Genlock

Genlock heißt, dass ein Gerät seinen eigenen Bildtakt an eine gemeinsame Referenz anhängt, statt ihn frei laufen zu lassen. Das Wort kommt aus dem Englischen — generator locking, das Einrasten des Bildgenerators — und meint immer dasselbe Ziel: Zeilen- und Bildanfänge aller beteiligten Geräte fallen auf denselben Zeitpunkt.

Ausführliche Erklärung

Ein Bildsignal ist eine Folge von Zeitpunkten. Der Takt dafür kommt aus einem Quarz, und zwei Quarze in zwei Geräten laufen nie exakt gleich schnell; wenige Millionstel Abweichung sind normal. Solange jedes Gerät für sich arbeitet, merkt das niemand. Sobald zwei Geräte in einer Kette zusammenspielen, summiert sich die Abweichung, bis der Puffer dazwischen überläuft oder leerläuft — und dann wird ein Bild ausgelassen oder eines wiederholt. Genlock verhindert diesen Ausgleich, indem es ihn überflüssig macht: Beide Geräte hängen an derselben Zeitbasis und können nicht auseinanderlaufen.

Was Genlock festlegt, ist ausschließlich der Zeitpunkt — wann eine Zeile beginnt, wann ein Bild beginnt. Über den Inhalt sagt es nichts, über die Bildwiederholrate ebenfalls nicht, und die Verzögerung durch die Kette verschwindet dadurch auch nicht. Sie wird nur konstant, und genau das ist in der Praxis der Gewinn.

Woher die Referenz kommt

In Studio und Vorführbetrieb erzeugt ein zentraler Taktgeber das Referenzsignal und verteilt es über eigene Koaxleitungen an jedes Gerät. Drei Generationen dieser Referenz sind heute im Einsatz:

Die drei Wege unterscheiden sich in der Form, das Grundprinzip bleibt dasselbe. Der Tri-Level-Impuls ist in den Normen der HD-Bildformate festgelegt; für das 720-Zeilen-Format definiert SMPTE ST 296 den positiven Nulldurchgang als Bezugspunkt jeder Zeile. Beim Weg über das Netzwerk wandert eine Uhrzeit durch die Leitung statt einer Frequenz: SMPTE ST 2059-1 legt mit der SMPTE Epoch einen gemeinsamen Zeitnullpunkt fest, ST 2059-2 das dazugehörige PTP-Profil nach IEEE 1588. Dieselbe Verschiebung von der Leitung ins Netzwerk hat die Audiotechnik hinter sich; wer Word Clock und PTP kennt, kennt die Denkweise schon.

Ein Punkt kommt bei jeder Verteilung dazu: Gleicher Takt heißt noch nicht gleiche Phase. Leitungen verschiedener Länge liefern das Referenzsignal unterschiedlich früh an. Deshalb haben professionelle Geräte eine einstellbare Verzögerung je Eingang, mit der sich die Laufzeitunterschiede herausrechnen lassen.

Im Heimkino gibt es keine Referenzleitung

Eine HDMI-Kette kennt keinen Referenzeingang. Es gibt kein Kabel, über das Zuspieler, Prozessor und Projektor eine gemeinsame Uhr beziehen könnten — den Takt bringt das Bildsignal selbst mit. Deshalb bedeutet Genlock hier etwas anderes als im Studio: Ein Gerät in der Mitte der Kette, meistens ein Videoprozessor, bindet seinen Ausgangstakt an den Takt des ankommenden Signals. Die Quelle wird zur Referenz.

Der Gewinn ist doppelt: Die Verzögerung von Ein- zu Ausgang bleibt konstant, und die einzelnen ausgelassenen oder wiederholten Bilder entfallen. Beides hängt zusammen — wo der Versatz wandern darf, gleicht ihn das Gerät irgendwann über ein ganzes Bild aus.

Bezahlt wird das an drei Stellen, und Lumagen nennt sie im Handbuch zum Radiance Pro offen: Das Umschalten zwischen Quellen dauert länger, der Ausgangs-Jitter steigt leicht, und manche Fernseher und Projektoren kommen mit dem leicht variierenden Pixeltakt nicht zurecht. Die Werkseinstellung ist deshalb aus. Empfohlen wird die Betriebsart für 24p- und 25p-Material — dort, wo ein einzelnes ausgelassenes Bild im langsamen Schwenk sichtbar wird und die Umschaltzeit zwischen zwei Filmen niemanden stört. Bei 50 und 60 Hertz kehrt sich das Verhältnis um.

Häufiges Missverständnis

„Genlock ist die Lippensynchronisation." Das sind zwei verschiedene Aufgaben. Lippensynchronität beschreibt den Versatz zwischen Bild und Ton und wird in Millisekunden eingestellt; Genlock hält den Rhythmus der Bildfolge zusammen und verschiebt gar nichts. Einen Zusammenhang gibt es trotzdem, und er wird oft übersehen: Nur wenn die Verzögerung durch die Bildkette konstant bleibt, stimmt ein einmal eingestellter Tonversatz dauerhaft. Wandert sie innerhalb einer Bilddauer, wandert der Versatz mit — bei 24 Bildern je Sekunde ist das eine Schwankung von bis zu rund 42 Millisekunden.

„Genlock einschalten ist immer besser." Der Hersteller selbst liefert die Funktion abgeschaltet aus, und das hat Gründe. Ein Projektor, der den leicht nachgeführten Pixeltakt nicht mag, reagiert mit Bildaussetzern oder verliert die Synchronisation ganz. Ob eine Kette die Betriebsart verträgt, entscheidet ein Test mit den Geräten, die tatsächlich zusammenspielen — nicht das Datenblatt.

Nicht zu verwechseln mit

• Lippensynchronität und Bild-Ton-Zeitlage: der Versatz zwischen Bild und Ton. Eine Kette kann sauber gelockt sein und trotzdem einen hörbaren Versatz haben.
• Jitter: die Schwankung eines Takts um seinen Sollwert. Jitter ist eine Qualitätsgröße des Takts; Genlock koppelt zwei Takte aneinander und erhöht den Jitter am Ausgang sogar leicht.
• Variable Bildwiederholrate (VRR): dort passt sich das Anzeigegerät laufend an eine schwankende Bildrate der Quelle an. Es gibt keine gemeinsame Referenz, an die beide sich hängen — die Quelle gibt vor, das Display folgt.
• Bildwiederholrate: die Zahl der Bilder je Sekunde. Zwei Geräte können auf demselben Zahlenwert stehen und trotzdem auseinanderlaufen, weil ihre Quarze verschieden schnell sind. Genau diesen Fall löst Genlock.

In der Planung

Ein Kinoraum mit Zuspieler, Videoprozessor und Projektor, überwiegend 24p-Material vom Datenträger. Das Bild ist einwandfrei, aber ein- bis zweimal je Film stolpert ein langsamer Schwenk kurz. Kein Knacken, kein Aussetzer, nur dieses eine Bild.

Wer gibt in dieser Kette den Bildtakt vor? Solange Zuspieler und Prozessor je für sich takten, gibt es zwei Uhren und damit zwangsläufig einen Ausgleich — die Frage ist nur, wie oft er nötig wird und ob er im Bild auffällt.

Zwei Wege bleiben: Entweder der Prozessor rastet auf den Takt der Quelle ein, oder die Kette wird für die kritischen Inhalte so kurz gehalten, dass zwischen Quelle und Projektor niemand umtaktet. Beide Wege haben ihren Preis — der eine längere Umschaltzeiten und ein Verträglichkeitsrisiko am Projektor, der andere den Verzicht auf Bildaufbereitung.

Zuletzt der Projektor: Ob er die Betriebsart verträgt, zeigt ein Durchlauf mit echtem Filmmaterial über mehrere Minuten, denn seltene Ereignisse zeigen sich nicht in dreißig Sekunden Testbild. Wer umgekehrt anfängt und die Funktion einschaltet, weil sie im Menü steht, sucht den Fehler später an der falschen Stelle.

Verknüpfte Inhalte

Die gleiche Aufgabe auf der Tonseite behandeln Word Clock und PTP; die Denkweise ist dieselbe, und in der IP-Produktion wachsen beide Welten im selben Protokoll zusammen. Warum ein gekoppelter Takt am Ausgang leicht unruhiger wird, klärt der Eintrag zu Jitter. Was ein Versatz zwischen Bild und Ton für die Wahrnehmung bedeutet, steht bei der Zeitlage von Ton und Bild, und welche Rolle ein Videoprozessor in der Kette überhaupt spielt, behandelt die Wissensseite zum externen Videoprozessor.

Quellen

Den Tri-Level-Sync-Impuls mit dem positiven Nulldurchgang als Bezugspunkt jeder Zeile und den Pegeln von plus und minus 300 Millivolt definiert SMPTE ST 296 für das 720-Zeilen-Format. Das Color-Black-Signal als Referenz für zusammenwirkende Geräte legt SMPTE ST 318 fest. Den Weg über das Netzwerk beschreiben SMPTE ST 2059-1 mit der SMPTE Epoch als gemeinsamem Zeitnullpunkt und SMPTE ST 2059-2 mit dem PTP-Profil nach IEEE 1588-2008. Zweck, Betriebsarten, Werkseinstellung und Nebenwirkungen der Genlock-Funktion in einem Heimkino-Videoprozessor dokumentiert Lumagen im Handbuch zum Radiance Pro.