Wann immer man meint, die Bildqualität der Großbildprojektion hat ein Niveau erreicht, das nach keiner großen Verbesserung mehr bedarf, entwickeln findige Ingenieure neue Techniken zur Bildverbesserung. Diese Generation steht dabei ganz im Zeichen der Bildschärfe…

Mit der Einführung der FullHD Auflösung erreichen Projektoren in den in für Heimkinos gängigen Bildbreiten eine Detailschärfe und Darstellung, die von vielen als mehr als ausreichend angesehen werden kann. Mit nominell zwar „nur“ 2 Megapixel treten Artefakte aus der Vergangenheit, wie Pixeraster oder Kantenausfransungen, in den Hintergrund, doch hinkt die Bildquelle, sprich Bluray oder TV, den Darstellungsfähigkeiten der Projektoren hinterher:

Hauptproblem ist hier die notwendige Komprimierung der Daten: Um Speicherplatz zu sparen, müssen die nativen Bildinformationen „gepackt“ werden. Intelligent komprimiert muss ein Verlust an Bildinformationen nicht die Folge sein, doch wie so oft driften Theorie und Praxis auseinander. So sind typische Komprimierartefakte wie Farbreduktionen, Schärferverlust, Linearitätsartefakte usw. leider keine Ausnahme und trüben den Großbildgenuss, denn im Heimkino ist das Verhältnis aus Sichtabstand und Bildgröße wesentlich geringer, als beim herkömmlichen TV.

Da eine Qualitätssteigerung auf Softwareebene derzeit nicht zu erwarten ist, sondern durch Internetstreaming Komprimierartefakte eher noch verstärkt werden, sind die Hersteller bemüht, die Signalverarbeitung der Projektoren um eine „künstliche Intelligenz“ zu erweitern, die verloren gegangene Bildinformationen soweit wie möglich restaurieren , Artefakte vermindern und die Detaildarstellung somit verbessern soll. Diese Schaltungen werden individuell mit werbewirksamen Namen wie „Super Resolution“, „Multi Pixel Control“ oder „Reality Creation“ beworben.

Doch damit nicht genug: Die Beamer-Technik entwickelt sich schnell und seit letztem Jahr gibt es bereits die ersten Modelle, die zu einer deutlich höheren Auflösung als FullHD in der Lage sind. Die Rede ist von „4k“, entweder nativ (Sony VPL-VW1000), oder sequentiell (JVC DLA X55/X75/X95). Dieser große Sprung in der Auflösung bietet noch mehr Potenzial in der Detaildarstellung und die Lücke zum digitalen Quellmaterial wird noch größer. Da ist es nahe liegend, die Schärfealgorithmen mit einer intelligenten Skalierung zu verknüpfen.

Heimkinoraum Luxemburg war der Schauplatz...

Was bringen diese ganzen Schaltungen aber tatsächlich, driften hier Theorie und Wirklichkeit auch auseinander? Handelt man sich Nebeneffekte ein und wenn ja, welche? Welche Systeme sind besonders leistungsfähig und wie konfiguriert man sie? Um all diese Fragen zu beantworten, haben wir uns im März auf den Weg zu einem unserer besten Shopping Mall Partner gemacht: Heimkinoraum Luxemburg Trier.

...unseres Test-Specials!

Der optimierte Referenz-Kinosaal mit seiner 3,7m breiten Leinwand bietet hier die optimale Infrastruktur, um die Detaildarstellung von Projektoren zu vergleichen. Zusammen mit Inhaber Jörg Michels haben wir die derzeit interessantesten Systeme hier verglichen, die Ergebnisse lesen Sie in diesem ausführlichen Special.

1. Aspekte und Funktionen der Schärfeanhebung

In dem ersten Kapitel wollen wir uns zunächst mit den Anforderungen und Qualitätsmerkmalen einer Schärfeverbesserung beschäftigen. Wie funktioniert eine subjektive Schärfeanhebung? Was muss sie im Idealfall leisten? Wo liegen die Risiken und Nebeneffekte? Wie kann man überhaupt in der Theorie das projizierte Bild nachträglich aufwerten? Das Thema Schärfe ist tatsächlich wesentlich komplexer, als man spontan vermuten würde...

1.1 Mehr Schärfe durch Manipulation der Helligkeit?

Um das Prinzip der Schärfeanhebung zu erklären, bedienen wir uns eines bekannten Beispiels. Als Ausgangsbasis betrachten wir ein Bild mit verschieden detaillierten Elementen:

Original-Bild,
wie es auf der Signalquelle abgelegt ist

Das Panorama wirkt detailliert und glaubwürdig, doch es birgt Schärfepotenzial, das folgende nachbearbeitete Variante zeigt:

Digital nachgeschärft

Obwohl es sich um genau denselben Bildinhalt mit derselben Auflösung handelt, wirkt diese nachbearbeitete Version wesentlich schärfer. Wieso das so ist, zeigt sich schnell, wenn wir kleine Details gezielt vergrößern. Betrachten wir z.B. die Treppenstufen links "unter der Lupe", zunächst in der weicheren Ursprungsversion:

In der Vergrößerung sehen die Stufen wie schräge Hellgrau -> Dunkelgrau -> Hellgrau Balken aus. Jede Stufe ist deutlich abgegrenzt, doch über dem Bild hängt eine Art Schleier. Nun betrachten wir die "nachgeschärften" Stufen in der Detailaufnahme:

Bei genauer Betrachtung fällt auf, dass die Stufen in ihrer Dynamik gespreizt wurden. Das bedeutet, dass die dunklen Zwischenräume abgedunkelt wurden (dunkleres Grau), während die hellen Stufen aufgehellt wurden (helleres Grau). Dadurch wird der Kontrast zwischen den Details erhöht, die Trennung verstärkt, das Bild wirkt subjektiv schärfer.

Doch es fallen auch erste Nebeneffekte auf: Die härteren Kontrastübergänge betonen auch die Treppenbildung stärker, die Vergrößerung wird pixeliger und anfälliger für Artefakte. Bei FullHD-Projektoren ist die native Auflösung zum Glück aber hoch genug, dass derartige pixelkleine "Aliasing"-Effekte nicht allzu groß ins Gewicht fallen. Dennoch verbirgt sich hier ein störender Nebeneffekt, der im Übermaß unbedingt vermieden werden sollte. Im nächsten Beispiel erhöhen wir die nachträgliche Schärfe noch weiter, um eine weitere Gefahr aufzuzeigen:

Jetzt werden die hellen und dunklen Elemente noch weiter zueinander gespreizt und die Treppe wirkt folgerichtig noch schärfer. Doch es fällt auf, dass die hellen Stufen teilweise nun schon den Maximalpegel (Weiß) erreicht haben, der Gelb / Beige Charakter des Originals ist fast vollständig verloren, die Stufen wirken blasser und überbelichtet, nahezu künstlich.

1.2 Mögliche Artefaktbildung / Anforderungen an einen Schärfealgorithmus

Nun wissen wir, dass es sich bei der nachträglichen Schärfeanhebung um eine Art "Pixelbasierende Gammakorrektur" handelt: Befindet sich im Bild ein helleres Element neben einem dunkleren, so wird der Kontrast durch Spreizen (Aufhellen + Abdunkeln) erhöht, damit die Trennung stärker herausgearbeitet wird, was von unserem Auge als "schärfer" interpretiert wird.

Pixelübergänge werden im Kontrast erhöht,
der Schärfeeindruck so verstärkt

Man erkennt, dass nicht wirklich Details hinzugefügt werden, sondern die vorhandenen Details lediglich stärker betont werden. Dies ist eine einfache wie effektive Methode, zumindest in der Theorie, denn es bergen sich diverse Gefahren:

1.2.1 Überbelichtung

Den ersten Nebeneffekt haben wir oben bereits erarbeitet: Spreizt man den pixelbasierenden Kontrastumfang zu sehr, erreicht man schnell den weißen Bereich, das Bild wirkt künstlich, überbelichtet und blass.

Bei diesem Beispielbild sind die Überbelichtungen besonders gut an den Fensterrahmen und Säulen zu erkennen. Sie sind im Original (oben) schon sehr hell und werden durch die pixelbasierende Kontrastanhebung in den weißen Clipping-Bereich verschoben:

Im Ergebnis (oben) wirkt das Foto beinahe schon reliefartig verfremdet. Übertreibt man es mit der Schärfeanhebung, leiden auch bunte Elemente, wie das folgende Beispiel zeigt:

Oben: Original, unten: Überschärft

Auch hier haben wir es mit Übersteuerungen zu tun, die sich wie weißer Staub in alle Details zu legen scheint. Auf derartige Artefakte ist bei der Beurteilung von Schärfealgorithmen unbedingt zu achten.

1.2.2. Aliasing
Aliasing ist der englische Fachbegriff für auflösungsbedingte Treppenstufen. Vor allem Computerspielfans werden die sogenannte "Anti-Aliasing"-Filter kennen, die dafür sorgen, dass feine diagonale Linien und Elemente im Bild nicht ausgefranst, sondern natürlich aussehen. Auch eine Schärfeanhebung kann als unangenehmen Nebeneffekt Aliasing verursachen. Dazu betrachten wir folgendes Bild, wie es in jedem Spielfilm vorkommen könnte:

Im Vordergrund befindet sich eine Stadtstraße mit typisch vielen Markierungen. Im Original oben wirken diese Markierungen glaubwürdig, obwohl die Auflösung mit den schrägen weißen Diagonalen bereits an ihre Grenzen kommt. Doch eine gewisse Weichzeichnung verhindert starke Treppenstufen. Schärfen wir diese Weichzeichnung weg, sieht es folgendermaßen aus:

Sicherlich ist der Bildeindruck nun ein deutlich schärferer, doch durch die Kontrastanhebung der Straßenmarkierungen wirken diese nun unnatürlich ausgefranst und digital gerastert. In Bewegung (z.B. durch einen Kameraschwenk) werden solche Artefakte weiter verstärkt, so dass Zeilenflimmern die Folge sein können. Eine intelligente Schärfeanhebung sollte Aliasingartefakte vermeiden.

1.2.3 Verstärktes Rauschen
Jeder kennt den Effekt aus der Fotografie oder hat ihn schon oft bei Filmen im (Heim-)Kino beobachten können: Homogene farbige oder graue Flächen erscheinen auf der Leinwand nicht wirklich einheitlich, sondern sind durch Tausende von kleinen Punkten gesprenkelt. Diese bewegen sich von Bild zu Bild, es entsteht ein visuelles Rauschen, von Laien oft als "Grieseln" bezeichnet. Hierbei handelt es sich also nicht um ein Digital-Artefakt der Beamer, sondern um ein Artefakt des analogen Zelluloid-Mediums.

Beim Rauschen scheiden sich die Geister, wie sich bei der Einführung der Blu-ray und verschiedenen Pack-Algorithmen zeigte: Die "konservative" Seite unter den Filmemachern und Studios vertritt die Meinung, dass es sich beim sichtbaren "Filmkorn" um ein erhaltenswertes Artefakt handelt, das beim Mastering nicht geglättet werden sollte. Andere wiederum bevorzugen den glatteren und natürlichen "bereinigten" Look. Wie dem auch sei, bis heute zeigen die meisten DVDs und Blu-rays ein sichtbares Filmrauschen. Betrachten wir dieses in einem Einzelbild in der Vergrößerung:

Einfarbige Flächen sind aus der Nähe verrauscht

Die vermeintlich einheitliche Fläche erscheint bei genauer Betrachtung gesprenkelt, viele dunkle und helle Flecken und Punkte streuen um die "Sollfarbe". Diese bewegen sich von Einzelbild zu Einzelbild, wodurch ein gleichmäßiges Rauschen entsteht.

Wie bereits erläutert, wird die Bildschärfe durch eine Kontraststeigerung zwischen den Pixeln erreicht. Für unsere "verrauschte" Fläche heißt das, dass der Kontrast zwischen der Sprenkelung erhöht wird, die dunkleren Flecken / Pixel werden abgedunkelt, die hellen weiter erhellt. Als Ergebnis wird das Rauschen deutlich ausgeprägter:

Eine Schärfeanhebung verstärkt das Rauschen

Ein Schärfealgorithmus sollte daher entweder solche Rauschflächen erkennen, oder so moderat arbeiten, dass das Rauschen nicht signifikant gesteigert wird, sicherlich keine einfache Aufgabe.

1.2.4 Doppelkonturen
Besonders herkömmliche Schärfeeinstellungen von Fernsehern oder Projektoren sind für diese Artefakte bekannt: Erhöht man den Schärferegler zu sehr, stellen sich schnell unschöne Doppelkonturen im Bild ein, auch "Ringing" genannt.

Solche Konturen entstehen vor allem neben starken Kontrastübergängen von Hell nach Dunkel oder umgekehrt. Besonders bei Gegenlichtaufnahmen werden sie vor dem Himmelhintergrund sehr deutlich (siehe Beispiel oben).

Eine leistungsfähige, moderne Schärfeanhebung sollte keine solchen Doppelkonturen erzeugen, das ist selbstverständlich. Und dennoch ergibt sich ein Problem: Nicht selten weist das Bildmaterial oder die Signalquelle bereits ein minimales Ringing auf: Kaum sichtbare Doppelkonturen um scharf abgegrenzte Objekte. Bei herkömmlicher Schärfe fallen diese nicht auf, doch eine nachträgliche Schärfeerhöhung hebt ja pixelbasierend den Kontrast an und wie beim Rauschen wird dieses Artefakt dann richtig deutlich.

Die Schärfeanhebung betont Doppelkonturen

Hier kommen wir in einen Bereich, der nur sehr schwer durch "Intelligenz der Schaltung" zu umgehen ist. Eine vollständige Objekterkennung ist nach wie vor nicht möglich.

1.2.5 Beabsichtigte Unschärfen
Pauschal die Schärfe in jedem Bild gleichmäßig anzuheben, ist nicht unbedingt der richtige Weg, denn schärfer ist nicht unbedingt auch besser. Ein besonderer Gesichtspunkt, der bei vielen Heimkinofans und "Schärfefanatikern" nicht berücksichtigt wird: Ein Kinobild soll (je nach Komposition) gar nicht in allen Bereichen scharf sein! Das klingt zunächst unverständlich, doch dabei sind Unschärfen das Natürlichste auf der Welt:

Unsere Augen sind in ihrer Funktion so aufgebaut, dass sie stets nur einen Abstandsbereich fokussieren können. Konzentriert man sich auf ein Objekt, so erscheint nur dieses (und andere Objekte mit gleichem Abstand) scharf, alles andere ist eher verschwommen und verliert daher in der Wahrnehmung auch an Beachtung / Bedeutung. Gleiches gilt für eine Fotokamera.

Und genau diese menschlichen Wahrnehmungseigenschaften machen sich gute Regisseure zu Nutze: Durch ein klares Abgrenzen der Fokusebene beeinflussen sie, worauf im Bild sich der Zuschauer konzentriert, welchen Elementen er größere Beachtung schenkt, als anderen. Dies ist zwingend notwendig, um den Blick der Zuschauer zu steuern, denn aufgrund der Zweidimensionalität des Bildes (die Leinwand ist flach und befindet sich stets nur auf einer Fokusebene des Auges), bleiben dem Gehirn keine anderen visuellen Anhaltspunkte für "wichtiges Bildgeschehen", als die Bildschärfe:

Original...

Bei obigem Beispielbild wird dies schnell deutlich: Der Protagonist (Johnny Depp) steht im Zentrum des Geschehens und wird daher scharf abgebildet, während der Hintergrund und die Mauer rechts unscharf und unbedeutend erscheinen. Durch die unterschiedlichen Schärfeebenen gewinnt das Bild signifikant an räumlicher Tiefe.

...herkömmlich nachgeschärft...

Schärft man das gesamte Bild nach herkömmlichen Methoden nach (Bild oben), so verliert es an dieser räumlichen Tiefe, Mauer und Protagonist sind auf gleicher Ebene, das Auge wird abgelenkt, das Bild wirkt flach. Noch deutlicher wird dies im folgenden Beispiel:

...durch falsche Schärfeanhebung verfremdet.

In diesem Beispiel ist die Mauer schärfer als der Schauspieler und tritt so räumlich in den Vordergrund, obwohl sie für das Geschehen von keinerlei Bedeutung ist.

Aus diesen wichtigen Aspekten heraus muss eine intelligente Schärfeanhebung daher zwischen der Fokusebene / wichtigen Elementen und "Nebenschauplätzen" unterscheiden. In obigem Bild macht es z.B. nur Sinn, das Gesicht Johnny Depps in der Schärfe anzuheben, nicht aber die Mauer oder den Hintergrund. Nur so bleibt die originale Bildkomposition erhalten und gewinnt sogar durch die gezielte Schärfeerhöhung zusätzlich an Tiefe:

Oben Original, unten gezielt in nur wichtigen
Bereichen geschärft

Die Bildtiefe steigt,
ohne dass die Komposition verfremdet wird

Dieses Beispiel macht deutlich, wie ein intelligent komplexer Schärfealgorithmus die Bildqualität sichtbar verbessern kann, ohne dabei die Bildkomposition zu stören. Der Schauspieler tritt noch deutlicher in den Vordergrund, Mauer und Hintergrund bleiben unberührt und "unbedeutend". Das Bild wirkt noch plastischer und ansprechender.

1.3 Anforderungen an einen Schärfealgorithmus

Unser Überblick der möglichen Probleme hat aufgezeigt, dass es gar nicht so einfach ist, die Schärfe des laufenden Filmbildes zu erhöhen. Schnell werden Artefakte provoziert (Aliasing, Übersteuerung), oder bereits vorhandene verstärkt (Rauschen, Doppelkonturen), oder die beabsichtigte Bildkomposition verfremdet (Fokusebenen), wenn man es übertreibt.

2. Die derzeitigen Systeme am Markt

Vor dem Praxistest wollen wir uns zunächst ansehen, wie diese Spezialschaltungen technisch von den Herstellern umgesetzt wurden, jeder verspricht hier sein eigenes Rezept.

2.1 Super Resolution

Der Klassiker auf dem Gebiet der Schärfealgorithmen ist die viel bekannte „Super Resolution“, die sich in den Spitzenmodellen des Marktführers Epson seit Jahren einer großen Beliebtheit erfreut. Sie stammt aus dem Hause NEC und wird durch einen eigenen Prozessor erzeugt, dem " NEC 9280".

Der NEC-Schärfemacher auf der Hauptplatine

Weitere Recherche auf Webseiten des Elektronikkonzerns NEC ergibt, dass es sich tatsächlich um einen Signalprozessor handelt, dessen Aufgabe die sichtbare Verbesserung der Bildschärfe ist. Er ist Teil der "Neo Clear Resolution" Familie.

Und siehe da: "Single Frame Super Resolution" zeigt, dass auch der Name nicht von Epson, sondern aus dem Hause NEC stammt. Dies erklärt auch, dass die Super Resolution in immer mehr Projektoren / Fernsehern mittlerweile anzutreffen ist.

"Single Frame" bedeutet, dass die Bildanalyse stets auf einem Einzelbild basiert. Würde man auch nachfolgende Bilder bei der Berechnung mit berücksichtigen, könnte man zweifelsohne eine noch höhere Genauigkeit erreichen, doch überschreitet dies derzeit noch die möglichen Rechenleistungen.

Wir zeigen die Funktionsweise des Algorithmus in einem Flussdiagramm auf, das die einzelnen Arbeitsschritte und ihre Reihenfolge abbildet:

Funktionsweise der "Super Resolution"

Im ersten Schritt wird das eingehende Bild auf Unschärfen hin untersucht. An den Stellen, wo der Prozessor Schärfepotenzial erkennt, sollen durch die sogenannte "Mixed Color Separation" Technologie kleine Details schärfer abgegrenzt werden. Schon wieder ein englischer Funktionsname, was verbirgt sich dahinter? Skaliert man ein Bild auf eine höhere Auflösung (von PAL nach HD zum Beispiel), so werden Kanten oft weich gezeichnet, indem gemittelte Farbwerte als fehlende Pixel eingefügt werden:

Durch diese Skalierungsmethode wirkt das Ergebnis sehr natürlich und fein, doch die maximale Schärfe wird nicht erreicht. Hier setzt nun die Color-Separation ein: Der Algorithmus soll derartige Farb- / und Helligkeitsübergänge erkennen und entfernen, ohne dabei Formen und Strukturen zu verfälschen:

Im letzten Schritt wird das neu berechnete "Super Resolution"-Bild mit dem Original verglichen, noch einmal bearbeitet und verlässt schließlich die Signalleitung.

Damit sind wir schon bei dem Schwerpunkt der NEC-Super Resolution: Ursprünglich wurde sie dafür konstruiert, um aus herkömmlichem SD-Material (PAL / NTSC) nach der Skalierung mehr Schärfe zurückzugewinnen, doch auch bei HD-Material soll die Schaltung für mehr Schärfe sorgen, und zwar nach der pixelbasierenden Gamma-Methode, die wir bereits eingangs in diesem Special erklärt haben. Es zeigt sich aber ebenso, dass diese Schaltung bei einer Hochskalierung auf 4K wiederum sehr viel Potenzial mit sich bringt. Das Prinzip dr Super Resolution ist Grundlage für alle weiterführenden Techniken, auch für die folgenden...

2.2 Reality Creation

Immer bekannter und im Fokus von immer mehr Heimkinofans (sowohl bei TVs als auch Projektoren) ist die Sony Variante, die werbewirksam „Reality Creation“ benannt wurde, also das Bild „realistisch“ machen soll.

Hinter dem Sony-eigenen Marketingbegriff verbirgt sich tatsächlich auch eine Sony-eigene Technik. Gleich zwei Prozessoren sind für die intelligente Detailanpassung zuständig:

Der X-Reality Prozessor übernimmt artefakthemmende Algorithmen wie z.B. eine intelligente Rauschreduktion, während der „XCA7“ Prozessor (XCA steht für „Extreme Creation Architecture“) die Detaildarstellung nach dem „Super Resolution“ Prinzip (siehe oben) verbessert.

Im Falle des XCA7 arbeitet dieser Algorithmus allerdings nicht ausschließlich nach einer pixelbasierenden Gamma-Anhebung, sondern wird durch eine Datenbank unterstützt:

Wie arbeitet das System nun im Detail? Ist das alles nur Marketing, oder steckt ein wirklich intelligentes System dahinter? Wie erklären die technischen Details:

Erfahrene Heimkinoexperten wissen, dass die mathematische Fast-Fourier-Transformation ein erheblicher Bestandteil der digitalen Komprimierung in Bild und Ton darstellt und diese erst möglich macht. Im Videobereich kann sie dazu dienen, die Bildinformationen in ihre Frequenzbereiche zu konvertieren und ermöglicht so eine weitere Analyse:

Durch diese Frequenzumwandlung lassen sich z.B. die Bildpartien, die feine Details aufweisen (hohe Frequenzen) von denen unterscheiden, die nur wenig Details bieten (niedrige Frequenz). Im Beispiel oben sind diese farblich unterschiedlich markiert. Zu beachten ist, dass simple Objektkanten nicht als hoher Detailgrad eingestuft werden, sondern ausschließlich feine Strukturen.

Diese FFT- Frequenz-Analyse haben die Sony-Ingenieure für die Entwicklung ihrer Bildprozessoren mit unzähligem Bildmaterial durchgeführt und typische, sprich immer wiederkehrende, Charakteristika in einer Datenbank gesammelt. Die Datenbank ist daher nicht als simpler „Grafikspeicher“ zu verstehen, in der grafisch diverse Muster abgelegt sind, sondern vielmehr als Ansammlung mathematischer Frequenz-Konvertierungen (Konvertierungs Datenbank). Dabei hilft Sonys langjährige Erfahrung im 4K-Aufnahmebereich und des Masterings selbstverständlich.

Wie efffektiv arbeitet dieses System nun? Das hängt vornehmlich von dem Bildmaterial ab: Je „schärfer“ die FullHD (oder SD) Quelle gemastert wurde, desto mehr „Spuren“ erkennt der Reality Creation Algorithmus, desto effektiver kann er seine Algorithmen zur Auflösungsergänzung einsetzen.

Am besten kommt die Reality Creation mit FullHD Material zurecht, das aus einem 4K Master gewonnen (runterskaliert) und komprimiert wurde. Hier erkennt der Algorithmus die typischen 4K->2K Skalierungsartefakte und es kommen Bildbereiche mit hohen Frequenzen zum Vorschein.

Bei diesem Beispielbild werden alle Frequenzbereiche abgedeckt: Torschatten und die Rückseite der Tafel sind großflächig (niedrige Frequenz, blau), die Mauersteine und Wiese zeigen feinere Details (mittlere Frequenzen, gelb/grün) und die Inschriften der Grabsteine sehr feine Details (hohe Frequenz, rot). Mit anderen Worten: In diesem Beispielbild arbeitet die Reality Creation besonders effektiv im Bereich der Mauern und der Inschriften.

Doch es gibt auch FullHD-Masterings, in der die Reality Creation keine solchen Wunder bewirken kann: Dies ist meist dann der Fall, wenn der Film ursprünglich nur in 2K abgetastet wurde und feine Details in ihrer Frequenz bei der Komprimierung schon entsprechend abgeflacht wurden.

Dieses zweite Beispiel zeigt ein solches Mastering: Selbst in feinen Strukturen wie z.B. den Haaren, der Gesichtshaut oder dem Blazer wurden durch die Komprimierung bereits alle hohen Frequenzen „gefiltert“, man kann dies wie ein Bandfilter zur Erhöhung des Komprimierungseffektivität verstehen. Bei derartigem Material gelingt es der Reality Creation zwar, durch die typische „Super Resolution“ Pixelanalyse, die subjektive Schärfe zu erhöhen, doch objektiv mehr Details werden nicht geweckt.

Soweit so gut, der Algorithmus ist also in der Lage, fein aufgelöste Bildinhalte zu erkennen und evtl. weiter zu verwenden. In der eigentlichen Darstellung stellt sich aber ein Problem: Ein herkömmlicher FullHD Projektor bietet nicht viel Auflösungspielraum gegenüber der Quelle, um die erkannten Details mit Bildinformationen zu ergänzen. Der Algorithmuss muss sich also darauf beschränken, Artefakte zu minimieren, entweder durch Pixellgamma oder Umrechnung.

2.3 Reality Creation in 4K

Natives 4K Film-Material gibt es bislang und bis auf weiteres nicht zu kaufen, von Digitalfotos einmal abgesehen. Dieser Problematik waren sich die Ingenieure offensichtlich bewusst, denn sie legen in ihren derzeitigen 4k Spitzenmodellen viel Wert auf eine aufwändige FullHD-Aufbereitung. Zum Einsatz kommt die „4K X-Reality Pro“ Engine, an der gleich drei(!) Prozessoren werkeln.

Zu dem bereits oben erläuterten Tandem aus X-Reality / XCA7 Prozessoren gesellt sich der „XCA8-4K“, dessen Name bereits Rückschlüsse zulässt: Nach der Aufbereitung durch die X-Reality Pro Technologie übernimmt er und skaliert das Bild auf die vierfache Auflösung hoch, wieder unter Verwendung einer speziellen Analyse-Datenbank, die seit dem VPL-VW1000 (wo sie zum ersten Mal zum Einsatz kam) unter dem Namen „Reality Creation“ von sich Reden macht.

Hier sollen die vom Algorithmus erkannten Details also tatsächlich durch eine Ergänzung der Auflösung bei der Skalierung präziser abgebildet werden. Genügend Spierlaum bieten die 8 Megapixel Auflösung der Projektoren / TVs auf jeden Fall, wenn das System wirklich funktioniert.

2.4 Multi Pixel Control mit eShift2

In der letzten Generation hat JVC mit „e-Shift“ eine komplett neue und exklusive Technologie eingeführt, die sowohl die Auflösung des Bildes signifikant steigert (verdoppelt), als auch das für einen Digitalprojektor typische Pixelraster verschwinden lässt. Erreicht wird dies mittels eines speziellen eShift Glases, das sequentiell durch unterschiedliche Brechungswinkel die nativen 2 Millionen Bildpunkte des Projektors um einen halben Pixel vertikal / horizontal verschiebt.

Dazu gehört eine aufwendige Skalierung, die das eingehende 2k (FullHD) Bildsignal auf 4K hochskaliert und anschließend in zwei sich ergänzende, sequentielle 2K-Bilder aufteilt, die mit einer Bildwiederholfrequenz von 120Hz auf der Leinwand abgebildet werden. Diese Auflösungserhöhung ist gekoppelt an einen aufwändigen Schärfealgorithmus:

Als erstes wäre hier die Skalierung selbst zu betrachten, sprich die Algorithmen, die aus einem Pixel vier machen (Multi-Pixel-Control, kurz MPC). In der aktuellen Variante untersucht der Skalieralgorithmus für jeden neu zu berechnenden Pixel 21 benachbarte Pixel in jeder Richtung.

Dadurch ist eine genauere Auflösungsanpassung mit weniger Risiken von Artefaktbildung gewährleistet, das Ergebnis wird natürlicher.

Zur Verbesserung der Detailschärfe wird der Pixel-zu-Pixel Kontrast angehoben, was den subjektiven Schärfeeindruck verbessert (Stichwort: „Super Resolution“). Um eine künstliche Überschärfung zu vermeiden, setzen die JVC-Ingenieure eine 8-fache Bandfilteranalyse ein.

Original Image

Analysis Display

Dadurch gelingt eine bessere Trennung von gewollter Unschärfe (Hintergrund) und höhere Detailzeichnung (kleine Strukturen in der Fokusebene der Bildaufnahme).

Damit ist der Bildbearbeitungsprozess aber noch nicht abgeschlossen: Der Algorithmus erkennt auch feine Farbübergänge und nutzt die zusätzliche Auflösung, diese Übergänge durch noch feinere Farbabstufungen zu ergänzen, damit werden typische Komprimierungsartefakte reduziert.

Das „perfekte Bild“ liegt im individuellen Auge des Betrachters und dementsprechend setzt jeder Heimkinofan seine eigene Gewichtung. Damit jeder seine eigene „optimale Mischung“ der Skalierung und Schärfeanpassung ermitteln kann, sind alle Teilaspekte (Skalierungsschärfe durch 4K-Interpolation, pixelbasierende Kontrastanhebung, Glättung) in jeweils 100 Stufen getrennt voneinander justierbar. Sogar eine komplette Abschaltung alle Bildverbesserer für „Puristen“ ist möglich, dann arbeitet der Projektor lediglich mit seiner nativen 2K-Auflösung ohne jegliches eShift.

JVC merkt an, dass die komplexen und steuerbaren Algorithmen dafür sorgen, dass nur da die Schärfe und Detaildarstellung angehoben wird, wo notwendig, und bewusst unscharfe Bildpartien in ihrer Charakteristik nicht verändert werden, damit die Bildkomposition weiterhin so verbleibt, wie vom Regisseur beabsichtigt.

3. Der Praxistest

Soweit die Theorie und Technik, die sich hinter den einzelnen Schärfesystemen der Hersteller verbirgt. Doch was bringen sie nun wirklich in der Praxis und wie unterschiedlich sind die Ergebnisse?

Zur Beantwortung dieser Frage haben wir uns in den großen Kinosaal des Heimkinoraum Trier / Luxemburg gemacht, mit drei Modellen im Gepäck:

Sony VPL-HW50

Der kleine und ungemein erfolgreiche Sony vertritt die Gattung der „Reality Creation 2K“.

JVC DLA-X55

Im Vergleich dazu stellen wir die aktuelle Mult Pixel Control Technik von JVC in Form des X55, der auch seine Brüder X75 und X95 vertritt. Auflösungstechnisch liegt er mit „2x 2K“ in der Mitte.

Sony VPL-VW1000

Die Königsklasse ist sicherlich die native 4K-Projektion. Es wird sich zeigen ob die „Reality Creation 4K“ sie bei FullHD Material tatsächlich in eine verbesserte Bilddarstellung umwanden kann.

Bei einem wirklich sinnvollen Bildverbesserer sollte es nicht notwendig sein, die Verbesserungen mit der Lupe suchen zu müssen. Auch wenn sie selbstverständlich nicht in jeder Szene, Einstellung oder Quelle Wunder bewirken können, so sollten sie beim normalen Betrieb doch zu Vorteilen führen, wenn sie wirklich einen Alltags-Mehrwert bieten sollen. Aus diesem Grund haben wir uns diesmal ganz bewusst gegen statische und praxisfremde Testbilder entschieden, sondern greifen auf besonders weit verbreitete Spielfilme zurück. Was würde sich da besser eignen, als die aktuellen „James Bond 007“ Titel, die die meisten Heimkinofans in ihrer Sammlung haben, zumal diese auch durch ihr starkes Filmkorn-Rauschen auch nicht gerade als besonders einfach zu verarbeitendes Material gelten. Betrachten wir dazu eine erste Szene:

In dieser Bildkomposition vereinen sich viele Details, eine schlechte Beleuchtung, Filmrauschen und jeder Menge Gesichter und Hautfarben, an denen wir die Natürlichkeit besonders gut erkennen können. Auch bietet sie bereits eine ansprechende native Ausgangsschärfe. Dies alles sind keine einfachen Voraussetzungen für eine mögliche, nachträgliche Bildverbesserung.

Wir aktivieren die 2K Super Resolution des HW50 und werden auf den ersten Blick durch eine tatsächlich schärfer wirkende Bilddarstellung überrascht. Dabei Bedarf es keine übertriebenen Dosierung, auf der Skala von 0 bis 100 reichen bereits „15“.

Doch beim zweiten Blick erkennen wir auch die Probleme: Offensichtlich kommt zur Schärfeanhebung vornehmlich die pixelbasierende Gammaanhebung zum Einsatz, was in dieser verrauschten Szene bitter bestraft wird: Das Rauschen wird verstärkt und sorgt so für störende Flecken auf der Haut.

Alle Schauspieler mit Pigmentstörung?

Dieser Problematik waren sich auch die Ingenieure offensichtlich bewusst, denn die „Reality Creation“ bietet einen zweiten Regler für eine „Noise Reduction“, die mit ihm auch in endlosen Stufen feingetunt werden kann.

Wir versuchen das Rauschen mit ihm zu minimieren und werden enttäuscht: Der Regler zeigt nur minimalen Einfluss, wirklich vermindert wird die Problematik nicht.

Doch so schnell geben wir nicht auf: Wir greifen auf die Rauschunterdrückungen des normalen Bildmenüs zurück und tatsächlich zeigen diese eine viel größere Wirkung und reduzieren die Pigmentflecken deutlich. Allerdings lassen sie sich nur in groben Stufen regulieren und kosten auch wieder etwas Schärfe. In diese Konstellation zeigt die Reality Creation aber immernoch Vorteile gegenüber der nativen Darstellung.

Nun kommt der JVC DLA-X55 zum Einsatz: Wir aktivieren das Multi Pixel Control des Bildmenüs und stoßen direkt auf zahlreiche Presets, die alle zu unterschiedlichen Ergebnissen führen.

Von hoffnungslos überschärft bis kaum eine Verbesserung ist alles dabei. Zwar sind die verschiedenen Einsatzgebiete umschrieben, dennoch halten wir diese Vielfalt für eine Art „Overkill“, das den Anwender mehr verwirrt als hilft. Nach diversen Tests entschieden wir uns für das Preset „HD“.

Auch hier das gleiche Ergebnis: Die Schärfe nimmt zwar zu (ohne Überschärfungen), doch das Rauschen und damit die Hautflecken ebenso.

Das entsprechende Untermenü lässt sich zusätzlich frei konfigurieren (wieder Stichwort Overkill) und wir beginnen zu experimentieren. Schnell wird deutlich, dass die Funktion „Enhance / Schärfeanhebung“ den stärksten Einfluss auf das Pixelgamma und damit das Rauschen hat. Sie ist also mit Vorsicht zu genießen und aus diesem Grund reduzieren wir ihre Einstellung. Mit Ihr vermindert sich auch das störende Rauschen. Überraschend ist es, dass die Funktion „dynamischer Kontrast“ sich kaum aufs Rauschen auswirkt, wohl aber auf die Kantenschärfe, ohne dabei Doppelkonturen zu provozieren. Sie kann man daher großzügig dosieren.

Im Ergebnis zeigt sich eine sehr detaillierte Abbildung ohne übertriebenes Rauschen. In Kombination mit dem 4k eShift ergibt sich ein analoger und natürlicher Look, die Pixelfreiheit trägt ebenso ihren Teil dazu bei. Hier punktet der JVC gegenüber der 2K Reality Creation. Doch es verbleibt noch der VW1000:

Auch beim VW1000 fällt nach Aktivierung der Reality Creation sofort die verbesserte Detaildarstellung auf, doch auch hier wird das Rauschen auf ein zu hohes Maß verstärkt. Wieder bemühen wir die RC-Einstellmöglichkeiten und siehe da: Beim VW1000 funktioniert die feine Noise Reduction wesentlich effektiver und zugleich präziser als beim HW50! Mit ihr kann man das Rauschen auf das ursprüngliche Maß reduzieren, ohne dass die Reality Creation merklich beeinträchtigt wird.

Das Ergebnis ist das Beste im Feld: Ein analoger Look in Kombination mit einer hervorragenden und artefaktarmen Detailauflösung sorgen für eine sehr ansprechende und glaubwürdige Bilddarstellung. Die 4K Reality Creation überzeugt.

Die nächste Szene: Wieder viele Details, diesmal aber vor allem durch geradlinige Muster geprägt, die Helligkeit im mittleren Bereich. Die Strukturen der Mauern und die schräg verlaufenden Neonröhren sollten Auflösungs- und oder Kontrastgewinne kenntlich machen.

HW50

Hier wird deutlich, dass die Reality Creation in FullHD / 2K keine Wunder bewirken kann. Zwar heben sich die Neonröhren gut vom Hintegrund ab, zeigen aber deutliche Aliasing-Artefakte, die im laufenden Filmbild zu leichtem Kantenflimmern führen. Anders sieht es beim 4k eShift vom JVC aus:

X55

Dank der Skalierungs-Funktion, die man ebenfalls im MPC-Menü dosieren kann, werden die fehlenden Bildinformationen durch Pixel ersetzt und die schrägen Kanten verfeinert. Das Ergebnis ist vergleichbar zum Faroudja-Scaling zu herkömmlichen SD-Zeiten. Tatsächlich kann hier die erhöhte nativer Pixelauflösung auch in besserer Detaildarstellung umgesetzt werden.

VW1000

Ähnlich schafft es der native 4K Projektor Sony VPL-VW1000: Auch bei ihm wirken die schrägen Kanten glatt und frei von Aliasing Artefakten.

Wir kommen zu Kleinstdetails wie einer feinen Halskette bei einem CloseUp des Gesichtes. Hier leistet die 2K Reality Creation gute Arbeit, aber mangels Auflösung sind die einzelnen Glieder nicht als solche zu erkennen. Auch erkennt man hier wieder den Hang zum Rauschverstärken

Dem JVC gelingt es dank seiner höheren Auflösung, die fehlenden Informationen zu ergänzen und die Kette erscheint detaillierte und vollständiger. Die Rauschartefakte sind noch zu erkennen.

Gewinner ist auch hier die 4K Reality Creation des VW1000. Mit ihm wirken alle Details wie analog fotografiert ohne merklichen Detailverlust. Die Haut wirkt ebenmäßig und dennoch nicht digital geglättet, Referenz!

Womit wir beim nächsten Thema wären: Kontraproduktiv können Schärfealgorithmen bei Gesichtern sein, denn bei künstlicher Überschärfung verlieren diese ihren natürlichen Charakter. Gleichzeitig bieten aber die Haare Potenzial zur Detailverbesserung.

Der Sony HW50 zeigt in den Haaren die erwünschte Detailverbesserung, ohne Artefakte zu provozieren.

Das selbe Ergebnis beim X55, auch er erhält den natürlichen Look, ohne die Haut zu überschärfen. Man beachte auch die feinen Strukturen in Anzug und Krawatte.

VW1000

Der Hang zur Rauschbetonung wird bei Wangen in Gesichtern schonungslos aufgedeckt.

Der JVC X55 bewältigt dies erneut besser und wird wieder nur getoppt von dem Sony VW1000

Anmerkung:
Die Ingenieure der Realiy Creation haben diese Beobachtungen ebenfalls gemacht, weshalb bei neuen Versionen der Reality Creation eine Funktion „Gesichtskorrektur“ eingeführt hat. Mit ihr erkennt der Algorithmus Gesichtspartien und „behandelt“ diese weniger, der Eindruck bleibt natürlich. Die Funktion arbeitet in der Praxis verblüffend zuverlässig.

Last but not least betrachten wir noch die typische und allseits bekannte Szene auf dem Marcusplatz. Hier zeigt sich, dass Rauschprobleme nicht weniger deutlich werden, nämlich in den Himmels- und Wolkenpartien.

Der HW50 und X55 halten sich in Sachen Schärfeeindruck die Waage, doch der JVC entscheidet den natürlichen Bildlook dank geglätteter Kanten doch merklich für sich.

Der VW1000 erreicht hier auch eine merkliche Steigerung, allerdings weniger durch eine intelligente Skalierung, als vielmehr aufgrund der klassischen Gamma-Anpassung nach Super Resolution Verfahren.

Die obigen Beispiele sind selbstverständlich nur Stichproben zur Veranschaulichung (und die kleinen Screenshots können den realen Seheindruck kaum akkurat wiederspiegeln), daneben haben wir in vielen Stunden verschiedene Bildquellen und Szenenarten aus normalen Betrachtungsabständen verglichen und auf Vor- und Nachteile untersucht. Dabei zeichneten sich die folgenden Ergebnisse ab:

- Der 2K-Reality Creation des Sony HW50 gelingt es, den Schärfeeindruck von Details signifikant zu betonen, ohne dabei künstlich zu überschärfen. Wichtig ist dabei aber eine sehr moderate Dosierung (<20), weil sonst Artefakte und Bildrauschen überbetont werden. Die Noise Reduction der Realiy Creation zeigt leider nur sehr wenig Einfluss bei stärker rauschenden Quellen. Man muss daher auf die allgemeinen Rauschfilter zurückgreifen, die sich nur grob dosieren lassen. Doch im Endeffekt zeigt sich eine natürlicher und zugleich detailreiche Darstellung, die zu überzeugen weiß.

- Die Multi Pixel Control der JVC DLA X55 / X75 / X95 Reihe führt zu einem ähnlichen Schärfeerlebnis wie beim HW50, Details werden ebenso herausgearbeitet, wie es die Quelle zulässt. Quantitativ detailreicher ist das Bild nicht zwingend. Deutlich gewinnt die JVC Variante aber in Sachen analoger und Artefaktfreier Darstellung. Richtig konfiguriert hat sie weniger Hang zum Rauschen und vor allem weniger Kantenartefakte, weil es ihr die 2x2K eShift Auflösung erlaubt, fehlende Bildinformationen intelligent zu interpolieren. Das System wurde gegenüber der Vorgängerserie deutlich verbessert und es ergibt sich eine hochwertige Harmonie aus Detailbetonung und analoger Abbildung.

- Die 4K Reality Creation des Sony HW1000 gewinnt, aber auch hier gilt: Nur in Maßen dosiert wird das Bild verbessert! Mit echten 8 Megapixeln Auflösung haben Schärffealgorithmus und Skalierungsprozessor hier den meisten Spielraum, die Bildinformationen detailliert zu ergänzen. Sony ist hierbei eine wirkliche beeindruckende Perfektion gelungen. Trotz allem läuft auch er der Gefahr der Rauschbetonung, aber hier arbeitet die fein justierbare Rauschunterdrückung wesentlich besser, als beim kleinen Bruder.

4. Fazit

Wie alle zusätzlichen Bildverbesserer, von 120Hz Zwischenbildberechnung über adaptive Blenden bis hin zur Skalierung à la Super Resolution, Reaity Creation und Multi Pixel Control gehen die Meinungen vieler Heimkinofans auseinander: Die „konservative“ Fraktion sieht keinen Anlass zu Nachbearbeitung, weil ihnen die Qualität des Ausgangsmaterials bereits genügt oder sie eine Verfremdung zu erkennen meinen. Die „Technikfans“ lassen sich für neue Funktionen hingegen stets begeistern, gibt es doch jede Meine neue Aspekte zu analysieren. Und dann gibt es noch die „Seher“, die einfach frei von jeder Ideologie die Bildergebnisse vergleichen und dann ihren eigenen Seheindruck bzw. Geschmack entscheiden lassen.

Wie immer ist jede Sichtweise legitim, weshalb wir möglichst unvoreingenommen eben diesen optischen Sichtvergleich gemacht haben. Und wie unsere Ergebnisse zeigen, bewirken die neuen Schärfe-Algorithmen sicherlich keine Wunder, denn auch sie können aus mittelmäßig scharfen und artefaktbehafteten Bildmaterialien kein Referenz-Bild zaubern. Doch richtig dosiert sind sie dennoch in der Lage, zahlreiche Bildszenen nicht nur theoretisch, sondern auch aus gesunden Betrachtungsabständen für jedermann sichtbar visuell aufzuwerten.

Befasst man sich ohne Vorurteile mit den Ergebnissen, so erkennt man das positive Potenzial und lernt es schnell zu schätzen. Doch wie alle Bildverbesserer laufen auch die neuen Schärfealgorithmen aller(!) Hersteller die Gefahr der Nebeneffekte. Daher gilt es eine gesunde Konfiguration zu finden, was nicht immer einfach ist. Doch einmal richtig „kalibriert“ überwiegen nach unseren Sichttests tatsächlich die Vorteile.

Ebenfalls deutlich wird, dass derartige Algorithmen mit zunehmender Auflösung leistungsfähiger werden und erst bei vollen 4K ihr Potenzial auch voll entfalten. Der Grund ist einfach: Wenn man Details tatsächlichen ergänzen will, dann müssen diese auch in der optischen Darstellung des Projektors in Form von Pixeln physisch vorhanden sein. In Verbindung mit der 4K-Skalierung zeigt sich ein analoges, artefaktfreies und zugleich detailiertes Bild, auch bei herkömmlicher FullHD-Zuspielung, die man so noch nicht gesehen hat.

So entscheidet letztendlich wie immer der Geldbeutel: Als Budget-Lösung arbeitet die HW50 Reality Creation vorbildlich gut und trägt in richtger Konfiguration zu einer Bildverbesserung bei, doch die mangelnde Extra-Auflösung begrenzen das mögliche Bildergebnis.

Wer die €2000.- extra ausgeben kann und will, der bekommt mit den eShift JVCs zusätzlich in den Genuss eines analoger wirkenden Bildes mit präzisieren Details und ohne Artefakte wie Jaggies.

Für wen letztendlich Geld keine allzu große Rolle spielt oder wem das Hobby Heimkino es einfach wert ist, der kommt mit der 4K Resolution in einen beeindruckenden Bildgenuss, der auch bei FullHD Zuspielung sichtbare Vorteile bietet. Hier wird gegegenüber der JVC Variante noch einmal zugelegt. Bei einem Mehrpreis von €12,000.- wäre aber auch jedes andere Ergebnis eine Enttäuschung gewesen.

Wie immer raten wir am Ende jedem Leser, sich ein eigenes Bild vom Wettkamp zwischen 2K RC <-> eShift MPC <-> 4K RC zu machen. Bei den meisten unserer Shopping Mall Partnern sind alle Geräte in der täglichen Vorführung zu sehen.

Wir bedanken uns bei Jörg Michels, Inhaber HEIMKINORAUM Trier / Luxemburg, für die freundliche und kompetente Unterstützung.

Viel Spaß wünscht Ihr Cine4Hom Team!
Ekkehart Schmitt

Cine4Home Shopping Mall Partner,
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Cine4Home Team