Progressive Scan - der lange Weg zum perfekten Vollbild
Progressive Scan - geht es Ihnen auch so, dass Sie schon viel
davon gehört haben, die prinzipielle Arbeitsweise aber nicht genau kennen? Dann
können Sie unser kleines Special lesen, das bewusst als Einführung gehalten
ist. Daher finden sich so wenig technische Termini wie möglich, ebenfalls gehen
die Erläuterungen nicht mehr in die Tiefe als für ein erstes Verständnis
notwendig. Für den versierten Anwender, der gern noch mehr über die
technischen Zusammenhänge erfahren möchte, haben wir aus diesem Grund am
Textende zwei Links erstellt, hinter denen sich hochspezialisierte Seiten
verbergen, auf denen sehr viel über Progressive Scan zu erfahren ist.
Halb- und Vollbilddarstellung in PAL und NTSC
Herkömmlicher 35 und 70 Millimeter Film wird mit 24 Bilder pro Sekunde belichtet. Man reduziert das Flimmern, indem man den Film mit 48 Bildern pro Sekunde auf die Kinoleinwand projiziert. Jedes Bild wird dabei 2 mal abgebildet
also nach folgendem Schema:
Fernseher hingegen arbeiten nach dem
Zeilensprung- oder
"Interlaced"-Verfahren, also mit Halbbildern. Daher muss man, sollen
Kinofilme auf normalem Equipment dargestellt werden, die Vollbilder der
Originalvorlage in Halbbilder umfunktionieren - was nicht allzu einfach zu
realisieren ist, denn Kinofilme kommen auf 24 Vollbilder pro Sekunde, während
PAL 50 Halbbilder pro Sekunde zu 25 Vollbildern zusammensetzt . Die 24 Vollbilder der Kino-Vorlage
kann man also nicht einfach zu Halbbildern machen, dann käme man auf 48
Halbbilder pro Sekunde - unbrauchbar. Möchte man daher einen Kinofilm für PAL
optimieren, muss man zu einem Trick greifen: Es werden bei einer PAL-DVD anstatt
der 24 Bilder 25 überspielt, das 50 (die PAL-Bildwiederholfrequenz in Hz) ein
Vielfaches von 25 ist und die 25 Vollbilder dann einfach auf 50 Halbbilder
verteilt werden können (genannt 2:2-Pulldown). Aufgrund dieser Tatsache läuft
der Film minimal schneller, was bei einer PAL-DVD zu einer um 4 % kürzeren
Laufzeit führt.
Bei NTSC mit einer Bildwiederholfrequenz von 60 Hz ist der
2:2-Pulldown untauglich. Hier muss eine andere Art des Pulldowns her, um auf
eine zu den 60 Halbbildern (Video Fields) kompatible Anzahl von Einzelbildern pro Sekunde zu
kommen - nicht einfach, wenn man von 24 Film-Einzelbildern pro Sekunde (fbs,
Frames per second) ausgeht. Das erste Film-Einzelbild (Film-Frame), nennen wir es A, wird dreimal wiederholt und wird bei
der Video-Übertragung aufgenommen auf Halbbild 1 (Field 1) und Halbbild 2 (Field
2) des ersten Videoeinzelbildes
(Video-Frame) sowie auf Halbbild 1 (Field 1) des zweiten Videobildes - also dreimal. Der
zweite Film-Frame B wird nur zweimal wiederholt und auch nur zweimal
aufgenommen, daraus ergibt sich das Halbbild 2 des zweiten Video-Frames und das
Halbbild 1 des
dritten Video-Frames - Durch diese Vorgehensweise im 3:2-Rhytmus (Fachbegriff
3:2 Pulldown) wird nach sechsmaligem Wiederholen dieser Sequenzen aus den 24
Frames, die ein Film pro Sekunde erzeugt, 30 Video-Frames (fps, Frames per
second) bzw. 60 Video-Fields.
Grundsätzlich wird beim Interlaced (Zeilensprung) - Verfahren) in
PAL und in NTSC nicht das
ganze Bild auf einmal angezeigt, sondern zunächst ein Halbbild mit
den geraden Zeilen und anschließend ein zweites Halbbild mit den
ungeraden Bildzeilen. Durch den schnellen Wechsel der Halbbilder fällt
dies allerdings beim Betrachten eines TV-Bildes nicht direkt auf. Nur die gut
sichtbaren horizontalen Linien stören auf den ersten Blick. Wer genauer
hinschaut, kann bei Interlaced-Bilddarstellung besonders bei Bewegungen Mängel
wie z.B. nicht absolut saubere Konturen feststellen - dies ist das als
Kamm-Effekt (englisch "Comb") bekannte Phänomen. Jedes Halbbild stellt ein eigenes Bild dar. Ist nun keine Bewegung im Bild, so
merkt das Auge nichts, sozusagen "in Ruhe" kann aus den zwei
Halbbildern ein komplettes Bild erstellt werden, da sich in den Bildinhalten von
Halbbild 1 zu Halbbild 2 nichts ändert. Sind aber schnelle Bewegungen (wie z.B.
der Tritt des Fußballspielers gegen den Ball, ein vorbeirasendes Formel 1-Auto)
oder Kameraschwenks (z.B. ein schneller Schwenk ins Publikum bei einem
Rockkonzert) zu beobachten, so ist es nicht mehr möglich, aus den beiden
Halbbildern ein komplettes, von den Konturen her deckungsgleiches Bild
darzustellen, da die Bewegung innerhalb der beiden Halbbilder fortschreitet und
so die Schaffung eines klaren Bildes vereitelt. Das Ergebnis ist sichtbar in
Form von unsauberen Konturen und einem unruhigen Bild mit störenden
Streifenmustern. Zur Lösung dieser Probleme ist Progressive Scan genau
das richtige Mittel, denn hier entfällt die mängelbehaftete
Halbbildwiedergabe. Übrigens: In der Computertechnik ist die Vollbildwiedergabe Standard.
Schon seit längerer Zeit gibt es NTSC Progressive als offizielle Norm für
DVD-Player, seit kurzem auch PAL Progressive.
Progressive Scan - der lange Weg zum perfekten
Vollbild
Die Umsetzung der Vollbild-Verarbeitung ist bei
DVD-Playern technisch sehr aufwändig. Denn gerade bei Film-DVDs liegt das
Material zwar in der Ursprungsform (Filmkameras arbeiten, wie oben bereits
erläutert, im Vollbildverfahren) in progressiver Form vor. Da jedoch weltweit
nur wenige DVD-Freunde aufgrund ihrer Ausstattung für eine progressive
Bildausgabe gerüstet sind, greift die große Mehrheit auf Interlaced-Equipment
zurück. Genau deshalb sind die DVDs auf die Interlaced-Wiedergabe optimiert.
Das Material auf der DVD ist also nicht in progressiver Form abgespeichert,
obwohl dies eigentlich technisch möglich wäre. Die Umwandlung des
Halbbild-Materials in Progressive-Vollbilder (genannt "De-Interlacing")
obliegt also dem DVD-Player - und nicht immer gelingt die Aufbereitung in
technisch einwandfreier Form. Der Player muss die auf der DVD enthaltenen
Halbbilder zu Vollbildern zusammensetzen - erinnern wir uns: Zur Umsetzung des
Vollbild-Filmmaterials wurden die (durch ein etwas schnelleres Abspielen) auf 25
erhöhten Vollbilder pro Sekunde auf 50 Halbbilder verteilt. Nun muss der
DVD-Player die beiden Halbbilder, die ursprünglich zusammen ein Vollbild
ergeben, wieder zusammensetzen - sozusagen das Ursprüngliche
wiederherstellen.
Ohne Schwierigkeiten schafft jeder Progressive
Scan-Player die Darstellung nur bei 100 % korrekt gemasterten DVDs - gemeint ist
damit: Beim Erstellungsprozess, dem "Mastering" der DVD, achten die
Verantwortlichen darauf, dass die DVD für Progressive Scan-DVD-Player die
richtigen Informationen bereit hält bzw. dafür sorgt, dass der Progressive
Scan-DVD-Player das Material auf der DVD problemlos richtig erkennt und schnell
geeignet bearbeiten kann. Wer nun denkt, dass dies kein größeres Problem ist,
da eigentlich die meisten DVDs - mit nur wenigen Ausnahmen - korrekt
erstellt sein müssten, der irrt. Der Grund: Auch die Mastering-Ansprüche
beziehen sich auf eine fehlerfreie Interlaced-Signalausgabe, will heißen: Eine
Disc, die beim Anschauen via Interlaced keinerlei Fehler verursacht, kann einen
Progressive Scan-DVD-Player vor schwere Aufgaben stellen, da es bei der
Interlaced-Signalausgabe nur wichtig ist, dass im Endeffekt 50 Halbbilder
für die Interlaced-Weiterverarbeitung herauskommen. Noch schwieriger wird für
den DVD-Player die Aufgabe des De-Interlacings, wenn DVDs mit echtem
Videomaterial eingelegt werden. Z.B. Fernsehserien, Live-Konzerte und
Reisedokumentationen werden von Videokameras aufgezeichnet, die nach dem
Interlaced-Verfahren arbeiten. Dies hat zur Folge, dass schon das
Ursprungsmaterial in Interlaced vorliegt und es dem Player folglich nicht
möglich ist, zwei ursprünglich zu einem Vollbild gehörende Halbbilder wieder
zusammenzusetzen. Hier gibt es nur Halbbilder, die nicht aus ein und der selben
Momentaufnahme (es sei denn, es sind Bilder ohne Bewegung, die über einen
gewissen Zeitraum ohne Veränderungen dargestellt werden) kommen, was die
Progressive-Aufbeitung deutlich erschwert. Um Video-Quellmaterial akkurat zu
bearbeiten, muss der Player die fehlenden Bildinformationen aus diesem Grunde
selber errechnen - denn: Insgesamt hat PAL 576 Bildzeilen, jedes Halbbild
besteht aber verständlicherweise nur aus der Hälfte der Zeilen, da ja mit
einem Halbbild die geraden und mit dem anderen die ungraden Bildzeilen
dargestellt und dann zu einem Bild zusammengefügt werden. Also muss der Player
jedem Halbbild 288 Zeilen hinzufügen, und das 50 mal pro Sekunde, was durch
eine Interpolation aus dem vorhandenen Bildmaterial geschieht. Etwas versiertere
Anwender werden nun direkt etwas skeptisch, denn solche Interpolationsvorgänge
sind nicht unbedingt unproblematisch. In der Praxis ergeben sich, je nach
Qualität der Interpolation, große Qualitätsunterschiede im Bild. Schlecht
interpolierte Bilder wirken unsauber, unnatürlich und ungenau, die
Gesamtbildschärfe des Bildes sinkt. Wie stark die Bildschärfe durch die
Interpolation eingeschränkt ist, hängt von der Güte ab, in der der Player den
Vorgang durchführt. Was geschieht bei Bildsequenzen, in denen für einige Zeit
keinerlei Bewegung zu erkennen ist? Bei solchen Bildsequenzen (z.B. mehrere
Sekunden lang wird ein und die selbe Einstellung gezeigt, z.B. Palmen auf einer
Insel oder eine Blume bzw. ein Tier im Detail), kann man die Halbbilder auch
durch schlichtes Zusammen fügen zu Vollbildern machen - hier ist kein
Unterschied vorhanden zwischen Halbbild 1 und Halbbild 2, es bewegt sich nichts.
Sobald jedoch Bewegung im Bild enthalten ist, ist es aus mit dem Zusammenfügen
- denn sonst taucht der berüchtigte Kammeffekt wieder auf, und einer der
Hauptvorteile der progressiven Bilddarstellung - nämlich diesen unschönen
Effekt zu vermeiden - ist dahin.
Aus den hier aufgeführten Gründen ist beim Kauf von
Progressive-Scan-DVD-Playern auch im besonderen Maße auf visuelle Mängel zu
achten. Hochwertige Progressive-Player verfügen über eine ausgeklügelte
Bewegungserkennung und eine hoch entwickelte Bildfeldanalyse und nutzen sowohl
Interpolations- wie auch Zusammenfügungsverfahren, um den Bildinhalt ständig
zu analysieren und richtig aufzubereiten, Top-DVD-Player wie z.B. der Denon DVD-2900
verfügen über einen aufwändigen Chip für die Progressive
Scan-Signalbearbeitung: Eine 3-2 Highspeed-Erkennung beim Pull-Down mit
Vierfeld-Bilduntersuchung (mit Hilfe einer besonders guten Bewegungserkennung
untersucht der Chip vier Videofelder (= 2 Frames, normal ist 1 Frame), die in
Pufferspeicher abgespeichert wird, nutzt der Player zur Bewegungsanalyse.
Vorteil: Der Chip kann mit diesen Voraussetzungen schnell und genau die
geeignete Form des De-Interlacings anwenden, je nach dem, ob Video- oder
Filmmaterial vorliegt. Zudem sorgen zwei verschiedene Progressive-Modi bei
den Denon DVD-Playern für eine optimale Anpassung - je nach dem, ob der Player
selber die komplette Quellmaterialanalyse vornimmt (dabei analysiert der
DVD-Player permanent das Bildmaterial, was sehr rechenaufwändig ist, soll das
Ergebnis stimmen) oder auf der DVD die Progressive-Flags korrekt gesetzt sind
und der Player sich sozusagen auf die Informationen auf der DVD verlassen kann
(in der Praxis prüft er diese aber nochmals genau nach und rekonstruiert so
exakt den Filmverlauf).
Nicht bei allen Playern klappt dies perfekt. Bei
einem hervorragenden DVD-Player mit guter Progressive-Technik sind deutliche
Qualitätsverbesserungen sichtbar: Die Bildqualität der DVD erreicht mit Hilfe von
DVD-Playern mit Progressive Scan-Ausgang und dem entsprechend gerüsteten
Bildausgabegerät (Projektoren, Plasmaschirme oder TV-Geräte mit YUV PS-Verarbeitungsmöglichkeit) einen höheren
Standard als bei Interlaced-Verbindungen: Die horizontalen Linien, die durch das
Interlaced-Verfahren gerade bei großen Bilddiagonalen störend ins Auge fallen,
sind nun nicht mehr vorhanden. Dies sorgt für eine deutlich verbesserte
Detailtreue. Bildrauschen in hochfrequenten Bildbereichen wird wirkungsvoll
unterdrückt, zu sehen z.B. bei schnellen Kameraschwenks. Auch feine Muster,
Strukturen und detailreiche Objekte werden somit tadellos dargestellt, selbst in
bewegten Bildern. Farb-, Helligkeits- und Kontrastwerte sollten sich durch die
progressive Signalverarbeitung nicht verändern.
Noch sind nicht alle Probleme bei der PAL/NTSC-Progressive-Bilddarstellung
behandelt worden - eines fehlt noch:
Von der Güte des Chroma Upsamplings hängt es ab, ob
auch sehr anspruchsvolle Heimcineasten mit dem DVD-Player glücklich werden.
Viele anspruchsvolle Filmliebhaber kreiden verschiedenen Progressive Scan-fähigen
DVD-Playern den sogenannten "Chroma Bug" (Chroma Upsampling Error) an.
Dieser "Chroma Bug" tritt in NTSC-Progressive und in PAL-PS auf
und macht sich insbesondere dann bemerkbar, wenn kräftige Farben (besonders gut
eignen sich Rottöne) vor dunklem Hintergrund auftreten, so z.B. eine kleine
rote Fläche vor schwarzem Hintergrund. Es bilden sich in der roten Fläche
sichtbare, waagrechte dunkle Streifen, ebenfalls scheint er Farbverlauf an den
Objektenden nicht absolut deckungsgleich zu sein. Zum "Chroma Bug"
noch einige Anmerkungen: Um ihn ausfindig machen zu können, braucht man schon
das geeignete Equipment, d.h. in erster Linie ein hochwertiges Bildwiedergabegerät.
Dies bestätigen die Chroma-Bug-Experten von der US-Site hometheaterhifi.com:
"As mentioned above, this problem has been around for a long time. It's
only just now being noticed largely because one needs a good high-resolution
display, such as a front projector and a six foot projection screen, to really
see the problem clearly. In addition, the increasingly common use of large
progressive displays has really allowed people to get up close to the screen and
see every artifact magnified in great detail". Zusätzlich ist eine
qualitativ hochwertige Verkabelung von Nöten, um den Chroma Bug beobachten zu können.
Denn billige Kabel können weitaus schlimmere visuelle Schnitzer verursachen als
der Chroma Bug. Um die Qualität des Chroma Upsamplings beurteilen zu können,
braucht man gut geeignete Testscheiben (z.B. "Toy Story") und viel
Zeit.
Die Marktsituation
PAL Progressive
beherrschen inzwischen schon eine ständig größer werdende Auswahl an DVD-Playern, an Bildausgabegeräten gibt es ein relativ großes Sortiment an
Projektoren, die dieses Signal akzeptieren. Auch immer mehr Plasmabildschirme
und TV-Geräte nehmen
PAL- und NTSC-Progressive-Bildsignale entgegen. In nächster Zeit wird die
Möglichkeit zur progressiven Signalverarbeitung mehr und mehr Bedeutung. Es
aber muss hinzugefügt werden, dass visuell weniger anspruchsvolle Käufer (und
erfahrungsgemäß gibt es mehr weniger anspruchsvolle Anwender als visuell sehr
anspruchsvolle Heimcineasten ) auch aufgrund ihres unzureichenden Equipments
kaum Wert auf die Vorzüge von Progressive Scan legen. Nur in einiger Zeit, wenn
sich PAL Progressive durch weiter sinkende Preise und ein weiter stark
ansteigende Anzahl an erhältlichem Equipment auf breiter Front durchsetzt,
werden auch die "Normal-DVD-Zuschauer" feststellen, dass das
Vollbildverfahren viele sichtbare Vorteile bietet. Wir wollen aber nicht
verschweigen, dass es einen DVD-Player mit absolut perfektem Bild noch nicht
gibt, wohl aber viele Modelle, die bereits ein hohes Maß an Ausgereiftheit
erreicht haben. Wir raten, sich lieber einen höher preisigen, mit aufwändiger
Technik ausgestatteten Progressive Scan-DVD-Player zu kaufen als ein sehr
günstiges Modell, bei dem diese Funktion eher als Bonus-Feature als als
Hauptbestandteil der technischen Basis angesehen werden kann.
Einige Anbieter von DVD-Player mit PAL/NTSC-Progressive-Signalverarbeitung:
Sehr detaillierte Informationen zum Thema Progressive
Scan finden Sie bei Cine4home.
Im englischsprachigen Raum ist die Website hometheaterhifi
zu empfehlen.
Text: Carsten Rampacher
24. November 2003
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