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In den letzten Jahren können wir uns zuhause am Fernseher, bei verschiedenen Streaming-Diensten und im Heimkinobereich ebenso an lebendigen und hochaufgelösten Bildern erfreuen, wie in grossen Kinosälen. Der Markt ist voll von 4K-Fernsehern, -Projektoren und -Displays. Oft hat man jedoch das Gefühl, dass die meisten Hersteller ihren Fokus bei der Entwicklung klar auf HDR-Technologien setzen, insbesondere in Broschüren, Werbeanzeigen oder -spots.
Offenbar ist HDR ein „Must have“, wenn es um die Auswahl eines neuen Fernsehers oder Displays geht. Aber was bewirkt HDR wirklich?
Um Ihnen die technischen Zusammenhänge rund um das Thema HDR zu vermitteln, setzt dieser Beitrag bei den Grundlagen an. Wir erläutern die wichtigen Zusammenhänge zwischen Bildqualität und Display- bzw. Projektionsqualität und hoffen, dass wir Ihnen auf diese Weise näherbringen, was HDR ist. Damit sind Sie für eine bedarfsorientierte Wahl von individuell geeigneten HDR-Fernsehern oder -Projektoren bestens gerüstet.
Einigen fällt sicherlich sofort der HDR-Modus ihrer Smartphone-Kamera ein, wenn das Stichwort „HDR“ fällt. Obgleich bei Smartphones derselbe Kurzbegriff benutzt wird, unterscheidet sich ihr HDR-Modus allerdings von der digitalen HDR-Fotografie und grundlegend von der HDR-Technologie in Fernsehern, Projektoren oder anderen Anzeigegeräten.
Die HDR-Bildbearbeitung digitaler Fotos bedient sich einer simplen, ursprünglich analogen Technik: von einem Motiv werden mehrere Bilder mit unterschiedlicher Belichtung aufgenommen. Von einem stark unterbelichteten Foto bis zu einem sehr hellen und überbelichteten Bild, werden alle Fotos für eine individuelle Bearbeitung von Tonwert, Helligkeit, Kontrast und Farbe ebenenweise übereinandergelegt und zu einem Gesamtbild mit starken Licht- und Schattenstimmungen, dynamischen Kontrasten und sehr viel Tiefe zusammenretuschiert. Mittlerweile gibt es dafür automatisierte Softwares, die diese Methode zum Teil schon sehr gut und eigenständig ausführen bzw. vorbereiten.
Die Smartphone-Kamera übernimmt diesen Job praktisch automatisiert und nimmt im HDR-Modus gleich mehrere Bilder mit unterschiedlicher Belichtung auf. Diese werden dann zu einem Bild mit einem deutlich höheren Dynamikumfang zusammengefasst, um unter- und überbelichtete Elemente des Originalbildes zu „fixieren“. Eine manuelle Einflussnahme, wie bei der digitalen Bildbearbeitung eines Fotos, ist hier nicht möglich.
HDR für Projektoren, Displays und Fernseher ist ein neuer Standard, der einen höheren Dynamikumfang („High Dynamic Range“), starke Kontraste und eine ausgewogene Darstellung von Farben, Lichtern und Schatten eines (Bewegt-) Bildes bietet. HDR ermöglicht eine deutlich wahrnehmbare Darstellung der Bilddetails und erhöht die optische Qualität eines Bildes in Bezug auf dessen Natürlichkeit und Authentizität.
HDR in der Digitalfotografie
HDR-Bild eines Fernsehers
Es geht um lebensechte Farben, naturgetreue Lichtsituationen und um echte, deutlich spürbare Emotionen!
Für Verbraucher ist bei der Auswahl des individuell am besten geeigneten (Wunsch-)Fernsehers, Computerbildschirms oder einem anderen Anzeigegerät sicherlich ein Kriterium besonders relevant: die jeweilige, hoffentlich „astreine“ Bildqualität.
Höhere Displayauflösungen, die auf dem Markt heiss diskutiert und zu einem ausschlaggebenden Kriterium heraufbeschworen werden, sind nicht unbedingt mit einer höheren Bildqualität gleichzusetzen.
Unsere physikalisch optische Wahrnehmung von Bildern setzt sich aus vier zentralen Faktoren zusammen: Helligkeit, Kontrast, Farbe und Schärfe. Durch unterschiedlich akzentuierte Farbnuancen und Kontraste wird nicht nur die gesamte Bildstimmung beeinflusst, sondern auch, was wir bei der Betrachtung des Bildes empfinden oder fühlen.
HDR („High Dynamic Range“) verleiht einem Bild standardmässig einen deutlich höheren Dynamikumfang, etwa gegenüber einem herkömmlichen Full-HD-Bild und bietet insbesondere auf modernen Displays eine besonders klare und akzentuierte Darstellung, vor allem durch die exakte Differenzierung stark belichteter Highlights und kontrastreicher Schatten eines Bildes. Helle Bildbereiche heben sich leuchtend aber präzise und klar definiert von dunkleren Bildbereichen ab, deren Tiefen satt, dunkel bis hin zu echtem schwarz definiert werden.
Das ursprüngliche und nicht HDR-verstärkte Originalbild wird auf diese Weise zu einem natürlichen, realitätsnahen und „fühlbaren“ Gesamtbild zusammengefügt, das ganz nah an das heranreicht, was wir physikalisch und natürlich mit unseren eigenen Augen sehen. HDR ist demzufolge ein Standard für den erweiterten Dynamikumfang eines Bildes.
Aber was bezeichnet den Dynamikumfang eines Bildes? Als Dynamikumfang bezeichnet man in diesem Zusammenhang das Verhältnis zwischen dem hellsten und dem dunkelsten (Bild-)Wert, den ein Fernseher, Bildschirm usw. anzeigen kann. Um den Dynamikumfang zu erhöhen, muss das Display hellere Bildbereiche heller und leuchtender, dunklere Bilder satter und dunkler darstellen können. Je weiter dieser Bereich ist und je mehr Farb-, Licht- und Kontrastakzente gesetzt werden, desto höher ist die Brillanz und Performance eines Displays.
Realistische HDR-Optimierung
Mangelhafte HDR-Verstärkung
HDR gleicht die Differenz zwischen besonders hellen „Lichtern“ und satten Kontrasten in den „Tiefen“ eines Bildes aus und gewährleistet über dessen gesamten Tonwertumfang, dass hellere Bildsegmente nicht „beschnitten“ werden oder „ausbrechen“ und fein akzentuierte Details auch in dunklen Bildbereichen noch klar zu erkennen sind.
Bevor wir erläutern, wie HDR die Bildqualität technisch verbessert, sollten wir kurz auf einen anderen Video-Standard eingehen. SDR („Standard Dynamic Range“) ist prinzipiell ein Mainstream-Standard für die Videoproduktion. Seien es Filmstudios, Produktionsfirmen oder Display-Hersteller – sie alle folgen diesem Standard, richten sich nach SDR-spezifischen Richtwerten und auch jeder normale Fernseher wird im SDR-Standard ausgeliefert.
Als die TV-Industrie begann, Qualitäts- und Auflösungsstandards festzulegen, steckte die Display-Technologie, wie wir sie heute kennen, noch in den Kinderschuhen. Soft- bzw. Hardware-basierte Lösungen gab es noch nicht oder sie standen nur sehr eingeschränkt zur Verfügung. Schon während der Konzeption und erst recht bei der Produktion der Geräte, wurden deshalb technische Abstriche gemacht, die besonders in der Bildqualität und -wirkung deutlich wurden.
Deutlich wurde dies primär bei der Helligkeit eines Bildes. Anfänglich war das Standardset für Fernseher auf eine maximale Helligkeit von 100 nits („nit“ = Candela/m²) beschränkt – dieser Standard sollte sich in den folgenden Jahrzehnten auch nicht mehr verändern und wurde kurzerhand beibehalten.
Zu dieser Zeit gab es schon TV-Bildschirme mit einer deutlich höheren Helligkeit von ca. 250 bis 400 nit – internationale Film- und Fernsehproduktionen arbeiteten allerdings immer noch nach dem „alten“ Standard. So wurden wichtige Bildinformationen und damit Stimmungen, Emotionen und Schlüsselmomente komprimiert und in einem sehr engen Helligkeitsbereich von 100 nit zusammengefasst. Die komprimierte Bildwirkung auf einem Display war damit nicht mehr realitätsnah und natürlich.
Im Vergleich zur SDR-Darstellung eines Bildes auf einem herkömmlichen TV-Gerät, bietet HDR einen deutlich grösseren Kontrastumfang, unglaublich viele Farbnuancen und dadurch auch mehr subtile Details, sowohl in hellen, als auch dunklen Bereichen des ganzen Bildes. So entsteht eine im Vergleich zu SDR deutlich höhere Bilddynamik und das Bild wirkt viel natürlicher und besonders originalgetreu. Aber Achtung, es gibt mehr als nur einen HDR-Standard!
Die zurzeit gängigen HDR-Standards sind primär HDR10 und HLG; bisher wird HDR10 hauptsächlich für UHD Blu-rays verwendet. NHK und die BBC verwenden hingegen den Fernsehstandard HLG. Daher sollten Sie bei der Auswahl eines TV-Gerätes oder Displays beachten, dass sowohl HDR10 als auch HLG unterstützt werden, um ihren individuellen HDR-Content optimal geniessen zu können.
HLG („Hybrid Log-Gamma“) ist ein HDR-Standard für Rundfunksignale. Metadaten der jeweiligen Inhalte werden nicht transportiert bzw. ignoriert, daher hängt es von der Performance des Anzeigedisplays ab, wie gut ein Bild dargestellt wird. HDR10 ist inzwischen in der Lage, die Metadaten des Contents mit dem Signal zu liefern. Sofern ein Display HDR10 unterstützt, werden die Metadaten ausgelesen, ein optimaler IC-Wert ermittelt und ein natürliches und dynamisches HDR-Bild ausgegeben.
HDR10 ist der zurzeit am weitesten verbreitete HDR-Standard. Fast alle HDR-fähigen Displays zeigen Content mittlerweile im HDR10-Standard an. HDR10 erzielt Helligkeitswerte von bis zu 1000 nit, also das Zehnfache des traditionellen SDR-Standards. Sofern ein Display also HDR10 unterstützt, können Sie sich auf eine farbechte, lebendige und realitätsnahe Bildwiedergabe freuen, dessen enorme Helligkeit der gesamten Bildwirkung zusätzlich zugute kommt.
Für die optimale Schärfe eines Bildes ist nicht nur die Gesamtauflösung entscheidend, den grössten Einfluss auf die Schärfe hat immer der Kontrast! Mit einem dynamischen und differenzierten Kontrast wirkt einfach jedes Bild gleich klarer und akzentuierter.
Ein höherer und zudem dynamischer Kontrastumfang zwischen dem hellsten und dunkelsten Punkt des Bildes definiert den Gesamteindruck für das menschliche Auge scharf, natürlich und exakt. Deshalb empfinden wir das Bild eines 4K HDR-Displays auch als besonders scharf, brillant und vor allem (subjektiv) besser aufgelöst, obgleich die Gesamtauflösung des Bildes überhaupt nicht angehoben wird. Der höhere Kontrast spielt unserem Sehnerv also einen Streich, der sich hinsichtlich des Bildeindrucks aber durchaus positiv auswirkt.
Die Stärken der HDR-Optimierung liegen klar in einer verbesserten Wiedergabe der Lichter und Tiefen eines Bildes. Aufwändig produzierte HDR-Inhalte verfügen ohnehin schon über einen sehr hohen Kontrastumfang. Für uns Hersteller gibt es daher nur zwei Optionen, wie unsere Anzeigegeräte und Displays noch mehr Kontrastumfang erzeugen können.
Einerseits kommt dafür eine Erhöhung der Helligkeit besonders hell und stark belichteter Bildsegmente in Frage, auf der anderen Seite aber eine Minimierung von Blitzern und (falschen) zu hellen Tonstufen in dunklen Bildbereichen. Es ist also notwendig, dass HDR-Displays grundsätzlich eine höhere maximale Helligkeit aufweisen, als herkömmliche Displays oder Fernseher ohne HDR-Option. Nur auf diese Weise wird der Kontrastumfang des HDR-Contents wirklich erhöht, der Fernseher oder das Display werden tatsächlich zu 100 % „HDR-fähig“ und bilden sämtliche Details des High-end-Contents scharf, lebensecht, dynamisch und fein akzentuiert ab.
Zeitgemässe digitale Kino- und Fotokameras haben in der Regel einen höheren Dynamikumfang als die aktuellen HDR-Display-Standards wiederzugeben vermögen – zusätzliche Einstellungen für eine optimale HDR-Darstellung des Bildes sind daher nicht erforderlich. Selbst Kopien älterer Filmproduktionen – 50 oder 60 Jahre alt – können heute sogar als „zeitgenössische“ HDR-Produktion hochskaliert, oder wie Fachleute es sagen „remastered“ werden. Sofern in Hollywood schon vor dem Dreh feststeht, dass die gesamte Produktion in HDR aufgenommen wird, muss der Kameramann extrem viel Acht auf eine ausgewogene und vorsichtige Belichtung der Szene geben, um eine Über- oder Unterbelichtung des Bildes zu vermeiden.
Stellen wir uns eine Szene vor, in der Dynamik, Details und Dramaturgie durch die Beschaffenheit einer Räumlichkeit erzeugt und gezeichnet werden sollen. Stellen wir uns jetzt vor, dass der Innenraum durch das Licht, welches durch ein seitliches Fenster fällt, aufgehellt werden soll. Bei einer herkömmlichen Video- oder Filmproduktion würde der Kameramann sicherlich entscheiden, mehr Licht durch die Fenster scheinen zu lassen, um einerseits optimale Lichtverhältnisse im Innenraum zu schaffen und andererseits zu verbergen, „was draussen vor sich geht“. Mit dieser traditionellen Technik wird der Bildbereich rund um das Fenster teilweise bewusst überzeichnet und überbelichtet, weshalb er in einem SDR-Bild gleissend hell und weiss erscheint. Leider wäre das für ein HDR-Bild mit deutlich mehr Dynamik und Kontrast viel zu hell. Das Bild verliert seine natürliche und lebendige Wirkung und damit seinen ästhetischen Wert.
Daher müssen filmische Vorlagen für HDR-Produktionen immer optimal auf unsere natürlichen Sehfähigkeiten abgestimmt, korrekt belichtet und möglichst naturgetreu aufgenommen werden, um am Ende zu einem dynamischen, kontrastreichen und beeindruckenden HDR-Bild zusammengefasst werden zu können. Neben einer präzisen und auf HDR abgestimmten Filmaufnahme, spielt auch der Prozess der Farbkorrektur eine entscheidende Rolle bei der Produktion exzellenter HDR-Bilder. Bei der Postproduktion muss der Editor daher sehr sorgfältig und sanft mit farblichen Details und Abstufungen umgehen, um die möglichst naturidentischen, lebendigen und satten Farben des Originalbildes vollständig wiederzugeben.
