Auflösungs- und Skalierungsanforderungen an Projektoren und Plasma TVs

Ein Videobild setzt sich, wie ein Computerbild, aus vielen kleinen Punkten, den sogenannten Pixeln, zusammen. Aus dem Computerbereich ist bekannt, dass sich durch höhere Auflösungen wesentlich mehr Details und dadurch qualitativ bessere Grafiken ergeben. Störende Treppeneffekte (Aliasing) werden deutlich vermindert, je nach Auflösung bis zur Unsichtbarkeit. Gerade durch den neuen Bereich der Digitalfotografie ist die Wichtigkeit hoher Auflösungen deutlich geworden. Kaum ein Hersteller, der nicht mit der enorm hohen Auflösung seiner Digitalkameras wirbt, um die mögliche Bildqualiät der Fotos zu unterstreichen.
Auch die Bildqualität eines Heimkinoprojektors oder Plasmabildschirms hängt wesentlich von der maximalen Auflösung des Gerätes ab. Doch leider spielen hier noch andere Faktoren eine Rolle, die durch das Medium des Bildträgers und des verwendeten Videosystems beeinflusst werden. Dieser Artikel soll deutlich machen, auf welche Faktoren zu achten ist, um nach dem Kauf eines Plasmafernsehers/Projektors keine böse Überraschung zu erleben bzw. wie sich noch mehr Bildqualität aus dem erworbenen Gerät „herauszukitzeln“ lässt.

1.0 Das Bildsignal

Das Bildsignal ist von dem verwendeten Videostandard und dem Bildträger/Bildausgabegerät abhängig.

1.1 Das Videosystem: PAL

In Deutschland und Europa hat sich das PAL System durchgesetzt (siehe Lexikon). PAL unterstützt eine Auflösung von 625 Bildzeilen bei 25 Bildern (Frames) im Zeilensprungverfahren (siehe Lexikon). Das Bildformat ist 4:3 (1,33:1) . Da die meisten Spielfilme nicht im Seitenverhältnis (siehe Lexikon) von 1,33:1 sondern eher in 1,66:1 , 1,85:1 und 2,35:1 gedreht werden, kann, durch eine sogenannte anamorphe Aufzeichnung, die volle PAL Auflösung in einem kinonahen Bildformat von 16:9 (1,77:1) ausgenutzt werden. Im Fernsehbereich ist dieses Seitenverhältnis bereits weit verbreitet. Die bestmögliche Auflösung eines Kinofilmes, die mit dem PAL Systems möglich ist, sind also 625 Bildzeilen im Bildformat 1,77:1.

Die verschiedenen Bildformate

1.2 Die DVD als Bildträger

Die allseits beliebte und immer mehr verbreitete DVD ist derzeit hierzulande das beste Bildmedium für die Wiedergabe von Videomaterial. Sie unterstützt eine Auflösung von 720x576 Bildpunkten. Um die Auflösung und damit die Bildqualität zu steigern, gibt es ferner den noch inoffiziellen „PAL Progressive Standard“, der eine Auflösung von 720x576 bei 50 Bildern pro Sekunde (50Hz) ohne Zeilensprungverfahren ermöglicht. Dies bewirkt eine deutlich gesteigerte Bildruhe.
Andere Bildträger sind (abgesehen von der nicht mehr erhältlichen Laserdisk) für die Großbildprojektion nicht zu empfehlen.

1.3 Der Overscan Bereich

Oben angeführte Auflösungen entprechen der maximalen DVD Auflösung. Tatsächlich gibt es jedoch Richtlinien, die nur einen gewissen Bildbereich als sichtbaren Bereich ausweisen. Der Bildbereich ausserhalb wird als Overscan Bereich bezeichnet. Hier können Zusatzsignale wie z.B. Videotext versteckt sein. Der DVD Standard nutzt aber dennoch fast ausschliesslich den vollen Overscanbereich auch zur Darstellung von Bildinformationen. Es gilt daher: Je größer der dargestellte Overscanbereich des Bildausgabegerätes, desto mehr Bildinformationen/Auflösung.

Der manchmal "verlorene" Overscanbereich mit Bildinformationen

2.0 Der Digital-Projektor

Doch wie sollte die Auflösung des Projektors nun sein, um eine maximale Bildqualität zu erzielen? Diese Frage ist recht komplex und nicht so schnell zu beantworten. Wie oben erläutert, ist die derzeit maximale Auflösung des Bildträgers, sprich DVD, 720x576 Pixel.
Diese Auflösung stellt damit die sogenannte Mindestanforderung an die Projektorauflösung dar. Projektoren gibt es mittlerweile, wie Fernseher, im 4:3 (1,33:1) bzw. 16:9 (1,77:1) Format.

2.1 Pixelgröße und Screendooreffekt

Unabhängig von dem Videosignal ist die Größe der einzelnen Pixel des projizierten Bildes direkt abhängig von der Auflösung. Wie bei einem Computermonitor sind die einzelnen Pixel blei gleichbleibender Bildgröße bei niedriger Auflösung größer als bei einer hohen Auflösung. Je nach Bildgröße sind sie bei zu geringem Betrachtungsabstand einzeln von dem menschlichen Auge auszumachen.
Bedingt durch die Projektionstechnik von Digitalprojektoren existiert auch ein gewisser Abstand zwischen den einzelnen Pixeln. Bei zu geringem Betrachtungsabstand kann man diesen Abstand noch durchaus wahrnehmen, das Bild sieht aus, wie wenn man es durch ein Fliegengitter (engl.: Screendoor) betrachtet. Bei Projektoren mit relativ niedriger Auflösung ist somit auf einen ausreichenden Betrachtungsabstand im Verhältnis zu der Bildgröße zu achten.
Übrigens: DLP Projektoren haben einen kleineren Pixelabstand und somit einen reduzierten Screendooreffekt.

Es gilt: Je höher die Auflösung eines Digital-Projektors, desto kleiner die Pixel und desto kleiner der Pixelabstand und damit der Screendooreffekt. Bei sehr hoher Auflösung kann der Betrachtungsabstand reduziert werden.

2.2 Digital-Projektoren mit 4:3 Auflösung

Viele Projektoren richten sich im Seitenverhältnis nach dem gängigen Fernseh- bzw. Computervideoformat: 4:3. Die Bildbreite beträgt also das 1,33 fache der Bildhöhe.
Durch ihre Wurzeln im Präsentationsbereich wird die Auflösung bei Digitalen Projektoren (LCD,DLP und D-ILA) oft durch Computerfachbegriffe ausgedrückt.

2.2.1 Die VGA Auflösung

Projektoren älteren Semesters unterstützen lediglich die VGA Auflösung. VGA entspricht 640x480 Bildpunkten. Man sieht auf den ersten Blick, dass diese Auflösung nicht reicht, um die volle PAL Auflösung auszunutzen. VGA Projektoren müssen das Bildsignal in der Auflösung reduzieren, was natürlich einen direkten Qualitätsverlust zur Folge hat. Projektoren mit VGA Auflösung sind daher für das Heimkino nicht zu empfehlen.

2.2.2 Die SVGA Auflösung

Die Nächsthöhere ist die SVGA Auflösung mit 800x600 Bildpunkten. Auf den ersten Blick sieht diese Auflösung ausreichend aus, um PAL DVDs wiederzugeben. Im 4:3 Format mag dies auch stimmen, doch, wie oben bereits erläutert, sind nahezu alle Spielfilme im 16:9 Format anamorph in 720x576 aufgezeichnet. Das SVGA Format ist jedoch ein 4:3 Format, in 16:9 bleibt ein Teil des Bildes ungenutzt (die Letterboxstreifen oben und unten). Im 16:9 Bereich eines SVGA Projektors können somit nur 450 Zeilen ausgenutzt werden, die Auflösung in 16:9 beträgt nur 800x450. Man verschenkt somit 126 Zeilen, die durch den Projektor oder DVD Player herausgerechnet werden: Die Bildqualität wird beeinträchtigt.
SVGA Projektoren sind daher nur bedingt für die Wiedergabe von DVDs geeignet.

2.2.3 Die XGA Auflösung

XGA, mit einer Auflösung von 1024x768 Bildpunkten, ist auch für anamorph aufgezeichnete DVDs geeignet. Die Auflösung im 16:9 Bereich beträgt hier 1024x576. Vertikal entspricht dies genau der DVD, horizontal ist hier die mögliche Auflösung sogar deutlich höher.
Ein Projektor im Bildformat 4:3 sollte minimal eine XGA Auflösung aufweisen können, um das PAL Fomat auch in 16:9 voll auszunutzen.

2.2.4 SXGA und höher

Einige wenige Digital-Projektoren der höheren Preisklassen verfügen über noch höhere Auflösungen wie z.B 1360x1024 Bildpunkte. Diese Auflösungen liegen deutlich über der des PAL Standards und können die Bildqualität trotz der Limitation des Videosignals nocheinmal steigern (siehe unter Skalierung). Auch sind sie für eventuell kommende Standards wie HDTV bereits geeignet.

3.0 Digital-Projektoren und Plasmafernseher mit 16:9 Auflösung

Auf dem Fernsehmarkt haben sich neben den herkömmlichen 4:3 Geräten in den letzten Jahren auch Geräte im 16:9 Format durchgesetzt. Diese bieten, wie oben erläutert, den Vorteil, dass sie im Spielfilmformat die volle PAL-Auflösung nutzen können.
Plasmafernseher sind ausschliesslich im 16:9 Format erhältlich.
Aber auch im Projektorenbereich setzen viele Hersteller im Heimkinomarkt auf speziell für 16:9 angepasste Auflösungen. Die Pixelanzahl ist hier, je nach Modell, für die Wiedergabe von Spielfilmen optimiert.
Einheitliche Auflösungen und Bezeichnungen wie bei 4:3 gibt es im 16:9 Bereich leider nicht. Sie sind von Modell zu Modell unterschiedlich. Beim Kauf sollte man sich daher über die wirkliche „native“ Auflösung des Projektors informieren und mit den Mindestanforderungen vergleichen. Übrigens: Man sollte sich nicht durch hohe Pixelangaben der Hersteller im LCD bzw. Plasmasegment verwirren lassen. Ein LCD Projektor oder Plasmafernseher mit einer Angabe von z.B. 1.000.000 Bildpunkten klingt laut Beschreibung überzeugend, in Wirklichkeit hat er aber nur eine Auflösung von ca. 333.000 Pixeln (ca. 700x480). Der Grund: Die Hersteller zählen jede Grundfarbe (rot,grün,blau) einzeln, verdreifachen somit die tatsächliche Auflösung, die auf dem Bildschirm ankommt.

3.1 Mindestanforderung: Vertikale Auflösung

Wie oben beschrieben beträgt die vertikale DVD-Progressive Auflösung 576 Zeilen. Ein Plasma oder Projektor sollte daher mindestens eine vertikale Auflösung von 576 Zeilen aufweisen. Manche Geräte kommen auch mit etwas weniger Auflösung aus, indem sie einfach einen Teil des Overscan Bereichs (siehe oben) weglassen. Sie unterstützen damit sozusagen noch die volle Auflösung des PAL Mindestbereichs. Ein Kompromiss, der je nach Modell akzeptabel ist.

3.2 Mindestanforderung: Horizontale Auflösung

Die Mindestanfordering an die Horizontale Auflösung ist vom Bildformat abhängig. Wie oben beschrieben, beträgt die horizonatale Auflösung 720 Bildpunkte. Die minimale horizontale Auflösung sollte demnach 720 Punkte betragen. Dies gewährleistet die volle Auflösungsausnutzung bei Videosignalen im 16:9 Format. Bei der Wiedergabe von 4:3 Bildmaterial bleibt jedoch ein Teil der Bildpunkte des 16:9 Projektors/Plasmas durch das andere Format ungenutzt. Ein 16:9 Plasma mit einer horizonatalen Auflösung von z.B. 720 Bildpunkten verfügt im 4:3 Bereich daher nur über eine Auflösung von 540 Bildpunkten, 180 zu wenig um im 4:3 Format die volle Auflösung zu nutzen. Um auch im 4:3 Bereich die volle horizontale DVD Auflösung zu nutzen, wäre hier eine horizontale Mindestauflösung von 960 Bildpunkten notwendig. Man sollte sich daher vor dem Kauf überlegen, ob man nur Spielfilme über den Projektor/Plasmabildschirm sehen will, oder auch öfter Bildmaterial in 4:3 (z.B. Sportübertragungen) und wenn ja, ob hier die eigenen Qualitätsansprüche genauso hoch sind wie bei Spielfilmen.

3.3 Fazit

Wer nur auf Spielfilme wert legt, dem reicht eine Auflösung von ca. 720x576 Bildpunkten.
Wer dagegen auch 4:3 in voller PAL Auflösung auf seinem Plasma/Projektor haben möchte, der sollte auf Geräte mit einer Auflösung nicht unter 960x576 zurückgreifen.
Übrigens: Genannte Auflösungszahlen stellen nur die Mindestanforderungen dar. Verfügt ein Gerät über eine höhere Auflösung (vertikal / horizontal), so kann die Detailtreue / Bildqualität des Ausgangsmaterials bei entsprechend guter Skalierung durchaus noch weiter gesteigert werden:

4.0 Die Skalierung (Scaling)

Projektoren und Plasmafernseher entsprechen nur selten in ihrer nativen Auflösung genau der des DVD Standards. Die Auflösung des Bildmaterials muss daher auf die Auflösung des Projektors umgerechnet (skaliert) werden. Computernutzer haben diesen Vorgang bestimmt schon einmal beobachten können: Betrachtet man ein Computer-Bild oder Foto, das in einer bestimmten Auflösung gemacht wurde (z.B. 800x600), auf einer eingestellten Auflösung von z.B. 1024x768, so ist dieses Foto nicht bildschirmfüllend, d.h. man hat rundherum einen schwarzen Rahmen. Möchte man nun das Bild formatfüllend darstellen (fit to screen), so rechnet (skaliert) der Computer in unserem Beispiel die 800x600 Pixel des Bildes auf 1024x768 Pixel um. Er muss 224 Bildpunkte in der Horizontalen und 168 Punkte in der Vertikalen hinzufügen, ohne die Proportionen des Bildes zu verändern. Genauso muss ein Plasma / Projektor das Videosignal auf seine native Darstellungsauflösung umrechnen, 50 mal pro Sekunde, für jedes einzelne Bild des Filmes.
Beispiel: Ein 4:3 Projektor mit XGA Auflösung (1024x768) Bildpunkten soll ein 16:9 DVD Signal (720x576) darstellen. Im 16:9 Bereich des Projektors beträgt die Auflösung 1024x576 Bildpunkte. In der Vertikalen entspricht dies gerade der DVD Auflösung, der Projektor muss hier nicht anpassen. In der Horizontalen dagegen muss er aus den 720 Bildpunkten des Signals 1024 Bildpunkte errechnen, also 304 Bildpunkte (Spalten) addieren, ohne die Proportionen des Bildes zu verfremden.
Für diesen Zweck ist in jedem Digitalprojektor eine Skalierungselektronik eingebaut.
Die tatsächliche Bildqualität hängt nicht unmaßgeblich von der Qualität dieser Elektronik ab, denn je genauer und intelligenter sie arbeitet, desto detaillierter ist das dargestellte Bild. Eine billige Skalierungselektronik fügt lediglich Zeilen bzw. Spalten ein, ohne die Auflösung tatsächlich zu verbessern.
Dies erhöht die Bildqualität in keinster Weise sondern kann im schlimmsten Fall sogar den Bildeindruck verschlechtern (z.B. durch subtile vertikale/horizontale Streifen im Bild).
Eine bessere Skalierung hingegen errechnet Farbzwischenwerte aus benachbarten Pixeln, um die Übergänge, die durch die neuen Pixel entstehen, homogener zu machen. Im folgenden Beispiel werdem 4 Pixel des Originalbildes auf die 4-fache (=16 Pixel) Auflösung hochskaliert:

Die Skalierung eines Plasmas/Projektors ist daher ein auschlaggebendes Qualitätsmerkmal, über das man sich vor dem Kauf informieren sollte. Gerade im unteren Preissegment wird hier oft gespart. Cine4Home wird in künftigen Tests stets auf dieses Merkmal eingehen.
Nun könnte man auf dem Standpunkt stehen: „Das DVD Signal hat eine Auflösung von 720x576 Bildpunkten. Benutze ich einfach einen Plasma/Projektor mit nahezu genau dieser Auflösung, muss nicht skaliert werden und ich habe die bestmögliche Bildqualität. Schliesslich gibt die DVD nicht mehr her.“ Diese Aussage stimmt nur bedingt. Auf Projektoren / Plasmas im unteren Preissegment mit einer Auflösung um 450,000 Bildpunkten mag sie stimmen, je weniger skaliert wird, desto besser. Doch Geräte mit deutlich gesteigerter Auflösung (XGA,SXGA oder auf HDTV optimierte 16:9 Geräte) können ihre erhöhte native Auflösung und kleinere Bildpunkte nutzen, um noch mehr Homogenität in die DVD-Auflösung „hineinzuzaubern“. Notwendig hierfür ist eine sehr gute Skalierung.
Skalierungsalgorithmen, die dem neuesten Stand der Technik entsprechen, sind in der Lage, das Bildqualitätsempfinden des Videosignals durch Interpolation deutlich zu verbessern. Anhand benachbarter Bildpunkte wird hier berechnet, wo ein „neuer“ Bildpunkt sein müsste und welche Farbe er haben muss. Ein technisch kompliziertes Unterfangen, das auch noch unglaublich schnell (50-60 mal pro Sekunde) durchgeführt werden muss und daher im Moment noch recht teuer ist.
Diagonale Linien mit starkem Kontrast (z.B. schräge Fensterrahmen an Häusern, Zierleisten und Kühlergrill an Autos etc.) wirken bei herkömmlicher DVD Auflösung nicht perfekt. Sie bilden leichte Treppenstufen. Feine Muster wie z.B. fein karierte Anzüge bilden sogar Interferenzmuster. Diese Effekte sind auch bei Computerspielen niedriger Auflösung sichtbar und heissen im Englischen „Aliasing“.
Betrachten wir folgendes Bild:

Geht man nun näher an die Leinwand heran, sieht man die Pixelstruktur durch die eingeschränkte Auflösung:

Durch Interpolation kann die höhere Auflösung eine Projektors dazu benutzt werden, das Bild von digital wirkenden Treppenstufen zu befreien.Dies bezeichnet man als „Anti-Aliasing“:

Hier noch einmal ein Farbbeispiel:

Die Oberkante der Burg wirkt runder, die Gebäudestrukturen differenzierter und die Blätter rechts im Vordergrund wesentlich plastischer.
Anhand dieses simplen Beispiels erkennt man, was durch Mathematik aus einem Videosignal, mit recht niedriger Auflösung (DVD) nachträglich gewonnen werden kann. Solche Details addieren sich in der Summe im Laufe eines Filmes. Das Bild wirkt insgesamt homogener, weniger digital, und natürlicher.

5.0 Der Röhrenprojektor

Röhrenprojektoren haben, bedingt durch ihre fernsehverwandte Technik, keine feste native Auflösung wie Digitalprojektoren/Plasmabildschirme. Sie geben stets genau die Auflösung 1:1 aus, die eingespeist wird. Auch oben beschriebener Screendooreffekt ist bei Röhrenprojektoren nicht existent. Die einzelnen Pixel reihen sich ohne Abstand aneinander. Allerdings ist auch bei Projektoren dieser Gattung die Auflösung duch die verwendete Röhrengröße und Phosphorschicht limitiert. Standard Röhrenprojektoren mit 7“ Röhren sollten in einer Auflösung, die der des DVD Standards entspricht, verwendet werden. Zwar stellen sie auch höhere Auflösungen dar, doch leidet die Schärfe. Daher reicht für Standard Geräte oft ein guter Progressive Scan DVD-Player ohne externen Scaler. Für die Darstellung von Fernsehkanälen empfiehlt sich ein Linedoubler.
Erst High-End Geräte aus dem Profibereich sind, dank verwendeter 9“ Röhren in der Lage, auch höchste Auflösungen wie SXGA perfekt darzustellen. Solche Geräte sind jedoch auch gebraucht noch sehr teuer und benötigen einen externen hochwertigen Scaler. Cine4Home wird sich mit dem Thema Röhrenprojektion noch intensiv beschäftigen.

6.0 Fazit

Für eine 1:1 Darstellung des DVD Signals reicht eine Auflösung um 720x576 Pixeln. Je genauer der Plasma/Projektor hier an der Auflösung liegt, desto weniger muss er skalieren.
Plasmas/Projektoren mit abweichender Auflösung sollten eine gute Skalierungselektronik aufweisen, um das Bild nicht unnötig zu verschlechtern.
Verfügt ein Plasma/Projektor über eine deutlich höhere Auflösung, so kann die Bildqualität durch eine intelligente Skalierung nocheinmal gesteigert werden.
Eine solch hochwertige Skalierungselektronik haben derzeit jedoch nur Projektoren der gehobenen bis hohen Preisklasse.
Aber auch Geräte mit schlechterer interner Skalierung können bei Verwendung eines externen Scalers deutlich aufgewertet werden:

Anhang: Externe Skalierer (Scaler)

Skaliert ein Plasma (Projektor) intern ein Bildsignal nur unbefriedigend um, so kann ein externer Scaler Abhilfe schaffen.
Ein guter externer Scaler rechnet die Auflösung um, interpoliert wie oben erläutert zusätzliche Auflösung und gibt das so verbesserte Videosignal an den Plasma/Projektor weiter. Im Idealfall errechnet der Scaler genau die Auflösung, die der nativen Auflösung des Plasmas/Projektors entspricht. Der Plasma/Projektor muss nun das Signal nur noch 1:1 darstellen, ohne eine eigene Skalierung durchzuführen. Sein Handicap, die schlechte interne Skalierung, wird umgangen.
Externe Scaler gibt es in allen möglichen Preis- und Ausstattungsvarianten. Qualitativ hochwertige Scaler haben ihren Preis: Unter € 2.500 findet man selten etwas.
Auf jeden Fall sollte man, wenn man sich für diese Lösung entscheidet, nicht am falschen Ende sparen, denn billige Scaler arbeiten oft nicht besser als die internen Lösungen der Projektoren. Eine günstigere Alternative stellt ein HeimkinoPC dar.
Doch ist die Einrichtung eines solchen PCs nur dem Computerfachmann zu raten. Auf dem Markt sind allerdings mittlerweile gute Lösungen erhältlich.
Cine4Home wird das Thema der externen Skalierung in Zukunft weiter erläutern und gegebenfalls Geräte testen / empfehlen.

E. Schmitt