Warum sieht ein TV-Programm auf dem PC-Monitor nicht gut aus? Bildverbesserer für Flachfernseher #####

Die Entwickler der heute noch gebräuchlichen analogen Fernsehübertragung haben das Fernseh-System nach dem damaligen Stand der Technik – den verfügbaren Bildaufnehmern und Bildröhren – angepasst. Moderne, hochauflösende Flachbildschime müssen dagegen aufwendig an die „altmodische“ Fernsehtechnik angepasst werden, um dem Zuschauer eine adäquate Bildqualität zu bieten.

Warum sieht ein TV-Programm auf dem PC-Monitor nicht gut aus?

Die Entwickler der heute noch gebräuchlichen analogen Fernsehübertragung haben das Fernseh-System nach dem damaligen Stand der Technik – den verfügbaren Bildaufnehmern und Bildröhren – angepasst. Moderne, hochauflösende Flachbildschime müssen dagegen aufwendig an die „altmodische“ Fernsehtechnik angepasst werden, um dem Zuschauer eine adäquate Bildqualität zu bieten.

Von der Fernsehkamera bis zum Bildschirm ist es ein langer Weg. Die Vielfalt der weltweit eingesetzten Aufnahmemodi, Formate, Speicher-Medien, Schnittstellen, Bearbeitungsmethoden und Kompressionsverfahren stellt ein Fernsehgerät vor die schwierige Aufgabe, den Bildinhalt – Farbe, Helligkeit und Kontrast – flimmerfrei mit unterschiedlichen Bildwiederholraten darzustellen. Dabei muss der Fernsehempfänger auch die verschiedenen Bildformate – das Spektrum reicht vom analogen 4:3-TV-Signal bis zum digitalen 16:9-HDTV-Signal – auf seinem Display so wiedergeben, dass sowohl der Zuschauer entspannt ein „unverfälschtes“ Programm genießen kann, als auch eine größtmögliche Treue zum ursprünglich gesendeten Bildinhalt gewahrt bleibt.

Die zur Bildverbesserung eingesetzten Schaltkreise sind hochspezialisierte und kostenoptimierte Echtzeit-Prozessoren, deren Rechenleistung fast der eines Fernseh-Produktionsstudios der achtziger Jahre enspricht.

Analoges Fernsehen

Atmosphärische Störungen, Reflexionen an Gebäuden, Störungen durch Elektrogeräte und Autos: Etwas weniger als 10 % der deutschen Bevölkerung „hängen“ nach wie vor am analogen Antennenfernsehen mit seiner variablen Empfangsqualität und geringen Programmvielfalt. Beim heute in Deutschland überwiegend – von ca. 50 % der Haushalte – genutzten analogen Kabelfernsehen wird in der Regel eine hervorragende Signalqualität in den Fernsehempfänger eingespeist, so dass die meisten mit analoger terrestrischer Übertragung verbundenen Störungen kaum mehr wahrnehmbar sind. Gegen Schatten- oder Geisterbilder lässt sich im Fernsehgerät nur begrenzt etwas ausrichten, wohingegen die Methoden zur Rauschreduktion inzwischen sehr ausgefeilt sind. Einmal digitalisiert, wird der Bildinhalt entweder durch geeignete Filter rauschreduziert (2D noise reduction) oder viel wirksamer durch Vergleich mit vorhergehenden Bildern ohne Detailverlust entrauscht (3D oder temporal noise reduction). Ersteres Verfahren bietet sich bei Szenen mit hohem Bewegungsanteil an, da hier selten die Position der Bildpunkte eines Objektes mit der Position im vorhergehenden Bild übereinstimmt. Dieses Verfahren ist teilweise auch mit einem deutlichen Schärfeverlust verbunden. Die 3D-Rauschreduktion ist bei bewegungsarmen Bildinhalten oder Standbildern nicht zu schlagen.

Nach der Rauschreduzierung wird das Bild idealerweise durch einen Kantenschärf-Algorithmus (Digital sharpness enhancement) verbessert. Durch diese beiden Verfahren erhält man beispielsweise bei Zeichentrickfilmen auch bei mittlerem Rauschen ein „originales“ Fernsehbild. Wird jedoch ein romantischer Sonnenuntergang am Strand übertragen, so sollte der Algorithmus zur Steigerung der Bildschärfe intelligent genug sein, in den sanften Farbverläufen am Himmel keine Kanten finden zu wollen. Sonst tritt der „Höhenkarten“-Effekt zutage, der ähnlich einer geografischen Karte aus dem Schulatlas die Farbtöne mit „Höhenlinien“ scharf gegeneinander abgrenzt (Contouring) – wie die ersten PCs mit Farbdisplay und 256 Farben.

Digitales Fernsehen

Langsam, aber stetig hält das digitale Fernsehen Einzug in europäische Wohnzimmer. Viele deutsche Haushalte werden schon über digitale Satelliten- und Antennenempfänger versorgt, und nach vielen finanziellen und politischen Wirrungen steigen auch die Kabelgesellschaften in die digitale Programmwelt ein. Ein Grund für Fernsehgeräte-Hersteller und ihre Chip-Zulieferer, sich mit den speziellen Artefakten zu befassen, die durch das dominierende MPEG-2-Kompressionsverfahren entstehen. Je höher die Kompressionsrate, die Bewegungsanteile und Szenenwechsel, desto höher ist die störende Blockbildung. Überall wo die Bandbreite knapp ist – also bei DVB-T (Digital Video Broadcast – terrestrisch, ca. 2 bis 3 Mbit/s pro Programm), aber auch bei single-layer DVDs –, sind Sportsendungen oder schnell geschnittene Musikvideos kaum ein Genuss.

Da die meisten der bisher installierten MPEG-2-Decoder in Set-Top-Boxen über keine „Block Artifact Reduction“ verfügen, ist es bei hochwertigen Fernsehgeräten sinnvoll, eine entsprechende Kompensation einzubauen – allerdings nur in Verbindung mit einer Echtzeit-Detektor-Schaltung, damit nur im Bedarfsfall korrigierend eingegriffen wird. In Zukunft wird die Block Artifact Reduction noch komplexer werden, wenn auch das MPEG-4/H.264-Verfahren (z.B. für HDTV) mit anderen und flexibleren Blockgrößen oder gar Objektmanipulation eingesetzt werden wird. Die beste Lösung für hohe Bildqualität und schnelle Szenen ist daher immer noch: Bandbreite. Aber die für eine akzeptable Qualität nötige Bandbreite steht selten zur Verfügung – gerade bei kommerziellen TV-Programmanbietern sind die Mehrkosten für einen breitbandigeren Übertragungsweg selten mit den finanziellen Zielen in Einklang zu bringen.

Ein weiterer für MPEG-2-komprimiertes Video typischer Effekt ist der so genannte „Mosquito Noise“, bei dem um Kanten herum ein Flimmern entsteht, das mit etwas Phantasie einem Fliegenschwarm ähnlich sieht. Hier behilft man sich auf Empfängerseite gerne mit der 2D/3D-Rauschreduktion, wodurch recht gute Ergebnisse erzielt werden können.

Farbmanagement

Bei Fernseh- und Filmproduktionen wird ein enormer Aufwand getrieben, damit die Aufnahme ensprechend den Beleuchtungsverhältnissen möglichst natürlich wirkt. Ein korrekter Weißabgleich, die optimale Farbtemperatur und ein standardisierter Farbraum sorgen dafür, dass ein bestimmter TV-Sender eine gleichbleibende „Bildqualität“ ausstrahlt. Studio-Monitore sind auf diese Parameter eingestellt und gewährleisten damit eine neutrale Farbwiedergabe.

Fernseh-Geräte unterliegen jedoch den Gesetzen des Marktes: Der Druck auf die Herstellungskosten erzwingt auch die Verwendung immer günstigerer Bildschirme mit neuen, nicht immer besseren Leuchtstoffen bei Bildröhren und Plasma-Displays, die unterschiedliche Farbwerte stärker oder schwächer darstellen. Für LCD-Geräte gelten ähnliche Einschränkungen für die Farbfilter der TFT-Matrix.

Die Elektronik im Fernsehempfänger muss die Abweichungen zum „richtigen“ Farbstandard überkompensieren, damit der Bildschirm ein einigermaßen neutrales Bild darstellt, bei dem ein grüner Rasen nicht braun oder gelb wirkt, der Himmel wirklich blau ist und die Haut eines Menschen einen lebendig-beigen Farbton hat, statt Leichenblässe auszustrahlen.

Die Palette der Farb- und Helligkeits-Manipulationsalgo-rithmen ist groß: Zum Standardrepertoire eines zeitgemäßen Videoprozessor-ICs gehören inzwischen etwa „Blue Stretch“, „Green Stretch“, „Skin Tone Correction“, nichtlineare Gammakurven, Farbübergangs-Regelung sowie his-togrammbasierte, dynamische Kontrastregelung. Ohne diese Manipulationsvielfalt ist es für Fernsehgeräte-Hersteller kaum möglich, die unterschiedlichen Konsumentenwünsche in den einzelnen Verkaufsregionen mit immer schneller wechselnden Displaygenerationen kurzfristig zu bedienen. Eine enge Zusammenarbeit zwischen Chiplieferant und Fernsehgeräte-Hersteller hilft beiden, um die Parametervielfalt zu beherrschen und die Design- und Testzeiten kurz zu halten.

Zur farbrichtigen Darstellung kommt als weitere Marktanforderung die Verkaufsfähigkeit des Gerätes hinzu. Damit ein Fernsehgerät in den endlosen Regalschluchten der Großmärkte durch sein Bild auffällt, bieten immer mehr Hersteller einen so genannten „Shop-Mode“ an, in dem Farbwerte, Kontrast und Helligkeit zugunsten der Auffälligkeit gnadenlos an den oberen Anschlag gedreht werden – eine Art optische „Loudness“-Taste sozusagen. Für den Dauergebrauch ist diese Einstellung unerträglich. Sie sollte auch beim Vergleich mit anderen Geräten deaktiviert werden und deshalb in einem intuitiv zu bedienenden Benutzermenü leicht zugänglich sein.