Bildauflösung bis 8K: Was man über die neuen Bildgrössen wissen muss

4K, UHD, 8K ist in aller Munde. Aber was verbirgt sich wirlich dahinter? Was muss man über die neuen Dateigrössen wissen, und welche Zusammenhänge bestehen? Dieser Artikel des Deuschen Photoindustrie-Verbandes schafft Klarheit und vermittelt uns das nötige Grundwissen, um in der 4K- oder bald sogar in der 8K-Welt zuhause zu sein.

Die 4K-Technik ist auf dem Vormarsch und mit 6K und 8K stehen die Weiterentwicklungen schon in den Startlöchern. Immer mehr Aufnahmegeräte sind 4K tauglich und immer mehr Fernseher, Monitore und Projektoren (Beamer) bieten diesen Standard. 4K garantiert Videos in Kinoqualität. Aber auch Fotografen bietet 4K einen deutlichen Mehrwert, der sie keinen Moment mehr verpassen lässt. Die Investition in 4K ist lohnenswert, denn somit hat man das Rüstzeug für die Zukunft, auch wenn man aktuell möglicherweise noch nicht im Besitz eines 4K Fernsehers ist. Es ist von Vorteil, sich mit 4K auseinanderzusetzen, denn nur so erkennt man den deutlichen Mehrwert.

Die verschiedenen Auflösungen im Überblick

Auch wenn es hier mehr um Bewegtbilder als um Foto geht, wollen wir nicht auf die analogen und VHS-Formate eingehen, sondern beginnen bei der digitalen Standard-Auflösung. Im Regelfall hat SD eine Auflösung von 720 × 576 Pixel, was etwa 0,4 Megapixel entspricht.

Die nächsthöhere Auflösung ist HD mit 1‘280 × 720 Pixel, welche aber schon sehr schnell durch die Full-HD-Auflösung mit 1‘920 × 1‘080 Pixel in den Schatten gestellt wurde. Als Datenmedium werden BluRay-Discs verwendet. Da Full-HD umgerechnet über 2,1 Megapixel verfügt und somit fünfmal schärfer als ist SD, versteht man schnell, warum BluRay einen solch rasanten Siegeszug hatte.

Bisweilen werden HD-Formate nach deren vertikaler Auflösung benannt. Daher entspricht 720 nichts anderem als HD mit 1‘280 × 720 Pixel, gleichsam ist für Full-HD auch die Bezeichnung 1’080 geläufig. Ein wenig verwirrend ist das schon. Vermutlich resultiert es aber daraus, dass jeder Hersteller sein Produkt mit einer bestimmten Eigenschaft von der Konkurrenz abgrenzen will. Und wenn alle anderen Geräte mit Full-HD werben, warum nicht darauf verweisen, dass das eigene Gerät Full-HD mit 1’080 Vertikalpixeln anzeigen kann?

Full-HD ist seit Ende 2013 nicht mehr der letzte Schrei. Mit Ultra-HD – auch als 4K bezeichnet – kamen die ersten Geräte auf den Markt, die über eine Auflösung von 3‘840 × 2‘160 Pixeln verfügten. Mit 8,3 Megapixel also vierfach höher als Full-HD. Mit der K-Auflösung wird die horizontale Pixelzahl beschrieben, wobei 4K ungefähr 4‘000 Pixel in der Breite entspricht.

Wer sich mit 4K beschäftigt wird früher oder später mit der Bezeichnung «echtes 4K» in Berührung kommen. Gemeint ist damit Cinema-4K, dessen Auflösung bei 4‘096 × 2‘160 Pixeln liegt wodurch das Bild etwas breiter wird als im 16:9 Format. Die Übertragung von Fernsehsendungen in 4K ist allerdings noch Zukunftsmusik und erfolgt hierzulande lediglich zur Demonstration oder Testzwecken. Hingegen bedienen Netflix oder YouTube mit Auszügen aus dem Programm bereits 4K-Monitore und längst ist die Sprache von «Ultra HD BluRay»-Discs, welche uns in nicht allzu ferner Zukunft Filme präsentieren, deren Bilder noch schärfer und deren Klänge noch klarer sind als jemals zuvor.

Auch wenn Fernsehsendungen in 4K noch auf sich warten lassen, so findet 4K eine schnelle Verbreitung unter Filmern und Fotografen. Grund dafür ist, dass die Zahl der 4K tauglichen Aufnahmegeräten zunimmt. Wer heute vor der Anschaffung einer neuen Kamera steht und als Profi- oder ambitionierter Fotograf/Videograf unterwegs ist, sollte dieses zukunftsweisende Features im Blick haben. Durch die hohe Auflösung erhält man Bilder, denen es an Schärfe und Brillanz nicht mangelt. Wir haben den Qualitätsunterschied gesehen – Wahnsinn! Übrigens: Was über 4K hinaus noch möglich ist, wurde bereits von Canon mit dem Prototypen eines 8K-Referenz-Monitors vorgestellt. Das Gerät hat eine Diagonale von 29 Zoll und verfügt über eine Auflösung von 7‘680 × 4‘320 Pixel, was 33 Megapixeln entspricht. Damit hat der Monitor eine Pixeldichte von 300ppi (Pixel pro Zoll). Das entspricht der Brillanz eines Zeitschriftendrucks, welcher eine Druckauflösung von 300dpi (Punkte pro Zoll) aufweist.

Anzahl der Einzelbilder pro Sekunde

Die Auflösung beschreibt ein rein technisches Qualitätsmerkmal eines Fotos. Für ein Videobild ist aber nicht nur die Auflösung wichtig, sondern auch die Bildfrequenz. Also die Anzahl der Bilder, die in einer Sekunde ablaufen müssen. Für die Darstellung einer flüssigen Bewegung werden heute 24 Bilder pro Sekunde benötigt. Der Fachmann spricht hier von 24p (pictures) oder 24 fps (frames per second) und über diese Wiederholungsraten verfügt jeder Kinoprojektor.

Für die Übertragung von Fernsehsignalen sind höhere Bildfrequenzen üblich. Um ein Bildflimmern in schnellen Bewegungen zu verhindern wurden beim PAL-Fernsehen 25 Bilder pro Sekunde in 50 Halbbilder zerlegt – man spricht hierbei auch von einer 50 Hertz Frequenz des Fernsehers. Beim sogenannten Zeilensprungverfahren werden die ungeraden und geraden Bildzeilen der Halbbilder in schneller Abfolge sukzessiv aufgebaut, also jeweils eine Zeile übersprungen. Das Zeilensprung- oder Zwischenzeilen-Verfahren (engl. Interlacing) wurde von frühen HD-Kameras noch zur Aufzeichnung genutzt. Kennzeichnend war hierfür ein «i» in den technischen Daten. Filmte eine Kamera mit 1080/50i, so wurde in Full-HD-Auflösung mit 1‘920 × 1‘080 Pixeln und 50 Halbbildern pro Sekunde aufgezeichnet. Heutige Kameras sind wesentlich leistungsstärker und durchaus in der Lage, 50 oder 60 Vollbilder bei Full-HD-Auflösung aufzunehmen. Aufgrund der benötigten Rechenleistung sind 4K-Fotokameras aktuell noch auf 24, 25 oder maximal 30 Bilder/s limitiert. Ist dann die Anschaffung einer Full-HD-Kamera nicht ratsamer? Sicherlich nicht, denn eine 4K-Kamera hält Bilder fest, die eine vierfach höhere Qualität haben (siehe Darstellung der Formate im Vergleich). Für die Wiedergabe am Fernseher ist die Hertz-Zahl natürlich nicht unerheblich, da 50 fps weitaus flimmerfreier sind als 25 Bilder pro Sekunde. Auch wenn die Prozessoren der 4K-Kameras noch nicht bereit sind für 50p, so punktet die Technik schlichtweg durch die Qualität der Aufnahmen.

Riesige Datenmengen sind zu komprimieren

Wenn wir zur Auflösung und Frequenz, von denen bislang die Rede war, noch die Farbtiefe hinzunehmen, sind alle Faktoren zusammen, welche die Datenmenge einer Aufnahme bestimmen. Bei einem Video entsteht eine weitaus grössere Datenmenge als bei einem Foto. Als Beispiel nehmen wir ein fünf Minuten langes Full-HD-Video.

Full-HD hat eine Auflösung von 1‘920 × 1‘080 Pixeln. Die Frame-Rate liegt bei 25 Bildern pro Sekunde. Die Datentiefe ergibt sich aus der Farbtiefe des RGB-Monitors mit 24 Bit (8 Bit je RGB-Kanal = 28 = 256 Abstufungen je Kanal = 16,7 Millionen darstellbare Farben). Ein unkomprimiertes Bild hätte somit eine Dateigrösse von 5,9 Megabyte (MB). Mit einer Bildwiederholungsfrequenz von 25fps führt dies zu 148,3 MB pro Sekunde. Das fünf Minuten lange Video hat eine Dateigrösse von 44,5 Gigabyte (GB). Für ein entsprechendes 4K-Video ergeben sich folgende Werte: 23,7 MB für ein 4K-Vollbild, 593,3 MB für eine 4K-Sekunde und 178 GB für fünf Minuten in 4K.

Auch wenn die Kapazitäten von Speicherkarten und Festplatten zunehmend steigen, so wird jeder an seine Grenzen stossen, der Videomaterial unkomprimiert sichern will. Auch wenn moderne Fotokameras über eine sehr qualitative JPEG-Komprimierung (bei Videos als Motion-JPEG bezeichnet) verfügen und damit die entstehende Datenmenge ungefähr um das 10-fache reduzieren, entstehen noch immer zu grosse Datenmengen. Um dieses Problem zu vermeiden, greifen nahezu alle Kameras mit Full-HD- oder 4K-Auflösung auf ein wesentlich effektiveres Verfahren als JPEG zurück. Je nach Variante der MPEG-Komprimierung werden nicht nur die Einzelbilder, sondern auch Bildgruppen (GoP, Group of Pictures) auf sich verändernde Bildbereiche – sogenannte Redundanzen – untersucht. MPEG ermöglicht dadurch, dass nicht die ganzen Bildinformationen gespeichert werden müssen, sondern nur von dem Teil des Bildes, der sich verändert hat.

Nüchtern und pragmatisch betrachtet macht es natürlich nicht viel Sinn, einen Film mit weit höherer Auflösung aufzunehmen als man diesen später präsentieren will, da die Datenmengen exponentiell steigen, je höher die Auflösung wird. Wer jedoch aktuell noch nicht über ein hochauflösendes Darstellungsmedium verfügt, in naher Zukunft aber für eine entsprechende Präsentation gewappnet sein will, dem sei auf jeden Fall zur höheren Auflösung geraten.

Quelle: www.prophoto-online.de