High Dynamic Range (HDR) – Das musst du wissen!

HDR (High Dynamic Range) – kein Begriff wird in der letzten Zeit öfters erwähnt, wenn über die Bildqualität eines Fernsehers diskutiert wird. Doch was genau ist High Dynamic Range? Wieso sollte mein 4K Fernseher diesen Standard unterstützen? Wir beantworten euch alle Fragen rund um HDR.

Wieso High Dynamic Range?

Im Ultra HD Standard werden mehrere Spezifikationen für eine verbesserte Bilddarstellung zusammengefasst. Vielen Nutzern ist meist aber nur die erhöhte Auflösung von 3.840 x 2.160 Bildpunkten (vierfache Full-HD Auflösung), Umgangssprachlich auch „4K“ genannt, ein Begriff. Der UHD-Standard ist dabei aber noch so viel mehr und definiert sich neben der Auflösung zudem noch über die Bildfrequenz, Farbraum, Farbtiefe und dem Dynamikumfang.  Die Erweiterung dieses Dynamikumfangs nennt man „High Dynamic Range“ (HDR) – der bisherige Dynamikumfang wurde als „Standard Dynamic Range „(SDR) bezeichnet.

Ein moderner 4K Fernseher ist in der Lage, mehr verschiedene Farben (Farbraum) in verschiedenen Helligkeitsstufen (Farbtiefe) darzustellen. Früher konnte ein bestimmter Farbton nur in 256 Abstufungen dargestellt werden. Bei Farbübergängen konnte es dann zu sogenannten Banding kommen. Mit den nunmehr 1.024 Helligkeitsabstufungen eines 10-bit Panels, gehört dieses Problem eigentlich der Vergangenheit an, sofern die Inhalte passen. Dieser Vorteil gilt natürlich für alle Farben, die das Display darstellen kann. Übrigens: Die Bandbreite aller darstellbaren Farben (Chrominanzen) in all ihren Helligkeiten (Luminanzen) nennt man Farbvolumen.

• Günstige HDR Fernseher findest du hier! (Anzeige)

Von Sternenhimmel bis helllichter Tag

Alles schön und gut, aber leider können diese Vorteile über das Display nicht richtig in Szene gesetzt werden, wenn man diese im SDR-Bereich wiedergibt. Dieser bewegt sich in einem Helligkeitsbereich zwischen 0.05 cd/m² und 100 cd/m² (candela pro m² auch „nits“ genannt). Das entspricht in etwa dem Helligkeitsspektrum vom Mondlicht bis zu einer einfachen Lampe. Man merkt bereits hier, die Darstellung von richtigem Schwarz und grellem Licht ist damit natürlich nicht möglich. Und genau hier setzt „High Dynamic Range“ an. Das Helligkeitsfeld wird erweitert und kann theoretisch 0.0005 cd/m² bis 10.000 cd/m² abdecken. Das entspricht einem dunklen Sternenhimmel, bis zu einem Himmel bei Tag mit Sonnenschein.

Da die 1024 Farbabstufungen (Farbtiefe) nun in diesem erweiterten Helligkeitsbereich angewendet werden können, sind weitaus detailreichere und kontrastreichere Darstellungen möglich. Details in hellen und dunklen Bildbereichen werden auf einmal sichtbar. Zudem werden Bilder mit kombinierten dunklen & hellen Bildbereichen (z.B. Mond mit Sterne am dunklen Himmel) auf einmal weitaus realistischer dargestellt (z.B. ohne Grauschleier).

Unsere Augen stehen auf Schatten

High Dynamic Range ist keine „Nebenerscheinung“ von Ultra HD 4K, sondern vielleicht der wichtigste Baustein für eine perfekte Bildwiedergabe. HDR sorgt dafür, dass wir Videoinhalte zu sehen bekommen, wie wir sie aus der Natur kennen. Unsere Augen reagieren auf Helligkeitsunterschiede viel sensibler als z.B. auf unterschiedliche Farben. Bei einer 4K UHD Blu-ray werden z.B. viel mehr Helligkeitsinformationen als Farbinformationen übertragen, was der allgemeinen Bildqualität natürlich zugute kommt.

High Dynamic Range Standards:

HDR10

HDR10 ist ein freier Standard (SMPTE ST-2086) der das standardisierte Perceptual Quantizer (PQ) Verfahren (SMPTE ST-2084) nutzt. Farb- und Helligkeitsinformationen werden mit 10-Bit Farbtiefe im erweiterten REC.2020 Farbraum übertragen. Die übertragenen Metadaten sind statisch, gelten also für den gesamten Videoinhalt. HDR10 ist einer der ersten offenen Standards und wird von so ziemlich jedem Hersteller unterstützt. HDR10 ist auch immer Bestandteil einer 4K UHD Blu-ray und kommt auch bei 4K-Streams von Netflix, Amazon Video usw. zum Einsatz.

• Offenes Format
• Festgelegt im SMPTE ST-2084 Perceptual Quantizer (PQ)
• Statische Metadaten
• Minimale Anforderung ist HDMI 2.0a
• Erweiterter Farbraum WCG Farbraum nach bt.2020
• 10-bit Farbtiefe

Dolby Vision

Dolby Vision verspricht ein lebendiges Bild, dass die Farb- und Helligkeitsverläufe mittels dynamischen Metadaten optimal in Szene setzen kann. Bei Dolby Vision handelt es sich um ein „Display-bezogenes“-System unter dem jeder Wert der Metadaten einer bestimmten Helligkeitsinformation zugeordnet ist (keine Helligkeitsanpassungen durch den Nutzer). Dolby Vision nutzt eine Übertragungstechnik für 12-bit Farbtiefe um 4.096 Farbabstufungen und somit weiche Farbverläufe darstellen zu können. Die meisten Produktionen und Wiedergabedisplays sind aber auf 1.024 Abstufungen (10-bit) ausgelegt. Dolby Vision löst dieses Dilemma, indem effizient Kurven für die Luminanz- und Farbbereiche verwendet werden, die das wahrnehmbare Banding minimieren und so eine bessere Darstellung ermöglichen.

• Proprietäres, in sich geschlossenes Format
• Festgelegt im SMPTE ST-2084 Perceptual Quantizer (PQ)
• Dynamische Metadaten nach ST.2094
• Elektrisch-optische Transferfunktion für Auflösungen bis 4K
• Maximale Helligkeit 10.000 nits (in der Praxis wird maximal auf 4.000 nits gemastert)
• Erweiterter Farbraum WCG Farbraum nach bt.2020
• 12-bit Farbtiefe

HLG (Hybrid-Log Gamma)

Hybrid-Log Gamma kurz „HLG“ ist ein ganz neuer Ansatz und wurde von der BBC und der japanischen Sendeanstalt NHK entwickelt. Der Standard nutzt relative Helligkeitswerte und baut auf dem bt.2020 Standard auf, erweitert diesen jedoch um den erweiterten Farbraum und PQ, was jetzt unter HLG Dynamic Range oder bt.2100 bekannt ist. Für HLG müssen keine Lizenzabgaben geleistet werden, der Standard kann zudem auf SDR und HDR Displays wiedergegeben werden. Unterstützt wird HLG über alle HDMI-Versionen, kodiert mit HEVC und VP9. Der Vorteil liegt darin, dass HLG-Übertragungen auf allen TV-Geräten, egal ob SDR oder HDR wiedergegeben wreden können.

• Hybrid zwischen Gamma und Log
• Keine Metadaten
• Relative Helligkeit
• 10-bit Farbtiefe

HDR10+

HDR10+ baut auf den HDR10 Standard auf und erweitert diesen um dynamische Metadaten. Das Format wurde von Samsung, Pansonic und 20th Century Fox auf den Weg gebracht. Auch Amazon Prime Video, Warner Home Video und Philips unterstützen HDR10+. Helligkeitswerte können Szene für Szene oder sogar Bild für Bild festgelegt werden. Dieser Standard ist in der Lage den Farbraum des wiedergebenden Displays zu erkennen.

• SMPTE 2094-40 Dynamische Metadaten
• Farbanpassungen für alle Szenen
• Dynamische Metadaten nach ST.2094
• Die Metadaten werden durch Farbverlaufs-Informationen ergänzt
• Setzt mindestens HDMI 2.0a voraus
• Farbwiedergabe innerhalb des bt.2020 oder bt.709 Farbraumes je nach Display
• 10-bit Farbtiefe

Advanced HDR by Technicolor

wir arbeiten daran 😉

Wer unterstützt welchen HDR Standard?

Ist mein 4K Fernseher ohne HDR Schrott?

Nein – ein 4K Fernseher der keine HDR-Inhalte auslesen und wiedergeben kann ist nicht gleich als TV-Gerät zweiter Klasse einzustufen. Natürlich nutzt die Industrie High Dynamic Range gekonnt für ihre Marketingzwecke und macht vor allem seine Highlight-Serien fit für den neuen Standard. Der Kunde bekommt schnell suggeriert, dass ein 4K TV auch HDR können muss und so wird das Budget für einen neuen Fernseher in Gedanken gleich um ein paar hundert Euro angehoben. Wir möchten aber nicht sagen, dass hinter den drei Buchstaben nur ein leere Marketingversprechung steckt.

Ein Film der mit High Dynamic Range Technik produziert wurde und auf einem kompatiblen 4K Fernseher abgespielt wird, lässt das Bild mit einem breiteren Kontrast und einer verbesserten Farbvielfalt erstrahlen. Details in den extrem hellen und dunklen Bildbereichen fallen nicht mehr dem ehemals schwachen Dynamikumfang zum Opfer, sondern können gut vom Zuschauer erkannt werden. Ein fester Standard besteht noch nicht. Wer auf der suche nach einem zukunftssicheren 4K Fernseher mit beste Bildqualität ist, der kommt um ein Modell mit HDR-Unterstützung nicht herum. Diese bewegen sich in den 2015er Serien fast durchweg im Hochpreis-Segment. In 2016 wird sich daran leider nicht viel ändern, obwohl es hier wieder verschiedenste Ausstattungsvarianten mit direkter und indirekte Hintergrundbeleuchtung, OLED-Displays und verschiedensten Maximal-Helligkeiten gibt. Einen guten Richtwert bietet die Ultra HD Premium-Spezifikation, welche gut die Voraussetzungen für die maximale Helligkeit in Abhängigkeit des Schwarzwertes einfängt.

Kurz: Die Voraussetzungen für eine perfekte HDR-Wiedergabe erfüllen meist nur die TV-Geräte im Hochpreis-Segment. Die bereits abgepreisten Highlight-TVs aus 2015 (ohne HDR-Unterstützung) sowie die 4K Fernseher im mittleren Preissegment bieten auch ohne High Dynamic Range eine gute Bildqualität und sollten daher nicht ignoriert werden. 

Achtung: Verschiedene HDR-Techniken!

Leider gibt es wie bei so vielen . Wie bei den meisten neuen Techniken, gibt es auch hier verschiedene Ansätze, wie die Inhalte produziert und wiedergegeben werden. Wer seinen 4K Fernseher als HDR-kompatibel bewirbt der muss zumindest die HDR-10 Basis-Voraussetzungen erfüllen. Die 4K Blu-ray wird ebenfalls den HDR-10 Standard nutzen. Es gibt aber bereits weitere „Formate“ die bereits ein besseres Seherlebnis versprechen. Die einzige Technik, die sich hier bereits am Markt etablieren konnte ist „Dolby Vision“. Der Unterschied zwischen HDR-10 und Dolby Vision liegt im Mastering-Prozess der 4K Filme und in der Übertragung der Metadaten. Während bei HDR-10 die Filme mit 10-bit gemastert werden, liegt die Farbtiefe bei Dolby Vision Produktionen bei 12-bit. Bei der Postproduktion kann das Filmstudio also mit einem noch bereiteren Helligkeits-Umfang arbeiten. Das sorgt lt. Dolby Laboratories für eine bessere Bildqualität mit satteren Kontrasten und feineren Farbabstimmungen.

Die Metadaten werden bei Dolby Vision zudem für jedes einzelne Bild übertragen, was die Anpassung des Displays an die Inhalte verbessert. Die Unterschiedliche Verarbeitung der Daten verlangt leider auch nach eigener Hardware. TV-Hersteller wie LG, VIZIO, Sony, TCL und Philips (US) kündigten bereits TV-Modelle mit Dolby Vision Unterstützung an. Es wurden aber noch keine 4K Blu-ray Player mit Dolby Vision für 2016 angekündigt. Ob überhaupt eigene Blu-ray Player mit Dolby Vision benötigt werden, ist noch nicht geklärt.

Neben HDR-10 und Dolby Vision sind Technicolor & Philips sowie die Sendeanstalten BBC und NHK daran eigene Ansätze für HDR-Bilder zu entwickeln. Während Die Techniken der BBC und NHK sich wohl eher auf den bereich Fernsehübertragungen beschränkt, möchten Technicolor & Philips ihre Technologie auch bei 4K Blu-rays und Streaming platzieren. Ob sich neben HDR-10 und Dolby Vision noch eine weitere Technik behaupten kann, ist aber mehr als fraglich.

Kurz: Wer die bestmögliche 4K/HDR Bildqualität und einen zukunftssicheren 4K Fernseher sucht, sollte neben HDR-10 auch auf eine Dolby Vision Unterstützung achten. 

Voraussetzungen für HDR:

Wer Videos in High Dynamic Range Qualität erleben möchte, benötigt auch kompatible Wiedergabegeräte. Doch nicht jeder Fernseher erfüllt alle Kriterien für „echtes“ HDR. Das liegt sicherlich auch daran, dass die Spezifikationen für High Dynamic Range noch nicht finalisiert wurden. Man erwartet, dass frühestens zur CES im Frühjahr 2016 die Voraussetzungen für den High Dynamic Range-Standard feststehen. Hersteller, die ihre TV-Geräte als „HDR-ready, -kompatibel oder -fähig“ anpreisen, können also noch gar nicht wissen, ob ihre Fernseher auch alle Voraussetzung erfüllen. Natürlich sitzen in den Gremien, die die Standards festlegen auch meist Vertreter der großen Hersteller von Unterhaltungselektronik. Somit wissen diese häufig bereits vor der offiziellen Ankündigung worauf es bei den zukünftigen Standards ankommt. Alle 4K Fernseher oder 4K Blu-ray Player welche als HDR-fähig beschrieben werden, müssen zumindest die HDR-10 Verarbeitung unterstützen. Auf auf jeden Fall sicher gehen möchte, sollte nach einem TV-Modell suchen, welches neben HDR-10 auch noch die Dolby Vision Technik unterstützt.

Vorläufige Kriterien für High Dynamic Range:

• Erweiterte Farbraumdarstellung nach DCI-P3 (Kinofarbraum)
• 10-bit Panel für bis zu 1000 Helligkeitsabstufungen
• Erkennbare Bilddetails in hellen und dunklen Bildabschnitten
• HDMI 2.0a Eingang welcher die HDR-Metadaten fehlerfrei verarbeiten kann
• Direkte LED-Hintergrundbeleuchtung oder OLED

HDR Kriterien im Ultra HD Premium Standard:

• Über 1000 nits maximale Helligkeit und einen Schwarzwert von 0.05 nits (LCD Displays)
• Über 540 nits maximale Helligkeit und einen Schwarzwert von 0,0005 nits (OLED Displays)

Kurz: Es gibt mit HDR-10 bereits einen Standard zur Übertragung von Metadaten und die Verarbeitung von 4K/HDR Inhalten. Fixe Voraussetzungen gibt es leider noch nicht, wobei diese sich im Bereich der HDR-Kriterien der Ultra HD Premium Standards bewegen sollten. 
Die ersten 4K Fernseher, die High Dynamic Range Inhalte wiedergeben konnten waren aus der Samsung JS9590 Serie. Die Modelle erreichen Spitzenhelligkeiten von bis zu 1.000 nits und sind mit einem 10-bit Panel und direkter Hintergrundbeleuchtung mit bis zu 240 dimmbaren Zonen ausgestattet. Zudem unterstützt das Display fast die komplette DCI-P3 Farbraumdarstellung. Die Metadaten können auch über den HDMI 2.0a Eingang ausgelesen werden. Sony hat vor kurzem angekündigt, dass mehrere 4K Fernseher ein Update erhalten um HDR-Inhalte wiedergeben zu können. Doch keines der Modelle unterstützt alle oben genannten Voraussetzungen für den vollständigen High Dynamic Range Genuss. Ein Negativbeispiel ist hier die X85C Serie, die die DCI-P3 Norm nicht erfüllt, kein 10-bit Panel und auch keine direkte Hintergrundbeleuchtung hat. Auch die Helligkeit dürfte bei den superdünnen Ultra HD TVs der X85C Serie weit unter 1.000 nits liegen. Einzig und allein das Software-Upgrade auf HDMI 2.0a befähigt den Fernseher zur Wiedergabe von HDR Inhalten.

LCD oder OLED – was eignet sich besser für High Dynamic Range?

Um High Dynamic Range Filme perfekt darstellen zu können, benötigt man ein Panel, das eine hohe Helligkeit besitzt und gleichzeitig extrem helle und extrem dunkle Bildbereiche parallel wiedergeben kann. Die LCD-Fernseher mit direkter Hintergrundbeleuchtung schaffen bis zu 1.300 nits (X95 Highlight Serie von Sony) und bieten damit die beste Voraussetzungen für High Dynamic Range. LCD Displays eignen sich dementsprechend sehr gut für High Dynamic Range-Inhalte, da auch in der Postproduktion der Filme die Szenen mit extrem hellen LCD-Displays optimiert werden. Nun gibt es aber bereits erste OLED-Fernseher von LG, die ebenfalls High Dynamic Range-kompatibel sind, obwohl die Spitzenhelligkeit nicht über 450-550 nits hinaus kommt. Die OLED-Technik hat aber den entscheidenden Vorteil: durch ihre Displaysteuerung (jeder Pixel ist seine eigene Licht- und Farbquelle) erreicht das OLED-Display einen unendlichen Kontrast und perfekten Schwarzwert. Die geringe „Helligkeits-Bandbreite“ stellt somit kein Problem mehr dar. So argumentiert auch LG und relativiert damit die geringere Gesamthelligkeit seiner OLED 4K Fernseher. Eine Übersicht darüber, welche OLED-TVs die HDR-Streams unterstützen findet ihr weiter unten.

Die UHD Alliance hat mit seinem Ultra HD Premium Standard bereits auf die verschiedenen Display-Techniken reagiert und setzt die Werte zur Spitzenhelligkeit in Abhängigkeit zum Schwarzwert. Daraus resultiert eine maximale Helligkeit von 1.000 nits bei einem maximalen Schwarzwert von 0.05 nits (LCD), oder eine maximale Helligkeit von 540 nits bei einem maximalen Schwarzwert von 0.0005 nits (OLED).

Kurz: Die Qualitätssteigerung ist bei LCD sowie OLED Displays sichtbar. Welche Displaytechnik das bessere HDR-Bild liefert, liegt auch an den persönlichen Voraussetzungen des Zuschauers. Bei extrem hellen Umgebungen bietet sich die LCD-Technik mit ihrer höheren maximalen Helligkeit an. Bei dunkleren Räumen und bei einem entsprechenden Budget, ist die Wahl eines OLED-TVs womöglich die bessere Wahl. 

High Dynamic Range Testvideo Gratis-Download:

Wer im Besitz eines kompatiblen TV-Gerätes ist, der sucht oft vergeblich nach kompatiblen Inhalten. Amazon Prime Instant Video bietet bereits erste Serien in 4K Qualität und mit HDR-Metadaten zum Streamen an. Wer aber kein Amazon Prime-Kunde ist, kommt nur schwer an die Daten. Ein sehr gutes Testvideo wurde vor kurzem vom Video Magazin veröffentlicht. Dabei handelt es sich nur um ein paar Testvideos in SDR (Standard Dynamic Range) und HDR (High Dynamic Range) doch bereits auf dem Testbild, wird klar, was die Technik für einen Unterschied bringt. Wer seinen Fernseher noch nicht professionell eingestellt hat, kann mit dem Testvideo und der Anleitung die Bildqualität steigern. Wer mehr über das Testvideo erfahren möchte sollte sich diesen Beitrag ansehen.

Download via Mega.nz
© video Magazin / Roland Seibt

4K Blu-rays mit High Dynamic Range:

Die 4K oder Ultra HD Blu-ray wird das erste Medium werden, das hochauflösende 4K/HDR-Inhalte perfekt in Szene setzt. Die Filmstudios sind sich der Qualitätssteigerung von High Dynamic Range bewusst und kündigen bereits einen Großteil ihrer 4K Blu-ray Releases mit High Dynamic Range an. Erste Filme von Sony, 20th Century Fox, Lionsgate und Warner unterstützen bereits die neue Technik, darunter auch Blockbuster die „Der Marsianer“, „Maze Runner 2“, „Mad Max“ oder „Sicario“.

Streaming-Anbieter für HDR-Inhalte:

Neben der 4K Blu-ray sind auch bereits erste Streaming-Anbieter dabei, ihre Plattformen für High Dynamic Range fit zu machen. Amazon Instant Video bietet mit „Mozart in the Jungle“ bereits eine Serie mit 4K/HDR Qualität an. Das Angebot soll in den nächsten Monaten noch deutlich wachsen. Netflix bereitet seit längerer Zeit den Sprung auf HDR vor und auch die Videoplattform Youtube möchte in absehbarer Zeit Videos mit High Dynamic Range unterstützen.

Zusammenfassung:

HDR Filme können von kompatiblen Fernsehern wiedergegeben werden und bieten ein detailreicheres Bild durch die Erweiterung der Kontrastes und der Farbabstufungen. Es stehen leider noch viele Fragen offen. Auch die Verwirrung um die verschiedenen Techniken (HDR-10 und Dolby Vision) machen es dem Endkunden nicht leicht. 4K Fernseher die mit diesem Features beworben werden, unterstützen unter Umständen nicht die finalen Spezifikationen. Erste Serien stehen in 4K/HDR auf Amazon Instant Video zur Verfügung. Das Leitmedium für HDR-Inhalte wird aber sicherlich die 4K Blu-ray werden. Frühestens zur CES im Frühjahr 2016 wird mit den finalen Spezifikationen gerechnet.