Scharfe Bilder bei LCD-TVs
LCD-Fernseher haben Probleme, wenn sich Bilder schnell bewegen. 100 Hertz soll helfen, aber es gibt auch andere Verfahren.
Film und Fernsehen lebt von der Bewegung. Die lässt sich aber weder in Pixeln noch in Graustufen messen, sondern praktisch nur mit dem bloßen Auge beurteilen.
Für das Gesamtergebnis sind dabei drei Faktoren entscheidend:
- die Bildquelle
- die interne Signalverarbeitung und
- die Eigenschaften der Bildschirm-Technologie.
Der Signalverarbeitung kommt dabei die wichtigste Aufgabe zu: Sie muss zwischen Quelle und Bildschirm vermitteln. Denn jede Technologie stellt andere Anforderungen an das Signal. Die Zeiten, als das TV-Signal eins zu eins darzustellen war, sind mit dem Röhrenzeitalter ein für allemal zu Ende gegangen.
Je nach Verfahren kommt es zu unterschiedlichen Eigenarten: So stellen Plasma und DLP zum Beispiel Grauwerte über einen Zeitimpuls, also ein mehr oder weniger langes Aufblitzen, dar – das führt zur Überlagerung mit der Bewegung und zu falschen Konturen an bewegten Objekten. LCD- und LCoS-Projektoren müssen zwischen zwei Bildern immer die Ausrichtung der Kristalle umschalten, um sie nicht zu zerstören. LCD-Schirme haben andere Eigenschaften, die bei Bewegung Probleme machen.
Aktuell ist die neueste Generation dieser Fernseher auf 100 Hertz umgeschwenkt. Was das bringt, warum man es macht, zu welchen Problemen das führt und wie man letztlich das beste Bild bekommt – wir verraten es.
Der Aurea von Philips ist nicht nur ein Leuchtobjekt,
sondern auch ein LCD nach aktuellem Rezept:
Volle HDTV-Auflösung und 100 Hertz werden kombiniert.
1. Was der Mensch sieht
100 Hertz hat man bei Röhrenfernsehern eingeführt, weil man bei 50 Hertz noch ein Flackern wahrnehmen kann. Dabei sind 50 Hertz – oder 48 wie im Kino – gar nicht unbedingt zu wenig. Aber unter zwei Bedingungen sieht man ein Flackern: wenn die Bilder relativ hell und recht groß sind.
Wobei das Auge eine Besonderheit aufweist: Im zentralen Bereich sieht man scharf, ist aber relativ wenig empfindlich auf Flackern. Das bemerkt man vor allem in den Seitenbereichen, also bei Bildschirmen, die mehr abdecken als nur eine kleine Fläche. Daher erkennt man den Unterschied zwischen einer 50- und einer 100-Hertz-Röhre am einfachsten, wenn man ein Objekt seitlich im Bild anvisiert. Aus diesem Grund fordert man auch an Arbeitsplätzen eine Bildwechselfrequenz von 70 Hertz und mehr für den Monitor, denn auch diese decken einen recht weiten Bereich des Blickfelds ab.
Im Zentralbereich der Netzhaut, wo man scharf sieht, ist die Empfindlichkeit weniger hoch. In diesem Bereich genügt eine Bildwechselfrequenz von 50 Hertz. Für flüssige Bewegungsdarstellung ist daher ein PAL-Bild völlig ausreichend, die 24 Bilder von Kinofilm allerdings nicht mehr.
Diese Eigenheiten des Auges sind durchaus erklärbar: Die Empfindlichkeit auf Bewegungen zur Seite hin dient der Warnung vor Feinden oder anderen Gefahren, die höhere Schärfe in der Mitte der genauen Erfassung von Beute. Wobei anzumerken ist, dass die Empfindlichkeit auf Flimmern und Flackern recht subjektiv ist. Was der eine Zuschauer als problemlos und gut empfindet, kann einem anderen schon gewaltig auf die Nerven gehen.
Bei Röhrengeräten diente 100 Hertz der Beseitigung von Großflächenflackern,
hier der erste Grundig Monolith 70-100 von 1988.
2. Bild-Unschärfe in der Quelle
Anders als die Wirklichkeit haben elektronische Bewegtbilder unterschiedliche Grade der Schärfe. Den einen Grund kennt man aus der Fotokamera: Je länger die Blende geöffnet bleibt, umso stärker sind Objekte verwischt, die sich durchs Bild bewegen.
Da auch jede Video- oder Filmkamera eine gewisse Zeit braucht, in der sie das Geschehen vor der Linse aufzeichnet, ergibt sich schon dadurch eine zwangsläufige Bewegungsunschärfe. Maximal kann die Verschlusszeit nahezu bis zur Grenze der Bildwechselfrequenz gehen, also bis zu 20 Millisekunden bei PAL-Kameras, die mit 50 Bildern pro Sekunde arbeiten (Rechnung: Eine Sekunde geteilt durch 50 ergibt 20 Millisekunden). In vielen Situationen reicht aber eine wesentlich kürzere Verschlusszeit, wodurch weniger Bewegungsunschärfe entsteht.
Wie scharf die Kanten von bewegten Objekten sind, hat später einen wichtigen Einfluss. Abhängig davon fallen nämlich unregelmäßige Bewegung mehr oder weniger stark auf, zum Beispiel das Ruckeln von Kinofilmen bei Wiedergabe mit 60 Hertz (3:2 Pulldown, siehe audiovision 10-2007). Eine weitere Besonderheit sind Trickfilme, ebenso Videospiele: Hier gibt es in der Regel gar keine Bewegungsunschärfe, da auch keine Verschlusszeit der Kamera zu verzeichnen ist; Animationsfilme wie „Findet Nemo“ sind, sofern gewollt, immer scharf.
Ein zweiter Faktor, der zu unscharfen Bewegungen führt, ist das Halbbild-Verfahren (Interlaced Scan, das Gegenteil von Progressive Scan). Bei Standbildern ergänzen sich die Informationen aus den beiden Halbbildern zu einer scharfen Kontur. Bewegt sich aber etwas, stammen benachbarte Zeilen aus unterschiedlichen Bewegungsphasen, sie lassen sich dann nicht kombinieren. Damit sind solche Szenen nur halb so scharf, weil jedes Bild nur halbe Zeilenzahl hat.
TV-Kameras liefern überwiegend Interlaced-Signale, bei denen sich
die Auflösung von bewegten Objekten verringert.
3. Verschmieren wegen der Reaktionszeit
Besonders viel Aufmerksamkeit wird bei LCD-Schirmen der so genannten Reaktionszeit gewidmet. Dabei ist sie heute kaum noch von Bedeutung. Früher war das anders: Noch vor wenigen Jahren brauchten PC-Monitore 25, 30 oder mehr Millisekunden, bis sie einen Pixel von Weiß auf Schwarz umgeschaltet hatten oder umgekehrt.
Das hat am Computer wenig negative Folgen, solange man Daten bearbeitet – allenfalls der Mauszeiger bekommt eine kleine Fahne, weil bei 60 Hertz alle 16,67 Millisekunden ein neues Bild kommt. Denn dann kann die Flüssigkristallzelle nicht so schnell folgen, wie sich das Objekt bewegt. Das war jedoch schon bei manchen Röhrenmonitoren genauso, wo man die Nachleuchtzeit des Phosphors zugunsten von mehr Helligkeit besonders lang ausgelegt hatte. Für Video sind solche Schirme allerdings ungeeignet. Sie zeigen nur ein verschmiertes Bild, sobald sich etwas bewegt.
Ob die Reaktionszeit allerdings fünf oder acht Millisekunden beträgt, spielt kaum eine Rolle. Theoretisch ist es besser, wenn die Zelle schnell öffnet oder schließt; es beeinflusst aber allenfalls den Kontrast an bewegten Kanten. Schnellere Reaktionszeiten tragen aber nicht generell zur schärferen Darstellung von Objekten bei. Die schnellere Reaktionszeit gibt jedoch den Konstrukteuren Spielraum für andere Verbesserungen, sei es beim Blickwinkel oder in der Bildwechselfrequenz.
Bei modernen LCDs liegt die Reaktionszeit deutlich unter zehn Millisekunden,
deshalb gibt es kein Verschmieren (Bild LG-Serie LF75).
4. Beschleunigung durch Overdrive
Das Umschalten von Schwarz auf Weiß, also von geschlossener auf offene Flüssigkristallzelle, ist die große Ausnahme bei Videosignalen. Aussagekräftiger ist ein Wert, der den Übergang von Hellgrau zu Dunkelgrau angibt, etwa von 90 Prozent Öffnung zu zehn Prozent.
Hier wird nämlich ein niedrigerer Strom benötigt, da ja kein voller Ausschlag beabsichtigt ist. Deswegen kann dieses Umschalten sogar länger dauern als von Null auf 100 Prozent. In den Prospekten findet man daher häufig Reaktionszeiten mit der Angabe „Grey to grey“. Allerdings gibt es hier keine genormte Messmethode, weswegen ein direkter Vergleich von Modellen verschiedener Hersteller wenig sinnvoll ist. Das Problem der Graustufen-Übergänge ist aber mittlerweile weitgehend gelöst. Erstens sind die meisten Panels so schnell, dass auch das keine Ewigkeit mehr dauert. Zum anderen haben die Treiberbausteine meistens einen so genannten Overdrive, also eine Übersteuerung in der Anfangsphase der Grauwert-Anpassung. Kurz vor Erreichen des benötigten Wertes schaltet man dann auf die korrekte Spannung zurück. So ist sichergestellt, dass stets schnellstmöglich geschaltet wird und Grau-Übergänge flotter vonstatten gehen als von Schwarz zu Weiß.
Moderne LCD-Bausteine, hier ein Chip von Micronas, beschleunigen das Umschalten.
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