Schwarzbildeinschub

Der Schwarzbildeinschub verkürzt die Leuchtdauer jedes Bildes und legt eine Dunkelphase dazwischen. Die Bildfolge selbst bleibt unberührt: Es kommt kein Bildinhalt hinzu, keiner fällt weg, und keiner wird verändert. Verändert wird allein, wie lange ein Bild leuchtet, während es ansteht.

Der Zweck ist ein schärferes Bild bei Bewegung. Der Preis ist Licht — und unterhalb einer bestimmten Wiederholrate ein sichtbares Flimmern.

Woher die Unschärfe kommt, die hier bekämpft wird

Ein modernes Anzeigegerät hält jedes Bild über die gesamte Bilddauer stehen. Bei 60 Bildern je Sekunde sind das rund 17 Millisekunden, bei 24 Bildern je Sekunde rund 42. Der Fachausdruck dafür lautet haltendes Anzeigegerät, auf Englisch hold-type display.

Der Bericht der ITU-R zum Stand des ultrahochauflösenden Fernsehens nennt drei Störungen der Bewegungswiedergabe — Flimmern, Bewegungsunschärfe und Ruckeln — und ordnet die Bewegungsunschärfe zwei verschiedenen Ursachen zu. Die erste liegt in der Aufnahme: Eine Kamera sammelt während der Belichtung Licht, und ein bewegtes Objekt verschmiert dabei. Die zweite liegt beim Betrachter und ist der Punkt, um den es hier geht. Sie tritt auf, wenn bewegte Bilder auf dem Schirm eines haltenden Anzeigegeräts mit den Augen verfolgt werden. Das Auge folgt der Bewegung gleichmäßig, das Bild springt in Stufen — die Netzhaut integriert über diese Differenz und liefert ein verwischtes Bild ab. Im Signal steht davon nichts.

Der Bericht beschreibt diesen Zusammenhang als getauschtes Problem, und zwar ausdrücklich: Die Bildröhre leuchtete jedes Bild nur kurz auf, was die ITU-R als Öffnungsverhältnis von praktisch null Prozent beschreibt, und flimmerte dafür sichtbar. Die Flachbildschirme mit langer Haltezeit haben dieses eine Problem gelöst und dabei ein neues erzeugt — große Flachbildschirme flimmern nicht, und sie verwischen Bewegung. Der Schwarzbildeinschub geht diesen Tausch bewusst ein Stück weit zurück.

Was tatsächlich eingefügt wird

Der Name führt in die Irre, weil er ein zusätzliches Bild nahelegt. Was sich ändert, ist die Leuchtdauer innerhalb einer Bilddauer. Für dieses Verhältnis von Leuchtphase zu Bilddauer gibt es einen eigenen Begriff, das Tastverhältnis — dieselbe Größe, die auch die Pulsweitenmodulation beschreibt. Ein Tastverhältnis von 100 Prozent heißt: Das Bild leuchtet, solange es ansteht. Bei 50 Prozent leuchtet es die halbe Bilddauer und ist die andere Hälfte dunkel.

Wie diese Dunkelphase zustande kommt, hängt an der Bauart. Ein Gerät kann tatsächlich ein schwarzes Bild an die doppelte Bildrate anhängen, es kann die Hintergrundbeleuchtung eines Flüssigkristallschirms zeilenweise abschalten, und bei einer Laserlichtquelle lässt sich das Licht elektronisch dunkeltasten, ohne das Bildwerk anzurühren. Für die Wirkung auf die Bewegungsunschärfe ist der Weg zweitrangig; für den Kontrast und für das Verhalten bei niedrigen Helligkeiten ist er es nicht.

Die Wirkungsaussage selbst steht im Bericht der ITU-R in einem Satz: Je kürzer die Leuchtzeit eines Anzeigegeräts innerhalb der Bilddauer, desto stärker sinkt die Bewegungsunschärfe, die aus dem Haltemechanismus stammt. Der Satz steht dort in der Begründung für eine Bildfrequenz von 120 Hz, und diese Bedingung ist keine Nebensache — sie entscheidet über den zweiten Preis.

Der erste Preis: Licht

Die Rechnung ist einfach und lässt sich nicht umgehen. Wer die Leuchtdauer halbiert und die Spitzenhelligkeit unverändert lässt, halbiert die Lichtmenge, die beim Betrachter ankommt. Ein Tastverhältnis von 50 Prozent kostet also rund die Hälfte der Leuchtdichte, eines von 25 Prozent drei Viertel. Manche Geräte fangen einen Teil davon auf, indem sie in der kürzeren Leuchtphase heller strahlen; wie weit das reicht, begrenzt die Bauart des Bildgebers.

Am Fernseher ist dieser Verlust oft verschmerzbar, weil dort Helligkeit im Überfluss vorhanden ist. Bei der Projektion ist er der Grund, warum die Funktion selten in Frage kommt. Ein Projektor arbeitet ohnehin an der Grenze: Die Leuchtdichte auf der Leinwand ergibt sich aus Lichtstrom, Bildfläche und Gewinnfaktor des Tuchs, und bei einem großen Bild bleibt davon wenig übrig — die Zusammenhänge stehen bei Helligkeitsangaben bei Projektoren. Wer dort die Hälfte des Lichts für schärfere Bewegung ausgibt, gibt sie beim hochdynamischen Material zuerst aus, also genau dort, wo sie gebraucht wird.

Dazu kommt eine Folge für den Kontrast, die weniger offensichtlich ist. Die Dunkelphase senkt das Weiß und das Schwarz im selben Verhältnis, solange sie im Lichtweg entsteht. Am gemessenen Verhältnis der beiden ändert sie damit nichts — wohl aber am Abstand zum Restlicht des Raums, das unverändert bleibt. Ein abgedunkeltes Bild verliert deshalb in einem nicht vollständig verdunkelten Raum mehr, als die Zahl vermuten lässt (ausgeführt bei Kontrastverhältnis).

Der zweite Preis: Flimmern

Eine Dunkelphase, die oft genug wiederkehrt, verschmilzt für das Auge zu gleichmäßigem Licht. Kehrt sie zu selten wieder, wird sie als Flimmern sichtbar. Die Grenze zwischen beidem heißt kritische Flimmerfrequenz, und sie ist keine feste Zahl, sondern hängt an der Leuchtdichte, am Blickfeld — und am Tastverhältnis selbst.

Die ITU-R führt dazu eine Messreihe an. Bei einem Blickfeld von 100 Bogengrad und drei Leuchtdichten zwischen 169 und 480 cd/m² sank die kritische Flimmerfrequenz von 80 Hz auf 65 Hz, während das Tastverhältnis von 30 auf 90 Prozent stieg. Die Richtung ist der springende Punkt: Je kürzer die Leuchtphase, desto höher muss die Wiederholrate liegen, damit niemand etwas bemerkt. Der Schwarzbildeinschub verschärft also genau die Bedingung, die er erfüllen muss. Dieselbe Messreihe zeigt für das Blickfeld dasselbe Muster — über 80 Hz bei 100 Bogengrad gegenüber etwa 65 Hz bei 30 Bogengrad. Ein großes Bild aus kurzem Abstand ist demnach empfindlicher als ein kleines aus der Ferne, und der Bericht hält ausdrücklich fest, dass Betrachter an einem Gerät mit kurzer Leuchtphase mehr Flimmern wahrnehmen als an einem haltenden.

Daraus folgt die praktische Regel dieser Seite. Bei 60 Hz liegt eine halbierte Leuchtphase im Bereich der gemessenen Schwellen oder darunter — ein Teil der Betrachter sieht das Flimmern, ein Teil nicht, und wer es einmal bemerkt hat, sieht es danach immer. Bei 120 Hz liegt sie komfortabel darüber; die ITU-R nennt 120 Hz als die Bildfrequenz, bei der das Flimmern vollständig verschwindet, und genau deshalb steht dort die Aussage über die kürzere Leuchtzeit. Der Schwarzbildeinschub ist damit keine Funktion, die man einfach einschaltet — er setzt eine ausreichend hohe Wiederholrate voraus, und ein Kinofilm mit 24 Bildern je Sekunde liefert sie von sich aus nicht.

Die Zahlen selbst sind Obergrenzen und keine Schwellen für den Kinoraum. Sie wurden bei Leuchtdichten gemessen, die eine Leinwand im verdunkelten Raum deutlich überschreiten, und die Empfindlichkeit für Flimmern nimmt mit sinkender Leuchtdichte ab. Genau darauf beruht das Kino: Ein Filmprojektor zeigt jedes der 24 Bilder zwei- oder dreimal hinter einer umlaufenden Blende und kommt damit auf 48 oder 72 Dunkelphasen je Sekunde, ohne dass jemand flimmern sieht — bei einer Leuchtdichte, die weit unter der eines Fernsehers liegt.

Häufiges Missverständnis

„Das Gerät lässt dabei Bilder weg." Es lässt keines weg. Jedes Bild der Quelle wird gezeigt, nur kürzer. Wer die Bildfolge mitzählt, findet dieselbe Anzahl wie ohne die Funktion — die Bewegung wird deshalb auch nicht flüssiger, sie wird schärfer. Das sind zwei verschiedene Dinge, und sie werden regelmäßig verwechselt.

„Das ist doch dasselbe wie die Bewegungsglättung." Beide Verfahren beantworten dieselbe Frage und arbeiten gegenläufig. Die Bewegungsinterpolation rechnet Bilder dazu, die es nie gab, und riskiert dafür Rechenfehler an Kanten und einen veränderten Bewegungseindruck. Der Schwarzbildeinschub rechnet nichts und riskiert dafür Helligkeit und Flimmern. Wer die Kinoanmutung erhalten will, kann den zweiten Weg gehen und den ersten meiden — die Bewegungsanmutung des Films bleibt unangetastet, weil keine Zwischenstufe hinzukommt.

„Mehr Hertz heißt automatisch schärfere Bewegung." Die Wiederholrate sagt, wie oft ein Gerät ein Bild zeigen kann. Was in den zusätzlichen Zeitfenstern steht, ist damit offen: ein wiederholtes Bild, ein gerechnetes Zwischenbild oder eine Dunkelphase. Nur die dritte Antwort ist der Schwarzbildeinschub, und nur die dritte verkürzt die Leuchtdauer. Ein Gerät mit 120 Hz, das jedes 60-Hz-Bild schlicht zweimal zeigt, hat dieselbe Bewegungsunschärfe wie zuvor.

„Wenn es hilft, sollte es immer an sein." Der Zugewinn setzt zwei Bedingungen voraus: Licht im Überfluss und eine hohe Wiederholrate. Beides zusammen kommt im Heimkino selten vor. Im hellen Wohnzimmer am Fernseher ist die Funktion oft sinnvoll, im verdunkelten Kinoraum mit Projektor fast nie.

Nicht zu verwechseln mit

• Bewegungsinterpolation: erzeugt zusätzliche Bildinhalte und verändert damit die Bewegungsanmutung, siehe Bewegungsinterpolation. Der Schwarzbildeinschub verändert nur die Leuchtdauer.
• Bildwiederholrate des Bildgebers: die Angabe, wie oft ein Panel oder ein Bildchip je Sekunde ein Bild darstellen kann. Sie ist die Voraussetzung für eine brauchbare Dunkelphase und sagt nichts darüber, ob eine eingefügt wird.
• Variable Bildwiederholrate (VRR): verschiebt den Zeitpunkt, zu dem ein Bild gezeigt wird, und ändert die Leuchtdauer innerhalb der Bilddauer nicht — ausgeführt bei VRR und QMS.
• Pulsweitenmodulation zur Helligkeitsregelung: arbeitet mit derselben Größe, dem Tastverhältnis, und verfolgt ein anderes Ziel — sie stellt Helligkeit oder Graustufen ein, siehe Pulsweitenmodulation. Der Schwarzbildeinschub nimmt den Helligkeitsverlust als Preis in Kauf, statt ihn zu bezwecken.
• Dynamische Kontrastregelung: senkt das Licht bei dunklen Szenen und hebt es bei hellen, arbeitet also über Sekunden statt innerhalb einer Bilddauer. Auf die Bewegungsunschärfe hat sie keinen Einfluss.

In der Planung

Ein Wohnzimmer mit großem Fernseher und ein abgetrennter Kinoraum mit Projektor bekommen bei derselben Frage zwei verschiedene Antworten — und das zeigt, warum die Frage nicht am Gerät beginnt.

Am Anfang steht das Nutzungsprofil. Wo Sport und Spiel den Alltag bestimmen, ist Bewegungsschärfe ein echter Gewinn; wo Spielfilm läuft, ändert der Schwarzbildeinschub an 24 Bildern je Sekunde wenig, weil das Ruckeln der niedrigen Bildrate bleibt und nur der Verwischeffekt verschwindet. Das Ergebnis kann eine schärfere Ruckelbewegung sein, und ob das ein Fortschritt ist, entscheidet der Betrachter und kein Datenblatt.

Ist die Nutzung geklärt, hängt der Rest an zwei harten Voraussetzungen. Erstens muss die Kette bis zum Anzeigegerät eine ausreichend hohe Wiederholrate liefern — bei 60 Hz ist die Dunkelphase ein Flimmerrisiko, bei 120 Hz ist sie es kaum noch. Zweitens muss die Leuchtdichte den Verlust aushalten. Bei einem Projektor mit großer Leinwand ist das die Stelle, an der die Überlegung meistens endet: Wer bei der Auslegung ohnehin um jedes Lumen ringt, hat die Hälfte davon nicht übrig.

Erst danach geht es an das Gerät, und dort steht die Funktion selten unter einem sprechenden Namen. Sie versteckt sich in denselben Menüs wie die Bewegungsglättung, oft mit Stufenbezeichnungen ohne Zahlenwert. Wie stark eine Stufe eingreift, klärt eine Gegenüberstellung an derselben Szene im fertigen Raum — ein waagerechter Schwenk über eine kontrastreiche Kante zeigt den Zugewinn an Schärfe und den Verlust an Licht gleichzeitig, und zwar in dreißig Sekunden.

Verknüpfte Inhalte

Das gegenläufige Verfahren, das dieselbe Ursache mit gerechneten Bildern angeht, steht bei Bewegungsinterpolation. Warum eine höhere Wiederholrate für sich genommen noch nichts über den Bildinhalt in den zusätzlichen Zeitfenstern sagt, klärt VRR und QMS. Das Tastverhältnis als Größe und seine zweite Verwendung behandelt Pulsweitenmodulation. Wie viel Licht auf der Leinwand ankommt und woran die Rechnung hängt, steht bei Helligkeitsangaben bei Projektoren; was ein abgesenktes Lichtniveau für den wahrgenommenen Kontrast bedeutet, bei Kontrastverhältnis. Dass jede Bildverarbeitung im Anzeigegerät Verzögerung erzeugt, behandelt Input-Lag.

Quellen

Die Einordnung der Bewegungsunschärfe als Folge des Haltemechanismus, der Tausch zwischen Flimmern und Unschärfe beim Übergang von der Bildröhre zum Flachbildschirm, die gemessenen kritischen Flimmerfrequenzen nach Tastverhältnis und Blickfeld sowie der Satz, dass eine kürzere Leuchtzeit innerhalb der Bilddauer die Bewegungsunschärfe verringert, stammen aus dem Bericht der ITU-R zum Stand des ultrahochauflösenden Fernsehens, der für diese Seite im Volltext gelesen wurde. Der Bericht beschreibt den Mechanismus über die Leuchtzeit und das Tastverhältnis; den im Handel üblichen Namen Schwarzbildeinschub verwendet er nicht.