Wissen: HDMI 2.0a und High Dynamic Range (HDR)

High Dynamic Range (HDR) mit Dolby Vision. Quelle: Dolby/Business Wire
High Dynamic Range (HDR) mit Dolby Vision. Quelle: Dolby/Business Wire

Das HDMI Forum hat die neue Spezifikation HDMI 2.0a verabschiedet, mit der jetzt auch die Übertragung zur Wiedergabe von Videos mit High Dynamic Range (HDR), also hohem Kontrastraum, möglich werden soll. HDMI 2.0a basiert auf dem von der US-amerikanischen Consumer Electronics Association (CEA) veröffentlichten Standard CEA-861.3, der die Übertragung der HDR-Metadaten regelt. Diese Metadaten konnten bisher nicht per HDMI übertragen werden, HDMI 2.0a schafft hier Abhilfe und etabliert einen Standard zur Wiedergabe von HDR-Inhalten von externen Quellen wie 4K-Bluray-Playern oder Satelliten- und Kabel-Receivern.

Während HDMI 1.4 seinerzeit den Weg für 4K-UHD-Inhalte ebnete, brachte HDMI 2.0 schließlich die 4K-Wiedergabe mit 60 Bildern pro Sekunde. HDMI 2.0a begnügt sich jetzt mit der Integration der HDR-Metadaten, während die übrigen Spezifikationen zu Auflösung oder Bildwiederholraten unangetastet bleiben.

Mehr Kontrast und Farbtiefe mit High Dynamic Range (HDR)
High Dynamic Range ist spätestens seit der CES im Januar dieses Jahres einer der großen neuen Trends in Sachen Highend-TV´s. Durch einen größeren Kontrast- und Farbraum werden mehr Details in dunklen und hellen Bereichen des Bildschirms darstellbar, das Bild wirkt insgesamt lebendiger und lebensechter.

Unabhängig von der verwendeten Auflösung (720p, 1080p oder auch 4K) wurden Leuchtkraft, Helligkeit, Kontraste und Farbwerte bisher ausgehend vom Originalmaterial der Aufnahmen heruntergerechnet, weil selbst aktuelle 4K-Fernseher eine so starke Leuchtkraft wie in der Natur nicht wiedergeben können.

Daher werden insbesondere helle Elemente wie Wolken oder Flammen auf Fernsehern nie so kräftig und kontrastreich dargestellt wie in der Realität. Filme wirken damit zwangsläufig immer künstlich. Mit dem erhöhten Kontrastraum von HDR nähern sich dargestellte Objekte in ihrer Leuchtdichte der Realität jetzt weiter an, Videos erscheinen so wesentlich natürlicher als bisher. Damit Videos mit High Dynamic Range aber überhaupt erst wiedergegeben werden können, müssen sowohl bei Hardware als auch bei Software einige Voraussetzungen erfüllt sein.

HDR-Anforderungen an Hardware und Software
HDR könnte zwar rein technisch auch bei Full-HD-Videos zum Einsatz kommen, wird zumindest anfangs aber wohl ausschließlich 4K-UHD-Inhalte mit dem größeren Kontrastraum verbessern. Immerhin: Der kommende Ultra HD Blu-ray Standard erlaubt HDR auch bei Full HD. Auf der Softwareseite kommt dabei der bei 4K-Videos bereits etablierte HEVC-Standard (High Efficiency Video Coding) zum Einsatz, mit dem die großen UHD-Dateien sinnvoll komprimiert werden, was die Übertragung per Internet, Satellit oder Kabel oder eben auch Speicherung auf Blurays erlaubt. Ohne HEVC gibt es im Augenblick also auch kein HDR.

Samsungs SUHD-TVs der JS9- und JS8-Serie dürften einige der ersten tatsächlich erhältlichen TV-Geräte sein, die die Wiedergabe von 4K-UHD-Inhalten mit HDR ermöglichen. Allerdings steckt die HDR-Wiedergabe noch in den Kinderschuhen, mittelfristig werden also alle großen Gerätehersteller eigene HDR-fähige Produktlinien auf den Markt bringen. Sony hat bereits angekündigt, mit den neuen Fernsehern der X93C- und X94C-Serien ab Mai ebenfalls HDR-Kompatibilität zu gewährleisten.

Während aktuelle TV-Geräte eine Leuchtdichte von ca. 300 bis 400 cd/qm (Candela pro Quadratmeter) aufweisen, sollten es für HDR-Videos eher 600 bis 1.000 cd/qm (Candela pro Quadratmeter oder nits) sein. Zwangläufig erforderlich ist eine Signalverarbeitung, die ebenfalls 10 Bit unterstützt (wobei das Panel selbst durchaus auch 8 Bit haben kann). Der Hintergrund: Eine neue Transfercharakteristik (PQ für Perceptual Coding bzw. SMPTE 2084) ersetzt das bisherige Gamma 2.2 oder 2.4 (ITU BT.1886). Diese Transfercharakteristik, auch PQ EOTF genannt, lehnt sich an das manschliche Helligkeitsempfinden an und ermöglicht die Erfassung größerer Dynamikräume und stellt deshalb auch höhere Ansprüche an die Bittiefe des codierten Signals.

LCD und OLED
Hersteller und Kunden haben wie üblich die Wahl zwischen OLED oder LCD: Während OLED zwar ein tieferes Schwarz bietet, können OLED-basierte HDR-TVs aber keinen so hohen Helligkeitswert liefern wie LCD-Geräte. Außerdem ist es für gängige OLED-Fernseher (inklusive der der Generation 2015) sehr schwierig, alle Helligkeitsnuancen – insbesondere in dunklen Bildbereichen – auch sauber abzustufen und farbrichtig darzustellen. Das Problem dabei scheint in der Ansteuerung OLED-Pixel zu liegen, die nicht beliebig gedimmt oder gepulst werden können. LCD-Panels widerum erreichen keinen so guten Schwarzwert, dafür aber eine bessere Differenzierung der dunklen Bildbereiche und eine oft höhere Leuchtdichte.

Dolby Vision mit erweiterten HDR-Metadaten
HDR ist nicht gleich HDR. Obwohl HDR bis zu 10.000 candela unterstützt, sind Geräte mit mehr als 1.000 cd/m² derzeit nur von Dolby und deren Partnerherstellern zu sehen. Für Leuchtdichten von bis 4.000 cd/m² und darüber, benötigt Dolby einen experimentellen, flüssig gekühlten LCD-Bildschirm.
Umso erstaunlicher ist es, dass der Samsung SUHD-TV 65JS9590 ohne Dolby Vision oder aufwändige Kühlungen nach unseren Messungen bis zu 1.000 cd/m² erzielte.

Normale TV-Geräte mit Unterstützung für Dolby Vision, wie inzwischen beispielsweise von VIZIO angekündigt, werden also mit weit weniger als 4.000 cd/qm arbeiten. Dabei stellt man sich zwangsläufig die Frage: Für was braucht man eigentlich Dolby Vision, wenn die Metadaten durch HDMI und HEVC im Griff sind?

Dolby Vision setzt auf intelligente Wege, wie man bisherige Standards und HDR miteinander vereinen kann. Inwieweit das sinnvoll und ohne Qualitätseinbußen möglich ist, bleibt fraglich. Trotzdem ist die Mitgliedschaft von Dolby in der UHD-Alliance und die Unterstützung von Dolby Vision auf der kommenden Ultra HD Blu-ray vielversprechend.

HDR-Wiedergabe nur mit neuen 4K-UHD-Geräten?
Über den internen Mediaplayer und Streaming-Apps entsprechend geeigneter Fernseher ist die HDR-Untertützung per Firmware-Update denkbar.

Bei physischen Datenträgern und externen Mediaplayern sieht es anders aus: Egal ob Dolby Vision oder HDR, zur Wiedergabe von externen Quellen wird in fast allen Fällen die neue HDMI-Spezifikation 2.0a zum Einsatz kommen. Zwar kann theoretisch auch SuperMHL mit 4K-Inhalten und HDR-Metadaten umgehen, gerade im TV-Bereich ist die HDMI-Schnittstelle aber einfach der weitaus häufiger anzutreffende Standard. Zudem dürften sich die meisten aktuellen TV-Geräte mit HDMI 2.0 herstellerseitig durch ein Software- oder Firmware-Update auf HDMI 2.0a aktualisieren lassen, da HDMI 2.0a im Prinzip nur bereits vorhandene Möglichkeiten in der EDID-Kommunikation zwischen Geräten besser ausnutzt.

Aufgrund der hohen Anforderungen, die High Dynamic Range an die Display-Panels setzt, wird man aber für die Wiedergabe von HDR-Videos kaum um einen Neukauf künftiger HDR-Geräte herumkommen. Nutzen lassen sich diese dann zum Beispiel auch für das Streaming von HDR-Inhalten, wie sie inzwischen Amazon und Netflix noch für 2015 angekündigt haben.

Player.de meint:
Auch wenn es rein von der Namensgebung kein großer Versionssprung geworden ist, die Bedeutung von HDMI 2.0a sollte nicht unterschätzt werden. Mit HDMI 2.0a ist jetzt nämlich das letzte Verbindungsstück spezifiziert, um HDR-Videos von externen Quellen wie Bluray-Playern per HDMI auf TV-Geräten wiederzugeben. Dass es derzeit kaum HDR-fähige Endgeräte oder HDR-Content gibt, sollte kein Grund für Häme sein – es dürfte klar im Interesse aller Nutzer sein, wenn zuerst die Standards geschaffen werden, bevor die Gerätehersteller ihre Produkte auf den Markt bringen. Dass für die HDR-Wiedergabe eine neue TV-Generation nötig sein wird, ist vor allem für all diejenigen ärgerlich, die gerade erst auf 4K umgestiegen sind und dabei nicht auf HDR-Support geachtet haben.

Der Unterschied zwischen HDR und dem Standard-Dynamikumfang ist aber nochmal so groß wie zwischen Full HD und Ultra HD. Abhängig vom Betrachter und vom Sitzabstand kann er sogar größer ausfallen. Die Bildqualitätsexperten Joe Kane und Florian Friedrich haben für Mai 2015 bereits erste HDR-Testbilder zum Download auf www.quality.tv angekündigt.