Da sich 4K-Technologie als Standard gegenüber HD etabliert, werben Hersteller mit Begriffen wie „Ultra HD Upscaling“ (UHD). Upscaling ist jedoch keine exklusive Funktion. Es ermöglicht 4K-Fernsehern, Inhalte mit niedrigeren Auflösungen wie 1080p und 720p wiederzugeben.
Jeder Fernseher beherrscht Upscaling
Upscaling bedeutet, dass Inhalte mit niedriger Auflösung auf dem gesamten Bildschirm dargestellt werden. Ohne diese Funktion würde ein Video mit geringerer Auflösung nur einen Teil des Displays einnehmen. Diese Fähigkeit ist bei allen Fernsehern vorhanden, auch 1080p-Fernseher konnten 720p-Inhalte hochskalieren und im Vollbild auf einem 1080p-Bildschirm anzeigen.
UHD-Upscaling stellt sicher, dass Ihr 4K-Fernseher wie jeder andere Fernseher funktioniert. Es kann Inhalte mit niedrigerer Auflösung verarbeiten und auf dem gesamten 4K-Bildschirm anzeigen.
Hochskalierte 1080p-Inhalte sehen auf einem 4K-Bildschirm oft besser aus als 1080p-Inhalte auf einem herkömmlichen 1080p-Bildschirm. Upscaling ist jedoch keine Magie. Sie werden nicht dieselbe Bildschärfe erhalten wie bei nativen 4K-Inhalten. Hier ist eine Erklärung, wie das funktioniert.
Die duale Natur der Auflösung: Physikalisch und Optisch
Bevor wir uns mit Upscaling befassen, müssen wir das Konzept der Bildauflösung verstehen. Es scheint zunächst einfach zu sein: Ein Bild oder Video mit hoher Auflösung sieht besser aus als eines mit niedriger Auflösung.
Dabei übersehen wir oft wichtige Aspekte wie den Unterschied zwischen der physischen und der optischen Auflösung. Beide arbeiten zusammen, um ein optimales Bild zu erzeugen und sind grundlegend für das Verständnis von Upscaling. Die Pixeldichte wird ebenfalls kurz behandelt.
Physische Auflösung: In technischen Datenblättern wird die physische Auflösung als „Auflösung“ bezeichnet. Sie gibt die Anzahl der Pixel auf einem Display an. Ein 4K-Fernseher hat mehr Pixel als ein 1080p-Fernseher, wobei ein 4K-Bild die vierfache Größe eines 1080p-Bildes hat. Alle 4K-Displays haben die gleiche Pixelanzahl, unabhängig von ihrer Größe. Obwohl Fernseher mit hoher physikalischer Auflösung ihre zusätzlichen Pixel für mehr Details nutzen könnten, ist dies nicht immer der Fall. Die physische Auflösung ist abhängig von der optischen Auflösung.
Optische Auflösung: Aus diesem Grund sehen ältere Fotos von Einwegkameras manchmal besser aus als die Fotos, die mit einer modernen Digitalkamera aufgenommen wurden. Wenn ein Foto scharf und klar mit einem guten Dynamikumfang ist, hat es eine hohe optische Auflösung. Fernseher verschwenden manchmal ihre hohe physische Auflösung, indem sie Videos mit einer schlechten optischen Auflösung wiedergeben. Dies führt zu unscharfen Bildern mit schlechtem Kontrast. Manchmal ist dies ein Ergebnis des Upscalings, aber dazu kommen wir gleich.
Pixeldichte: Diese bezieht sich auf die Anzahl der Pixel pro Zoll auf einem Display. Alle 4K-Displays haben zwar die gleiche Anzahl Pixel, auf kleineren 4K-Displays liegen die Pixel jedoch enger beieinander, was zu einer höheren Pixeldichte führt. Ein 4K-iPhone hat beispielsweise eine höhere Pixeldichte als ein 70-Zoll-4K-Fernseher. Dies verdeutlicht, dass die Bildschirmgröße nicht mit der physikalischen Auflösung gleichzusetzen ist und die Pixeldichte eines Bildschirms seine physikalische Auflösung nicht definiert.
Nachdem wir den Unterschied zwischen physischer und optischer Auflösung verstanden haben, können wir uns dem Upscaling zuwenden.
Upscaling vergrößert ein Bild
Jeder Fernseher verwendet eine Reihe von Interpolationsalgorithmen, um Bilder mit niedriger Auflösung hochzuskalieren. Diese Algorithmen fügen einem Bild Pixel hinzu, um seine Auflösung zu erhöhen. Warum wird die Auflösung überhaupt erhöht?
Die physikalische Auflösung definiert sich durch die Anzahl der Pixel auf einem Display, nicht durch die tatsächliche Größe des Fernsehers. Ein 1080p-Bildschirm hat 2.073.600 Pixel, ein 4K-Bildschirm dagegen 8.294.400. Würde man ein 1080p-Video ohne Upscaling auf einem 4K-Fernseher abspielen, würde es nur ein Viertel des Bildschirms einnehmen.
Um ein 1080p-Bild auf einem 4K-Display darzustellen, müssen durch Upscaling etwa 6 Millionen Pixel hinzugefügt werden (dann wird es zu einem 4K-Bild). Upscaling basiert auf Interpolation, was im Grunde eine aufwendige Schätzmethode ist.
Upscaling und der Verlust optischer Auflösung
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, ein Bild zu interpolieren. Die einfachste Methode ist die „Nächster-Nachbar“-Interpolation. Bei dieser Methode fügt ein Algorithmus einem Bild ein Raster aus „leeren“ Pixeln hinzu und schätzt deren Farbwerte, indem er die vier benachbarten Pixel betrachtet.
Ein leeres Pixel, das von weißen Pixeln umgeben ist, wird beispielsweise ebenfalls weiß, während ein leeres Pixel, das von weißen und blauen Pixeln umgeben ist, hellblau erscheinen kann. Dies ist ein unkomplizierter Prozess, der jedoch zu digitalen Artefakten, Unschärfen und rauen Umrissen führen kann. Mit anderen Worten, interpolierte Bilder haben eine schlechte optische Auflösung.
Links: Originalbild. Rechts: Nach der Nächster-Nachbar-Interpolation.
Vergleichen Sie diese beiden Bilder. Das linke ist das Original, das rechte ist das Ergebnis der Nächster-Nachbar-Interpolation. Das rechte Bild sieht schlecht aus, obwohl es die gleiche physikalische Auflösung hat. Ähnliches passiert, wenn Ihr 4K-Fernseher die Nächster-Nachbar-Interpolation zum Hochskalieren verwendet.
„Moment mal“, werden Sie jetzt vielleicht sagen, „mein neuer 4K-Fernseher sieht nicht so aus!“ Das liegt daran, dass nicht ausschließlich die Nächster-Nachbar-Interpolation verwendet wird. Stattdessen werden verschiedene Methoden zur Bildverbesserung kombiniert.
Upscaling versucht auch die optische Auflösung zu verbessern
Die Nächster-Nachbar-Interpolation ist fehlerhaft, da sie die optische Auflösung nicht berücksichtigt. Deshalb nutzen Fernseher zwei weitere Interpolationsmethoden, die bikubische (glättende) und bilineare (schärfende) Interpolation.
Links: Beispiel der bilinearen Interpolation. Rechts: Beispiel der bikubischen Interpolation.
Bei der bikubischen (glättenden) Interpolation werden die 16 benachbarten Pixel eines Bildes zur Berechnung der Farbe eines neuen Pixels herangezogen. Dies führt zu einem weicheren Bild. Die bilineare (schärfende) Interpolation berücksichtigt nur die zwei nächsten Nachbarn und erzeugt ein schärferes Bild. Durch die Kombination dieser Methoden und dem Anwenden von Kontrast- und Farbfiltern kann Ihr Fernseher ein Bild erzeugen, bei dem kein erheblicher Verlust an optischer Qualität auftritt.
Interpolation bleibt aber ein Schätzverfahren. Auch mit der besten Interpolation können beim Hochskalieren „Geisterbilder“ auftreten, besonders wenn der Fernseher minderwertig ist. Diese Artefakte werden deutlicher, wenn Bilder von geringer Qualität (720p oder weniger) auf 4K-Auflösung hochskaliert werden oder bei großen Fernsehern mit geringer Pixeldichte.
Das obige Bild ist kein Beispiel für Upscaling eines Fernsehers, sondern für das Upscaling der HD-DVD-Veröffentlichung von „Buffy – Im Bann der Dämonen“ (aus einem Video-Essay von „Passion of the Nerd“). Es verdeutlicht, wie eine schlechte Interpolation ein Bild ruinieren kann. Nicholas Brendon trägt keine Wachs-Vampirmaske, sondern dies ist ein Ergebnis des Upscaling-Prozesses.
Alle Fernseher beherrschen Upscaling, aber einige haben bessere Algorithmen, was zu einem besseren Bild führt.
Upscaling: Notwendig und meist unauffällig
Trotz aller Fehler ist Upscaling wichtig. Es ermöglicht die reibungslose Wiedergabe verschiedener Videoformate auf einem Fernseher. Ist es perfekt? Natürlich nicht. Film- und Videospielfans sehen sich alte Inhalte daher gerne auf den dafür vorgesehenen Geräten an. Trotzdem ist Upscaling in der Regel kein Grund zur Sorge.
Es ist erwähnenswert, dass 8K-, 10K- und 16K-Videoformate bereits von einigen Geräten unterstützt werden. Wenn die Upscaling-Technologie bei diesen Formaten nicht mithalten kann, könnte dies zu erheblicheren Qualitätsverlusten führen.
Da Hersteller und Streaming-Dienste sich jedoch weiterhin auf 4K konzentrieren, müssen wir uns um 8K noch keine Gedanken machen.