Dynamische Tonwertabbildung

Dynamisch heißt: Die Kurve, mit der ein Wiedergabegerät die HDR-Vorgabe auf seine eigene Helligkeitsgrenze umrechnet, steht nicht für den ganzen Film fest, sondern wandert mit dem Bild. Dorthin führen zwei verschiedene Wege — dynamische Metadaten im Material und Bildanalyse im Gerät —, und im Sprachgebrauch werden sie ständig verwechselt.

Zwei Wege zur wandernden Kurve

Warum überhaupt zwei? Weil die Bildanalyse, aus der die Kurve folgt, an zwei verschiedenen Stellen der Kette stattfinden kann.

Der Metadatenweg. Die Analyse ist in der Postproduktion gelaufen, ihr Ergebnis liegt dem Material bei. Was dabei übertragen wird, steht in SMPTE ST 2094-40, der Norm hinter HDR10+: für jede Szene der höchste Farbkomponentenwert, der Mittelwert über den jeweils hellsten Farbanteil jedes Bildpunkts, dessen Verteilung und der Anteil heller Bildpunkte, dazu eine Bézier-Kurve für die Abbildung selbst — jene über wenige Stützpunkte beschriebene, glatte Kurvenform, die der Renault-Ingenieur Pierre Bézier in den 1960er Jahren für den Karosseriebau ausgearbeitet hat. Wichtig ist, was die Norm ausdrücklich nicht festlegt: wie ein Wiedergabegerät daraus seine Kurve bildet. Sie beschreibt die Übergabe der Bildstatistik, die Umsetzung bleibt dem Gerät überlassen. Dazu kommt ein Punkt, der auf der Habenseite dieses Wegs steht: Die Norm sieht auch eine vom Bildgestalter freigegebene eigene Kurve vor. Am Metadatenweg hängt also eine gestalterische Entscheidung, am Geräteweg nicht.

Der Geräteweg. Das Wiedergabegerät misst das laufende Bild selbst und setzt den Knick der Kurve daraufhin nach. Es braucht dafür keine dynamischen Metadaten und arbeitet deshalb auch bei gewöhnlichem HDR10-Material, das nur die statischen Angaben des Mastering-Displays mitbringt — also die Eckwerte des Kontrollmonitors, an dem der Film abgenommen wurde, einmal für den ganzen Film. Zwei Bildgeber-Hersteller dokumentieren die eigene Analyse als benannte Funktion ihrer Bildverarbeitung: JVC beschreibt eine Auswertung „nach Szene und Einzelbild", Epson eine Abbildung, die sich automatisch auf die jeweilige Szene einstellt. Genormt ist an diesem Weg gar nichts.

Die beiden Wege sind unterschiedlich anspruchsvoll in der Kette. Der Metadatenweg funktioniert nur, wenn Material, Zuspieler, jedes Zwischengerät und der Bildgeber dasselbe Format beherrschen — vier Glieder, die alle mitspielen müssen. Der Geräteweg funktioniert bei allem, was ankommt, weil er nichts voraussetzt außer dem Bild.

Bild für Bild oder Szene für Szene

Beide Formulierungen stehen in Datenblättern, und der Unterschied zwischen ihnen ist größer, als er klingt.

Die Norm für den Metadatenweg definiert die Szene als Zeitintervall und bezieht ihre Statistik auf das hellste Einzelbild darin. Die Kurve liegt damit innerhalb einer Einstellung konstruktionsbedingt fest: Was sich im Bild bewegt, bewegt die Abbildung nicht mit. Die Nachführung passiert an den Schnitten, dort, wo das Auge ohnehin einen Bruch erwartet.

Ein Gerät, das jedes Einzelbild neu auswertet, hat diesen Anker nicht. Für das Gerät ist der Film eine Folge einzelner Bilder; die Szene als Einheit kommt darin nicht vor. Also muss es selbst dafür sorgen, dass aus 24 Analysen je Sekunde keine 24 sichtbaren Helligkeitssprünge werden. Die Mittel dafür sind Zeitkonstanten und eine eigene Schnitterkennung — beides Gerätesache, beides nirgends festgelegt. Feiner aufgelöst heißt an dieser Stelle also nicht automatisch besser abgebildet.

Wo es sichtbar schiefgeht

Der typische Fehler hat einen Namen in der Praxis: Pumpen. Die Helligkeit des Bildes wandert während einer laufenden Einstellung sichtbar nach — ein Gesicht wird dunkler, wenn im Hintergrund ein Scheinwerfer ins Bild schwenkt, und hellt wieder auf, wenn er herauswandert. Ursache ist die Nachführung selbst: Das Gerät reagiert auf ein einzelnes helles Element, obwohl der Bildinhalt, den der Zuschauer ansieht, gleich geblieben ist.

Drei Situationen provozieren das besonders: harte Schnitte zwischen sehr unterschiedlich hellen Einstellungen, langsame Blenden, bei denen kein Schnitt die Nachführung sortiert, und einzelne Bilder mit extremen Spitzen wie Mündungsfeuer oder Blitzen. Wo eine Nachführung zu träge eingestellt ist, sieht man stattdessen das umgekehrte Bild: Die Anpassung kommt nach dem Schnitt spürbar hinterher.

Bildgröße und Leinwand-Gain gehören in die Rechnung

Jede Abbildung braucht einen Zielwert: die Leuchtdichte, die das Gerät tatsächlich erreicht. Bei einem Fernseher ist das eine Geräteeigenschaft. Bei einem Projektor ist es eine Eigenschaft der Installation, denn dieselbe Lichtleistung ergibt auf 2,5 m Bildbreite eine ganz andere Leuchtdichte als auf 3,5 m, und der Leinwand-Gain verschiebt sie noch einmal.

Ein Projektor, der seine Abbildung selbst berechnet, ohne diese Größen zu kennen, rechnet gegen einen geschätzten Zielwert. JVC zieht daraus die Konsequenz und lässt Bildgröße und Gain als Einstellwerte eingeben, aus denen das Gerät die Abbildung ableitet. Bei dynamisch abbildenden Projektoren hat die Einrichtung deshalb mehr Gewicht als früher: Zwei Zahlen aus der Raumplanung landen unmittelbar in der Bildberechnung.

Dass die Lichtquelle über die Betriebszeit schwächer wird, verschiebt denselben Zielwert langsam nach unten. Eine Abbildung, die vor drei Jahren eingerichtet wurde, rechnet also gegen eine Spitzenleuchtdichte, die das Gerät heute nicht mehr erreicht.

Wer in der Kette abbildet

Abbilden können mehrere Glieder: der Zuspieler, ein externer Videoprozessor und der Bildgeber selbst. Läuft die Abbildung an zwei Stellen hintereinander, arbeitet die zweite auf einem Bild, dessen Spitzen die erste schon gestaucht hat — das Ergebnis ist flacher, als beide Geräte einzeln liefern würden, und keines von beiden ist dafür falsch eingestellt.

Die Regel für die Kette lautet deshalb: genau ein Gerät bildet ab, alle anderen geben durch. Welches es sein soll, entscheidet, wer die Installationsgrößen kennt und wer sich einstellen lässt. Wie sich diese Frage beim Kauf eines externen Prozessors stellt, führt die Wissensseite zum externen Videoprozessor aus.

Häufiges Missverständnis

„Dynamisch heißt, dass der Film dynamische Metadaten hat." Das ist die häufigste Verwechslung, und sie führt beim Kauf in die Irre. Ein Gerät kann dynamisch abbilden, ohne ein einziges Format mit dynamischen Metadaten zu unterstützen — es analysiert dann eben selbst. Umgekehrt sagt die Unterstützung eines solchen Formats nichts darüber, wie gut die Abbildung ausfällt, denn die Norm übergibt nur die Bildstatistik und lässt die Kurve offen.

„Dynamisch ist immer besser als fest." Eine feste, gut gewählte Kurve in einem verdunkelten Raum kann ruhiger aussehen als eine Nachführung, die bei jeder hellen Stelle arbeitet. Der Gewinn der dynamischen Abbildung liegt bei Material mit stark wechselnder Helligkeit; bei gleichmäßig gemasterten Filmen gibt es wenig nachzuführen. Wer vergleichen will, braucht deshalb Material mit beidem.

„Wenn das Gerät dynamisch abbildet, brauche ich nicht mehr einzumessen." Die Abbildung entscheidet über die Helligkeitsverteilung, die Kalibrierung über Graubalance und Farbe. Beide Aufgaben sind unabhängig voneinander, und eine schief eingestellte Farbtemperatur wird von keiner Abbildungskurve gerade gezogen. Was eine Kalibrierung leistet, steht bei der Bildkalibrierung.

Nicht zu verwechseln mit

• Dynamische Metadaten: eine Eigenschaft des Materials, übertragen in Formaten wie HDR10+. Die dynamische Abbildung im Gerät ist eine Eigenschaft des Geräts und kommt ohne sie aus.
• Dynamischer Kontrast und Irisregelung: Sie regeln, wie viel Licht das Gerät gerade abgibt, und wirken damit auf das ganze Bild gleichmäßig. Eine Abbildungskurve verteilt die verfügbare Helligkeit innerhalb des Bildes um. Beide Regelungen laufen in vielen Geräten gleichzeitig, was die Ursachensuche bei sichtbarem Pumpen erschwert.
• Übertragungsfunktion und EOTF: die genormte Bezugskurve, von der aus abgebildet wird — siehe Übertragungsfunktion. Die Tonwertabbildung ist die nicht genormte Anpassung an das, was das Gerät wirklich kann.
• Bildinterpolation und Rauschminderung: ebenfalls Aufgaben desselben Bildprozessors, die im Datenblatt daneben stehen und mit der Helligkeitsabbildung nichts zu tun haben.

In der Planung

Ein Kunde hat einen aktuellen Projektor der oberen Klasse und überlegt, zusätzlich einen externen Videoprozessor anzuschaffen, weil er in einem Forum gelesen hat, dessen Tonwertabbildung sei besser.

Bevor ein Gerät ins Spiel kommt: Wo klemmt es überhaupt? Sieht der Kunde ein zu dunkles Bild in hellen Szenen, ist die wirksamste Antwort eine kleinere Bildbreite oder ein besser verdunkelter Raum — beides verschiebt die Zielleuchtdichte stärker als jede Rechenkurve. Sieht er dagegen ein Pumpen bei Szenenwechseln, ist es die Nachführung, und dann lohnt der zweite Blick.

Erst dann kommt die Verfahrensfrage: Bildet der vorhandene Projektor dynamisch ab, und lässt er sich dabei einstellen — Bildgröße, Gain, Stärke der Nachführung? Bei einem Gerät, das beides mitbringt, ist der Zugewinn durch ein zusätzliches Gerät klein; bei einem älteren Bildgeber mit fester Kurve ist er groß.

Die Gerätefrage steht zuletzt, und sie beantwortet keine Datenblattzeile. Die Abbildung ist in Software gegossen, ändert sich mit Firmware und ist von außen nicht messbar. Was hilft, ist eine Gegenüberstellung im eigenen Raum, mit eigenem Material, in beiden Zuständen — Prozessor abbildend und Projektor abbildend, nie beide zugleich.

Verknüpfte Inhalte

Warum eine Umrechnung überhaupt nötig ist, wie viel Lichtstrom eine HDR-Vorgabe auf der Leinwand verlangen würde und welchen Zielkonflikt jede Abbildungskurve hat, erklärt die Wissensseite HDR und Tonwertabbildung. Die genormte Bezugskurve, von der aus abgebildet wird, erklärt die Übertragungsfunktion. Die Größen, gegen die ein Gerät rechnet, stehen bei Leuchtdichte, Zielleuchtdichte und Leinwand-Gain. Was ein angegebenes Kontrastverhältnis über das sichtbare Ergebnis aussagt, klärt das Kontrastverhältnis; wie viele Stufen eine Kurve auflösen kann, die Bittiefe — und dass mit der Helligkeit auch die Farbe abgebildet wird, der Farbraum. Die Kaufentscheidung über ein externes Gerät behandelt die Wissensseite zum externen Videoprozessor.

Quellen

Die Angaben zum Metadatenweg stammen aus SMPTE ST 2094-40 in der Fassung von 2020, die für diese Seite im Volltext am Objekt gelesen wurde: der Gegenstand der Norm, die übertragenen Bildstatistiken, die Bézier-Kurve, die Definition der Szene als Zeitintervall, der Bezug auf das hellste Einzelbild einer Szene sowie die Berücksichtigung der tatsächlichen Spitzenleuchtdichte des Zielgeräts. Das Kernmodell der Normreihe, ST 2094-1, und die statischen Metadaten nach ST 2086 sind nur als Gegenstück benannt und lagen nicht am Objekt vor.

Dass aktuelle Bildgeber die Abbildung selbst nachstellen, ist an den Unterlagen zweier Hersteller belegt — einer JVC-Herstellerseite zur HDR-Bildverarbeitung und einem Epson-Spezifikationsblatt, beide am Objekt gelesen. Von derselben JVC-Seite stammt die Angabe, dass Bildgröße und Leinwand-Gain als Einstellwerte in die Abbildung eingehen. Welche Modelle und Reihen das im Einzelnen betrifft, ist im AVITECT OS führend.

Die Beschreibung des Pumpens, die drei genannten Auslöser und die Empfehlung zur Gegenüberstellung im eigenen Raum sind Erfahrungswissen der Gattung.