Wissen: Was ist High Dynamic Range Video (HDR Video)?

Schönere Bilder dank höherem dynamischen Kontrastumfang 8 Min. lesen
Wissen  / Nils Waldmann

Jeder, der selbst schon einmal ein Video mit seinem Smartphone oder einer Kamera gedreht hat, kennt das Problem: Das Videobild ist später irgendwie nicht so lebendig, wie die erlebte Situation – Details gehen verloren. Mit High Dynamic Range Video soll sich das ändern. Wir erklären euch, was HDR Video ist.

Überblick

High Dynamic Range (kurz HDR) steht für einen hohen dynamischen Kontrastumfang und ist per se keine neue Technologie. In der Fotografie ist die Technik schon sehr lange bekannt und so wundert es nicht, dass viele aktuelle Smartphones ebenfalls HDR-Einzelbildfotografie unterstützen. Doch was genau ist HDR?

Bei HDR werden mindestens drei verschiedene belichtete Bilder zu einem einzigen Bild zusammengefügt. Dazu nimmt die Kamera ein normalbelichtetes Bild auf, welches sich zunächst nicht von einem herkömmlichen Foto unterscheidet. Dazu wird ein überbelichtetes Bild sowie ein unterbelichtetes Bild von dem gleichen Motiv aufgenommen. Mit entsprechender Software oder direkt im Image Processor der Kamera werden diese Einzelbilder zu einem einzigen HDR-Bild zusammengefügt. Das Ergebnis ist eine sehr detailreiche Aufnahme, die auch Feinheiten in sehr hellen und sehr dunklen Stellen des Fotos mit hohem Kontrast darstellt. Diese zusätzlichen Informationen werden aus dem über- und unterbelichteten Foto entnommen und in das „normal“ belichtete Foto eingearbeitet. Besonders in schwierigen Lichtverhältnissen, wie beispielsweise bei Gegenlicht, im Nebel oder bei häufig wechselnder Beschattung mit vielen hellen und dunklen Bereichen kann HDR seine Vorteile ausspielen. Die folgenden Fotos sollen als Beispiel dienen.

SDR Foto HDR Foto

Links ein SDR Foto, Rechts das HDR-Bild. Details an Gebäuden unterscheiden sich deutlich. Aufgenommen mit dem ZTE Blade V7.

HDR Video

Was in der Fotografie nicht zwingend einer besonderen Kamera oder einem speziellen Anzeigegerät bedarf, ist im Videobereich weitaus schwieriger umzusetzen. Hier müssen alle Geräte der Produktionskette – von der Aufnahme bis zur Betrachtung durch den Konsumenten – fähig sein, das HDR-Videomaterial zu verarbeiten bzw. darzustellen. Das erhöht somit nicht nur den Aufwand und damit die Kosten während der Produktions eines HDR-Videos, auch der Betrachter des Materials muss sich mit einem HDR-fähigen Anzeigegerät (Bildschirm oder TV) ausstatten.

Um also HDR Video zu ermöglichen, muss das Videobild bereits in HDR aufgenommen werden. Solche Kameras sind schon seit längerem verfügbar. Wie auch in der Einzelbildfotografie werden hier zu jedem „normalen“ Bild zusätzliche Bilder aufgenommen, um den HDR-Effekt in der Postproduktion zu ermöglichen. Videos ohne HDR werden im Übrigen als SDR-Videos (Standard Dynamic Range) bezeichnet.

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Vergleich von SDR und HDR im Verlauf der Produktionskette. Quelle: Samsung.

HDR Video geht also einen anderen Weg, als beispielsweise UHD / 4K, um die Bildqualität zu erhöhen. So wird nicht die Anzahl der Pixel genutzt, um das Bild schärfer aussehen zu lassen, sondern es wird dafür gesorgt, dass mehr Bilddetails letztendlich beim Konsumenten ankommen. Natürlich sieht HDR Video umso besser aus, umso höher die Videoauflösung ist. Die Technologien wirken in modernen TV-Geräten deshalb in logischer Konsequenz zusammen. Mittlerweile unterstützten die meisten modernen 4K-TVs dementsprechend einen oder mehrere HDR-Videostandards – dazu kommen wir jetzt.

Der richtige Standard muss es sein

Beinahe unausweichlich sind die sogenannten Standards, wenn es um die Erstellung, Verarbeitung und Wiedergabe von TV- und Filminhalten geht. Wie auch in der Hochzeit des 3D-TVs oder dem Beginn der HD-Ära, Standards sind die gemeinsame Grundlage auf der alle Geräte der Produktionskette miteinander kommunizieren und interagieren. (Wir erinnern uns alle nach dunkel an den Kampf zwischen Blu-ray Disc und HD DVD – auch hier ging es letztendlich darum, welcher Standard für optische Datenträger sich im Filmbereich durchsetzten würde.)

Im Bereich HDR Video gibt es zurzeit drei verschiedene Formate, die die Darstellung von High Dynamic Range Inhalten ermöglichen. Diese sollen im Folgenden kurz vorgestellt werden. Dabei ist zu beachten, dass die gesamte Thematik noch relativ jung ist und sich somit sicherlich noch Veränderungen ergeben werden. Aktuell zeichnet sich jedoch ab, dass die Hersteller von TVs und Bildschirmen gewillt sind, ihre Produkte zu mehreren HDR-Standards kompatibel zu machen. Eine  „Lagerbildung“ wie zu HD-DVD-Zeiten braucht der Kunde daher wohl nicht erwarten. Das ist natürlich positiv für alle Kaufinteressenten, da die Chance am Ende mit einer „nutzlosen“ oder nicht mehr unterstützen HDR-Technologie dazustehen eher gering sein dürfte.

HDR10 Media Profile (HDR10) – HDR10 wurde Ende 2015 von der Consumer Electronic Association vorgestellt. Der Standard nutzt den bekannten Rec. 2020 Farbraum in Verbindung mit einer Farbtiefe von 10 Bit. Der Standard ist ein offener Standard, welcher unteranderem von LG, Samsung, Sony und Sharp genutzt wird. Unter dem Namen „UHD Alliance“ haben sich zudem mehr als 30 Firmen zusammengeschlossen, die Geräte vertreiben, welche den HDR10-Standard unterstützen. Verkäufer können sich an dem entsprechenden Logo orientieren.

HDR10+ / HDR10 Plus

HDR10+ (manchmal aus als HDR10 Plus bezeichnet), ist die Weiterentwicklung des HDR10 Media Profiles. Es wurde im April 2017 vorgestellt und schließt eine technische Lücke zum Dolby Vision Standard. Bei HDR10 Profile war es – grob gesprochen – nur möglich, den Dynamikumfang der Aufnahme für die gesamte Video anzupassen. HDR10+ ermöglicht es nun, die entsprechenden Helligkeitswerte des Bildes auf einer „Scene-by-Scene-“ oder „Bild-für-Bild-Basis“ anzupassen. Damit sind in der Post-Produktion noch einmal deutlich genauere Möglichkeiten bei der Anpassung des Materials gegeben, was für den Konsumenten des Videos in mehr Details resultiert. Im Gegensatz zu Dolby Vision ist HDR10+ ein lizenzgebührenfreier HDR-Standard. Lediglich für das Bewerben / Druck des HDR10+-Logos zahlen die Gerätehersteller eine Gebühr. Damit ist HDR10+ für TV-Hersteller im Schnitt günstiger zu implementieren, da keine Lizenzgebühren pro produziertem Gerät anfallen. Im Vergleich zu Dolby Vision kann HDR10+ jedoch „nur“ mit 10-Bit-Farbtiefe umgehen.

Dolby Vision – Dolby Vision ist ein alternativer Standard für HDR Video. Dieses Format wird beispielsweise von der Ultra HD Blu-ray unterstützt. Aber auch Streaming-Anbieter wie Vudu, Netflix und Amazon Video haben bereits erster Dolby Vision Inhalte im Programm. Dolby Vision setzt auf ebenfalls auf den Rec. 2020 Farbraum in Kombination mit einer Farbtiefe von 12 Bit. Unterstützt wird Dolby Vision unter anderem von LG. Im Gegensatz zu HDR10 / HDR10+ verlangt Dolby für die Implementierung von Dolby Vision eine Lizenzgebühr von den Herstellern der Bildwiedergabegerät (Monitor und TVs), die pro Gerät fällig wird. Somit ist Dolby Vision aktuell zwar das technisch am weitesten entwickelte HDR-Videoformat, dafür ist es aber auch am kostenintensivsten in der Produktion. Dolby Vision kompatibel TVs und Bildschirme sind daher in der Regel etwas teurer. Im Übrigen ist die maximale Farbtiefe von 12 Bit auf dem Papier aktuell zwar der beste Wert, bis auf einige wenige Referenz-Monitore gibt es aber nur sehr wenige, sehr teure professionelle Geräte, die diese Farbtiefe überhaupt darstellen können.

Hybrid Log-Gamma – Vierter im Bunde ist der Hybrid Log-Gamma Standard (HLG). Das Verfahren wurde von den Medienhäusern BBC und NHK entwickelt und kann ebenfalls ohne Lizenzgebühren genutzt werden. Im Gegensatz zu den anderen beiden Verfahren kann HLG aufgrund seiner Nähe zum SDR-Standard ohne Probleme auf herkömmlichen SDR-fähigen Wiedergabegeräten dargestellt werden.

SL-HDR1

Der Standard SL-HDR1 existiert bereits seit August 2016 und setzt auf einen anderen Ansatz. Im Grund genommen erlaubt es SL-HDR1 einen SDR-Videostream mit HDR-Metadaten anzureichern, sodass das Material auch in HDR wiedergegeben werden kann. Dadurch kann SL-HDR1 Material sowohl auf SDR, als auch auf HDR-fähigen Geräten wiedergegeben werden, ohne dass dafür verschiedene Videostream nötig sind. Dabei wird auf Basis der Metainformationen ein HDR-Bild aus dem eigentlichen SDR-Videostream rekonstruiert. Solche Metainformationen lassen sich beispielsweise in HEVC- oder AVC-Containern mit übertragen. Dadurch ist der Einsatz von SL-HDR1 vor allem überall dort interessant, wo bereits eine existierende Infrastruktur zur Übertragung von SDR-Inhalten besteht. In der Praxis spielt dieser Standard zum aktuellen Zeitpunkt eine noch eher untergeordnete Rolle.

Welcher der Standards sich letztendlich durchsetzt bleibt abzuwarten. Eine Koexistenz von HDR10(+) und Dolby Vision ist ebenfalls nicht unwahrscheinlich.

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Schlusswort

Mit HDR Video hält ein neuer Standard Einzug in die Wohnzimmer rund um den Globus. Im Gegensatz zur 3D-Technologie, welche versucht hat, den Betrachter durch mehr Tiefenschärfe zu überzeugen, ist HDR eine Erweiterung die eher im Hintergrund passiert. Nichts desto trotz: Richtig angewendet unterscheiden sich HDR- und SDR-Inhalte wie Tag und Nacht voneinander. In Bezug auf die Bildqualität ist HDR Video damit ein echter Zugewinn im TV- und Videobereich. Er erlaubt letztendlich das Material, welches bereits in HDR aufgezeichnet wird, nun auch endlich dem Konsumenten in vollem Detailumfang zur Verfügung zu stellen. Das wird in Zukunft Re-Releases von bereits älteren Filmen in HDR sehen werden, ist daher nicht ganz unwahrscheinlich.

Viele Geräte mit HDR-Unterstützung  von Herstellern wie LG und Samsung sind bereits auf dem Markt erhältlich. Auch erste HDR-Inhalte lassen sich auf dem Markt finden. Noch steckt das Ganze aber in den Kinderschuhen. Ob der Normalverbraucher bereit ist für HDR mehr Geld auf den Tisch zu legen, wird die Zeit zeigen. Irgendwann wird HDR Video aber zum Standard gehören. Das zeigt auch die stetig wachsende Anzahl auf YouTube, die in HDR bereitgestellt werden. HDR könnte außerdem dafür sorgen, dass das Internet und Streaming-Dienste dem klassischen TV-Sendern weiter den Rang ablaufen, wenn es um die Bildqualität und Features geht.

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2 Kommentare

  • Karsten

    Warum benötigt man spezielle Wiedergabegeräte für HDR Videos? HDR Bilder können doch auf „normalen“ Displays angezeigt werden, wie ihr im Beispiel zeigt. Was ist genau der Unterschied?
    Außerdem: Wie funktioniert die Aufnahme von HDR Videos genau? Im Grunde könnte ich auch auch (ähnlich wie bei 3D Aufnahmen) einfach mehrere objektive nebeneinander setzen, die jeweils mit einer anderen Belichtung filmen. Später kann ich mir dann wie bei der HDR Fotografie die Einzelbilder zusammenrendern. Erfolgt die von euch angesprochene HDR Video Aufzeichnung durch ein Objektiv?

    • Nils Waldmann

      Hallo Karsten,
      das Wiedergabegerät wird dadurch nötig, dass entsprechende Inhalte nach einem der genannten Standards kodiert sind. Damit du sie wiedergeben kannst, muss dein TV / Monitor eben mit den entsprechenden Formaten umgehen können. Rein technisch sind HDR-fähige TVs letztendlich nur in der Lage einen deutlich besseren Kontrast darzustellen.

      Zur Aufnahme: Um HDR aufnehmen zu können, benötigt man nur ein Objektiv. Du brauchst aber eine Kamera die HDR-Video unterstützt. Die gesamte Thematik hier nun zu erklären, sprengt leider ein wenig den Rahmen. Unter der Annahme, dass Englisch kein Problem für dich ist, möchte ich dich an die Seite des Kameraherstellers RED verweisen. Die haben dort eine sehr schöne Erklärung geschrieben: http://www.red.com/learn/red-101/hdrx-high-dynamic-range-video

      Grüße,
      Nils

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