitalen Bildübertragung der high definition Bilder hat die Filmindustrie auf einen allgemeinen Kopierschutz bestanden, um ihre Copyrights an Filmen und Serien zu schützen. HDCP ist speziell für die digitalen Anschlüsse DVI und HDMI konstruiert worden. Sowohl HD Receiver als auch das HDTV Fernsehgerät müssen den HDCP Kopierschutz unterstützen, ansonsten bleibt der Bildschirm schwarz. Wenn die Geräte kompatibel sind, ist eine Aufzeichnung von Video-und Audiodaten nur eingeschränkt bis gar nicht möglich. Es zeichnet sich ab, dass der Nutzer in naher Zukunft nicht mehr Sendungen beliebig aufnehmen kann.
Die Bezeichnung HDTV steht für High Definition Television. Die Übertragung und der Empfang von hochauflösenden digitalen Fernsehbildern leitet eine Revolution in der Fernsehwelt ein. High definition Bilder haben verglichen mit dem herkömmlichen PAL Format eine bis zu 5xfach höhere Auflösung, was in einer sehr hohen Detailgenauigkeit und Bildschärfe resultiert.
Einführung:
Am High Definition Fernsehen wird seit Jahrzehnten geforscht. In Europa hat der HDTV Start verzögert im Jahr 2004 mit der Ausstrahlung von vereinzelten Großevents in hoher Auflösung stattgefunden. Der eigentliche Start des HDTV´s fiel in die erste Hälfte des Jahres 2006, beflügelt von der in high definition ausgestrahlten Fussball WM in Deutschland. Der Verkauf von LCD und Plasma TV Geräten hat in den letzten Monaten rasant an Fahrt zugenommen. Doch noch ist das Angebot an HD Material, das von TV-Sendern ausgestrahlt wird, gering. Politische Rahmenbedingen, wie die von der EU beschlossene Umstellung von analogem zu digitalem Fernsehen bis zum Jahr 2012, ebnen den Pfad für die HDTV Revolution.
Technik und Auflösung:
Die Internationale Fernmeldeunion definiert „high definition“ Fernsehen mit den beiden HDTV Standards 720p und 1080i. Die Herauskristallisierung eines einheitlichen Standards lässt noch auf sich warten. Die European Broadcasting Union (EBU) empfiehlt kurzfristig den 720p Standard einzuführen und längerfristig auf den 1080p Standard zu setzen.
Verallgemeinert ausgedrückt gibt es vier mögliche HDTV Formate; 720p, 1080i, 1125i und 1250i, wobei die 720p und 1080i Standards marktreife erlangt haben. Die Bezeichnung „high definition“ kann sich sowohl auf die Auflösung als auch auf die verwendeten Medien mit HD Eigenschaften beziehen.
720p
Der HD Standard 720p steht für die native vertikale Wiedergabe von 720 Bildpunkten mit dem Vollbildverfahren (progressive). Hierbei wird jede Zeile sequentiell beschrieben. Bei 50 Hz bzw. 60 Hz. Bildwiederholungsrate werden 50 bzw. 60 Vollbilder pro Sekunde dargestellt. Dieses Verfahren stellt höhere Anforderungen an die Technik, wird allerdings als angenehmer für das menschliche Auge empfunden. Mit einer Auflösung von 1280x720 können bis zu 926 660 Bildpunkte auf dem Display angezeigt werden.
1080i
Der 1080i Standard ist in der Lage 1080 Bildpunkte vertikal und nativ darzustellen, dabei wird das Zeilensprungverfahren (interlaced) benutzt. Es wird immer die übernächste Zeile des Bildes beschrieben, dadurch werden 50 bzw. 60 Halbbilder pro Sekunde dargestellt. Die maximale Auflösung von 1920x1080 erlaubt eine maximale Bildpunktezahl von 2 072 600 auf dem Display.
Durch die physiologischen Eigenschaften des Auges und das Nachleuchten des Bildpunktes empfindet das Auge ein vollständiges Bild.
Momentan führen die beiden Standards 720p und 1080i eine Koexistenz. Deshalb wird eine Kombination der momentan koexistenten Verfahren die bestmögliche Lösung sein, welche auf lange Sicht von der EBU mit dem HDTV Standard 1080p definiert ist. Die Industrie berücksichtigt die Koexistenz der Standards 720p und 1080i. Die meisten Geräte können beide HDTV Bilder wiedergeben. Obwohl der 1080i Standard über eine höhere Auflösung verfügt, ergaben verschiedene Tests, dass das 720p Bild als vergleichbar detailreich eingestuft wird. Bei deutlich größeren Displays jenseits der 1 Meter Bilddiagonalen bevorzugen Testpersonen wiederum das höher auflösende Bild des 1080i Standards.
Bildformat
Das Seitenverhältnis der HDTV Formate beträgt 16:9. Gegenüber dem im Moment üblichen 4:3 Format ist das 16:9 Format rund 33% breiter. Das größere Format wird vom menschlichen Auge als angenehmer empfunden, da es langsamer ermüdet und weniger „wandern“ muss. Durch das 16:9 Format kann der Zuschauer vielmehr Details auf dem Bildschirm erfassen. In der Praxis müssen die HD Bilder oft entzerrt werden, wodurch in tatsächlichen Auflösungen bei 1080 Zeilen nur 1440 Punkte statt 1920 Punkte dargestellt werden und bei 720 Zeilen nur 960 Punkte statt 1280 Punkte zur Verfügung stehen. Dieser Schärfeverlust kann durch mastering ausgeglichen werden.
Kompression & Übertragungsstandards:
Als Grundlage zum Empfang von HDTV werden im nachfolgenden Text die drei wichtigsten Übertragungsstandards näher definiert: MPEG 4, H.264/AVC und DVB-S2.
MPEG 4
Die Motion Picture Expert Group (MPEG) erarbeitet verschiedene Standards für die Kompression von Video- und Audiodaten. Das Ergebnis sind der MPEG 2 und der modernere MPEG 4 Codec, welche u.a. bei HDTV zum Einsatz kommen. Der MPEG 4 Codec hat die bislang effizienteste Kompressionsrate. Sendeanstalten, die ihr Programm in HD Qualität senden, entscheiden sich in der Regel für einen festgelegten Kompressionsstandard. Die Video-und Audiodaten des Senders werden dann mit dem gewählten Codec komprimiert. Der Endnutzer benötigt einen speziellen Receiver, um die komprimierten Daten zu entschlüsseln.
H.264/AVC
H.264/AVC (Advanced Video Codec) ist eine Weiterentwicklung des MPEG 4 Standards und wird auch als MPEG 4/AVC bezeichnet. Dieser Übertragungsstandard hat doppelt so hohe Kompressionswerte wie der ältere MPEG 4 Codec, wodurch eine bessere Bildqualität gewährleistet werden kann. Neben der verbesserten Bildqualität ist dieser Advanced Video Codec vielfach einsetzbar; z.B. bei UMTS Handys, HDTV, HD DVD´s und Pocket PC´s.
DVB-S2
DVB-S2 (Digital Video Broadcast – Sattelite) ist ein Übertragungsstandard der zwischen Satellit und Receiver des Empfängers agiert. Es ist möglich sowohl MPEG 2 als auch MPEG 4 Signale zu übertragen und wird vor allem bei den modernen IP basierenden benutzt. Ein zukunftssicherer HDTV Receiver sollte daher MPEG4/H.264/AVC Komprimierungen entschlüsseln können, sowie den DVB-S2 Standard empfangen können.
Kopierschutz
HDCP (High Bandwidth Digital Content Protection) ist ein spezieller Kopierschutz, der bei der HDTV Technologie zum Einsatz kommt. Aufgrund der digitalen Bildübertragung der high definition Bilder hat die Filmindustrie auf einen allgemeinen Kopierschutz bestanden, um ihre Copyrights an Filmen und Serien zu schützen. HDCP ist speziell für die digitalen Anschlüsse DVI und HDMI konstruiert worden. Sowohl HD Receiver als auch das HDTV Fernsehgerät müssen den HDCP Kopierschutz unterstützen, ansonsten bleibt der Bildschirm schwarz. Wenn die Geräte kompatibel sind, ist eine Aufzeichnung von Video-und Audiodaten nur eingeschränkt bis gar nicht möglich. Es zeichnet sich ab, dass der Nutzer in naher Zukunft nicht mehr Sendungen beliebig aufnehmen kann.