Signalwertebereich (begrenzt und voll)

Ein digitales Videosignal codiert Helligkeit als ganze Zahlen. Welcher Zahlenwert dabei Schwarz bedeutet und welcher Weiß, ist nicht selbstverständlich: Im begrenzten Bereich liegt Schwarz bei 16 und Weiß bei 235, im vollen Bereich bei 0 und 255. Beide Festlegungen sind genormt, und beide kommen in der Praxis vor.

Die beiden Bereiche

Bei acht Bit je Farbkanal stehen 256 Zahlen zur Verfügung. Wie sie belegt werden, ist die ganze Frage.

Die Bezeichnungen wechseln je nach Gerätemenü. „Limited", „Video", „Normal", „16-235" und „Standard" meinen den begrenzten Bereich; „Full", „PC", „Erweitert", „0-255" und gelegentlich „Voll" den vollen. Diese Begriffsvielfalt ist ein guter Teil des Problems, denn zwei Geräte derselben Kette benennen dieselbe Einstellung oft verschieden.

Warum der begrenzte Bereich nichts verschenkt

Die naheliegende Rechnung — 219 Stufen statt 256, also rund 15 Prozent weniger — führt in die Irre, weil die Werte außerhalb nicht ungenutzt sind. Sie sind reserviert, und zwar für einen Zweck.

BT.709 ordnet die Codewerte ausdrücklich zu: Als Videodaten gelten bei acht Bit die Werte 1 bis 254, für die Synchronisation reserviert sind allein 0 und 255. Alles zwischen 1 und 15 sowie zwischen 236 und 254 ist also gültiges Videosignal — es liegt nur unterhalb von Referenzschwarz beziehungsweise oberhalb von Referenzweiß. BT.2100 benennt diese Bereiche als sub-blacks und super-whites und hält fest, dass ein Signal im begrenzten Bereich sie ausdrücklich nutzen darf.

Diese Reserve hat zwei Aufgaben. Sie fängt erstens die Überschwinger auf, die bei jeder Filterung und Skalierung entstehen — ein Bildprozessor, der eine Kante nachschärft, erzeugt kurzzeitig Werte jenseits der Enden, und ohne Reserve würden sie abgeschnitten. Und sie erlaubt zweitens, den Schwarzpegel eines Anzeigegeräts überhaupt einzustellen: Das PLUGE-Testbild arbeitet mit Feldern knapp unter und knapp über Referenzschwarz, und BT.2100 begründet damit ausdrücklich, warum Referenzmonitore Werte unterhalb von Schwarz nicht abschneiden dürfen.

Der volle Bereich hat diese Reserve nicht. Er nutzt die Skala von Rand zu Rand — was für einen Computerbildschirm sinnvoll ist, der ein fertig gerechnetes Bild darstellt und nichts mehr verarbeitet. Für eine Signalkette mit mehreren Verarbeitungsstufen ist es die ungünstigere Wahl.

Was die Normen tatsächlich vorgeben

Hier lohnt der genaue Blick, weil die verbreitete Erzählung an dieser Stelle kippt.

Für die Programmproduktion ist der begrenzte Bereich der Regelfall. BT.2100 stellt beide Darstellungen nebeneinander und hält fest, dass die schmale weit verbreitet ist und als Vorgabe gilt; die volle wurde erst mit dieser Empfehlung eingeführt und soll für den Programmaustausch nur verwendet werden, wenn alle Beteiligten zustimmen. Deutlicher lässt sich eine Vorgabe kaum formulieren.

Für die Übertragung über HDMI hängt der Vorgabewert an der Art des Bildformats. CTA-861 unterscheidet zwischen CE-Timings — den Fernseh- und Filmauflösungen — und IT-Timings, den klassischen PC-Auflösungen. Bei IT-Timings ist RGB im vollen Bereich der Vorgabewert, bei CE-Timings RGB im begrenzten. Ohne jede Ankündigung soll ein Empfänger genau diese Annahme treffen. Die geltende Fassung von 2025 verlangt von neuen Quellen allerdings, den Bereich immer ausdrücklich zu melden; die stille Vorgabe gilt nur noch für ältere Geräte.

Beides zusammengenommen: Ein Film in 3840×2160 läuft normgemäß im begrenzten Bereich, die Ausgabe eines Rechners in einer klassischen Bildschirmauflösung wie 1920×1200 normgemäß im vollen. Wer daraus einen generellen Vorzug ableitet, hat die Fallunterscheidung übersehen. Zu beachten ist dabei: Die geläufigen Fernsehauflösungen zählen zu den CE-Timings, auch wenn ein Rechner sie ausgibt — die Einteilung folgt dem Bildformat, nicht der Art des Geräts.

Ein dritter Punkt aus BT.2100 wird selten erwähnt und ist praktisch relevant: Digitale Bildschnittstellen reservieren selbst Codewerte, sodass ihr zulässiger Videobereich schmaler ist als der eines Vollbereichssignals. Die Abbildung eines Vollbereichsbildes auf eine solche Schnittstelle ist damit anwendungsabhängig — der volle Bereich passt nicht ohne Weiteres durch jede Leitung, für die er gedacht scheint.

Wie die Kette sich verständigt

Die Quelle teilt der Anzeige mit, was sie sendet. Der Träger dafür ist der AVI-InfoFrame, ein kleines Datenpaket, das neben dem Bild mitläuft.

Für RGB-Signale steht dort ein zwei Bit breites Feld mit vier möglichen Werten: Vorgabe je nach Bildformat, begrenzt, voll, und ein reservierter vierter Zustand. Für YCbCr-Signale gibt es ein eigenes Feld mit derselben Aufgabe. Die Norm regelt dabei auch den Fall, dass beide Felder gesetzt sind: Bei RGB-Übertragung soll die Quelle das YCC-Feld passend mitführen, und der Empfänger soll es ignorieren.

Damit sind drei Stellen beteiligt, an denen die Einstellung sitzen kann, und jede kann für sich falsch stehen:

• Das Quellgerät legt fest, in welchem Bereich es ausgibt — bei Zuspielern, Konsolen und Rechnern meist im Bildmenü unter „HDMI-Bereich", „RGB-Ausgabebereich" oder ähnlich.
• Das Anzeigegerät legt fest, wie es das Eingangssignal deutet. Die Einstellung heißt oft „HDMI-Schwarzpegel", „RGB-Bereich" oder „Eingangspegel" und steht meist auf Automatik.
• Zwischengeräte — Prozessoren, Verteiler, Extender — können den Bereich umrechnen oder die Ankündigung verändern. Ein Gerät, das das Bild verarbeitet, muss die Beschreibung passend neu setzen; ein Gerät, das nur durchreicht, soll sie unangetastet lassen.

Die Automatik funktioniert oft, aber nicht immer: Sie verlässt sich auf die Ankündigung, und wo ein Zwischengerät sie verwirft oder falsch setzt, rät das Anzeigegerät.

Häufiges Missverständnis

„Video-Level ist der beschnittene Kompromiss, PC-Level ist das Original." Das ist die verbreitetste Erzählung zu diesem Thema, und sie hat die Sache genau verkehrt herum. Der begrenzte Bereich ist für Bewegtbild der genormte Regelfall — BT.2100 nennt die volle Darstellung neu und will sie im Programmaustausch nur nach Absprache sehen. Was wie ein Kompromiss aussieht, ist eine bewusste Konstruktion mit Reserve an beiden Enden.

Vor allem aber liegt in dieser Erzählung ein Denkfehler über die Kette als Ganzes. Wenn eine Quelle im begrenzten Bereich ausgibt und die Anzeige ihn korrekt so interpretiert, geht nichts verloren: Die 219 Stufen werden auf den vollen Darstellungsumfang des Geräts gespreizt, und Schwarz ist so schwarz wie das Gerät kann. Der Vorteil des vollen Bereichs entsteht nur dort, wo das Material selbst in diesem Bereich vorliegt — und Filmmaterial tut das nicht.

„Ich stelle überall Full ein, dann ist es einheitlich." Das ist ein brauchbarer Notbehelf und keine Lösung. Er funktioniert, solange jedes Gerät der Kette die Einstellung anbietet und einhält. Sobald ein Zuspieler nur begrenzt ausgeben kann, ein Prozessor stillschweigend umrechnet oder die Automatik eines Geräts nicht abschaltbar ist, bricht die Einheitlichkeit an einer Stelle, die man nicht sieht. Der zuverlässigere Weg führt über den Regelfall des Materials — begrenzt für Bewegtbild — und über die Prüfung, ob jedes Glied der Kette ihn durchhält.

„Das lässt sich mit Helligkeit und Kontrast geraderücken." Nur scheinbar. Wird ein begrenztes Signal als voll gedeutet, ist Schwarz angehoben — und der Helligkeitsregler kann es wieder absenken. Das Bild sieht danach richtig aus und ist es nicht: Die Abstufungen sind gestaucht, und was zwischen den Enden liegt, sitzt an der falschen Stelle. Im umgekehrten Fall ist es endgültig, weil dort Werte bereits abgeschnitten wurden; kein Regler holt eine Zeichnung zurück, die nicht mehr im Signal ist. Was die beiden Regler tatsächlich tun, steht bei der Bildkalibrierung.

Am Testbild erkennen

Der Fehler lässt sich ohne Messtechnik feststellen, und zwar an beiden Enden der Skala getrennt.

Am unteren Ende dient ein PLUGE-Testbild: Es zeigt Felder knapp unterhalb und knapp oberhalb von Referenzschwarz vor schwarzem Grund. Richtig eingestellt verschwindet das Feld unter Schwarz vollständig, während das darüber gerade eben zu erkennen ist. Sind beide sichtbar, ist Schwarz angehoben — das Signal ist begrenzt, wird aber als voll gedeutet. Ist auch das obere Feld unsichtbar, wird abgeschnitten.

Am oberen Ende dient ein Testbild mit abgestuften Weißfeldern oberhalb von Referenzweiß. Verschmelzen die obersten Stufen zu einer Fläche, gehen Lichter verloren.

Beides gehört zu jeder Inbetriebnahme, und zwar je Eingang und je Quelle einzeln: Die Einstellung gilt oft eingangsbezogen, und ein Zuspieler kann sich anders verhalten als der nächste.

Nicht zu verwechseln mit

• Gamma: Der Verlauf zwischen Schwarz und Weiß. Der Signalwertebereich legt fest, wo die Enden liegen, das Gamma, wie sich die Stufen dazwischen verteilen.
• Helligkeits- und Kontrastregler: Bedienelemente am Gerät. Sie verschieben die Lage der Enden in der Wiedergabe und ändern nichts an der Codierung des Signals.
• Bittiefe: Wie viele Stufen es gibt, nicht wie sie zugeordnet sind — siehe Bittiefe. Beide Größen wirken zusammen: Im begrenzten Bereich stehen bei acht Bit 219 Stufen für den Nutzbereich zur Verfügung, bei zehn Bit das Vierfache.
• Dynamikumfang: Was das Anzeigegerät zwischen hellstem und dunkelstem Punkt tatsächlich darstellen kann. Das ist eine Geräteeigenschaft, keine Codierung.

In der Praxis

Ein Kino mit Projektor, AV-Prozessor und zwei Quellen: ein Blu-ray-Spieler und ein Medienrechner. Der Kunde meldet, Filme von der Disc sähen flau aus, dieselben Filme vom Rechner dagegen richtig. Er vermutet den Projektor.

Was hier zuerst zu klären ist, betrifft nicht das Gerät, sondern die Verständigung zwischen zwei Geräten. Der Blu-ray-Spieler gibt Filmmaterial normgemäß im begrenzten Bereich aus. Der Medienrechner läuft mit einer PC-Auflösung und damit normgemäß im vollen. Steht der Projektor fest auf „voll", passt er zum Rechner und nicht zur Disc — und genau das ist das beschriebene Bild: flau bei der einen Quelle, richtig bei der anderen.

Das Verfahren dahinter ist ein Durchgang je Signalweg statt einer Einstellung für alles. Am Projektor die Automatik prüfen und, wenn sie unzuverlässig arbeitet, je Eingang fest einstellen; die Quellen so konfigurieren, dass jede den zu ihrem Material passenden Bereich ausgibt; Zwischengeräte daraufhin ansehen, ob sie die Ankündigung durchreichen. Erst danach ist eine Aussage über den Schwarzwert des Projektors überhaupt belastbar — wer vorher misst, misst einen Übertragungsfehler und hält ihn für eine Geräteeigenschaft.

Zwei Quellen mit unterschiedlichem Bereich sind übrigens kein Fehler, sondern der Normalfall. Die Kette muss ihn nur je Quelle richtig auflösen.

Verknüpfte Inhalte

Wie die Quelle den Bereich ankündigt und warum eine Ankündigung keine Anweisung ist, steht beim InfoFrame; welche Fähigkeiten die Gegenrichtung meldet, beim EDID. Was ein angehobenes Schwarz sonst noch für Ursachen haben kann und warum der Raumanteil meist überwiegt, führt der Schwarzwert aus. Wie viele Stufen zwischen den Enden liegen, klärt die Bittiefe, wie sie verteilt sind das Gamma.

Quellen

Die Codewerte beider Bereiche und die Zuordnung der Randwerte stammen aus ITU-R BT.709-6, §§ 4.5 bis 4.7, und aus ITU-R BT.2100-3, Tabelle 9 samt den Anmerkungen 9a und 9b; beide Empfehlungen wurden für diese Seite am Objekt gelesen. Die Feststellung, dass die schmale Darstellung als Vorgabe gilt und die volle für den Programmaustausch der Zustimmung aller Beteiligten bedarf, steht wörtlich in BT.2100-3 vor Tabelle 9. Die Begründung über PLUGE-Testsignale stammt aus Anmerkung 5h derselben Empfehlung. Die Vorgabewerte je Timing-Art, die Pegelfestlegungen und die Felder des AVI-InfoFrame stammen aus CTA-861-G und sind an der geltenden Fassung ANSI/CTA-861-J von 2025 am Original bestätigt.