Was Sie über 24p, 3:2-Pulldown und Ruckeln wissen müssen

Update: 31.10.2014; Autor: Detlev Schnick


Die 24p-Fähigkeit eines Blu-ray Players oder Plasma- / LCD-Panels bleibt trotz aktueller Themen wie Frame-Interpolation, Zwischenbildberechnung und sonstigen Techniken der Bewegungsoptimierung eines der wichtigsten Kaufargumente. Gerade Kinofans und Filmenthusiasten können mit dem künstlichen Look einer Zwischenbildberechnung nichts anfangen und erwarten eine hochwertige 24p-Wiedergabe.


Obwohl sich die 24p-Darstellung entsprechender Geräte kontinuierlich verbessert hat, bereitet sie Geräten, besonders in günstigen Preisbereichen, immer noch Probleme. Das 24p-Signal kann eben nicht einfach durchgeschleift werden sondern erfordert aufgrund des aufwendigen Prozesses eine hochwertige Wiedergabekette. Wo liegen die Knackpunkte bei 24p und worauf muss unbedingt geachtet werden? Hier eine kurze Erklärung der Zusammenhänge.

Vorab eine Warnung: Die folgenden Ausführungen sind mitunter sehr technisch und insgesamt etwas kompliziert. Wir haben versucht, die Zusammenhänge vereinfacht und verkürzt darzustellen, mussten dann aber recht schnell erkennen, dass eine verständliche Erklärung ohne ein Mindestmaß an technischer Grundinformationen nicht möglich ist. Für denjenigen, der vor einer Kaufentscheidung steht, ist es u.E. auf jeden Fall lohnend, sich in die Thematik einzulesen. Ist das Grundwissen erst einmal da, dann erschließen sich später viele neue Informationen wie von selbst. In diesem Sinne viel Spaß beim Lesen ...

24p hat seinen Ursprung bei der analogen Filmproduktion ...

... und der Darstellung im Kino mit einem analogen Filmprojektor. Schauen wir uns also erst einmal an, wie es dort läuft. Analoge Kinofilme werden mit einer Bildfrequenz von 24 fps (frames per second) produziert. Auch bei der Vorführung im Kino laufen 24 Vollbilder pro Sekunde von der Filmrolle durch den Projektor.

Im Kinoprojektor sorgt dann ein Shutter (andere Bezeichnungen: Flügelblende, Umlaufblende) dafür, dass jedes der 24 Bilder zweimal auf der Leinwand erscheint, mit kurzen Dunkelphasen zwischen jedem Blendenumlauf. Bei hochwertigen Projektoren wird jedes Bild sogar dreimal abgedeckt. Der Sperrgreifer im Filmprojektor positioniert also das Bild, die Umlaufblende öffnet dann 2 bzw. 3 mal pro Sekunde und erst dann transportiert der Sperrgreifer den Film weiter. Mit dieser Technik sollen zum einen die Stege des Filmstreifens unsichtbar werden, zum anderen soll Flimmern vermieden werden. Der typische Kinostandard ist die zweifache Abdeckung, was zu einer Bildfrequenz von 48 Hz führt, bei dreifacher Öffnung der Umlaufblende erreicht man 72 Hz (48 bzw. 72 Bildeindrücke pro Sekunde). Damit kommt man in einen Frequenzbereich, in dem das menschliche Auge keine Einzelbilder und somit auch kein Flimmern mehr wahrnimmt.
 

Wenn man von 24 fps spricht, so kann man dies also keineswegs mit 24 Hz gleichsetzen. Wir haben es vielmehr stets - auch beim Kinofilm - mit einem Vielfachen von 24 Hz zu tun. Egal wie die 24 Bilder weiterverarbeitet werden, es bleibt dabei, dass das Ausgangsmaterial des (analogen) Kinofilms stets nur 24 unterschiedliche Bilder (Frames) je Sekunde hat. Damit unterscheidet sich der Kinofilm wesentlich von Fernsehproduktionen, wie wir weiter unten sehen werden.

Was geschieht, wenn ein Kinofilm für's Fernsehen oder für DVD-Wiedergabe umgewandelt wird?

Fernsehen, Video oder auch das später hinzugekommene DVD-Format (im Folgenden einfach unter dem Begriff "Video" zusammengefasst) arbeiten im Zeilensprungverfahren und mit anderen Bildwiederholraten: Beim europäischen PAL-Standard sind es 50 Hz und beim in Japan und den USA gebräuchlichen NTSC sind es 60 Hz. Man sieht sofort: Diese Bildwiederholraten sind nicht durch 24 teilbar. Dennoch muss ein Kinofilm, wenn er in ein Videoformat umgewandelt wird, so verändert werden, dass er mit diesen Bildwiederholraten kompatibel ist. Dieses Verfahren nennt man Telecine.

Bei PAL (50 Hz) wird der Film um rund 4% schneller abgespult und so auf 25 Bilder pro Sekunde beschleunigt. Anschließend werden die 25 Vollbilder mit dem 2:2 Pulldown-Verfahren in 50 Halbbilder zerlegt. Dieses sogenannte "PAL Speedup" wird bei Bewegungen praktisch nicht wahrgenommen. Die Änderung der Tonhöhe wird über "Pitchbending" an die neue Geschwindigkeit angepasst. (So manchem Cineasten ist schon aufgefallen, dass die Filmdauer einer DVD-Version um etwa 5 Minuten kürzer ist, als das Kino-Original. Wer dann nach fehlenden Inhalten suchte, stelle erstaunt fest, dass der Film Szene für Szene vollständig war.)

Dieses insgesamt unproblematische Verfahren, auch "PAL-Speedup" genannt, ist bei den 60 Hz von NTSC nicht praktikabel. Hier kommt stattdessen das sogenannte 3:2-Pulldown zum Einsatz. Dabei werden aus den Bildern intermittierend zwei Halbbilder und danach drei Halbbilder erzeugt: Aus dem ersten Bild zwei Halbbilder, aus dem zweiten drei, aus dem nächsten wieder zwei u.s.w. So werden aus 24 Bildern 60 Halbbilder je Sekunde und man erhält die notwendige Bildwiederholrate von 60 Hz. Dieses 3:2-Pulldown liefert jedoch ein insgesamt schlechteres Ergebnis als das "PAL-Speedup", denn es erzeugt bei langsamen Kameraschwenks und gleichmäßigen Bewegungen ein deutlich sichtbares Ruckeln, im Fachjargon "Judder" genannt.
 

Mit professionellem HD-Video-Equipment aufgenommene TV-Filme, Sportereignisse oder Konzerte werden im Regelfall gleich so aufgezeichnet, wie sie gesendet werden: in Europa mit 50 Hz und in den USA mit 60 Hz. Bei diesem Material haben wir es dann nicht mit 24 Vollbildern zu tun sondern mit den entsprechenden Broadcast-Bildwiederholraten des jeweiligen Landes. Das erklärt, weshalb solch geartetes Material mit höherer Bewegungsschärfe und ohne Ruckeln überzeugt, anders als bei einem umgewandelten Kinofilm.
 

Übrigens: HD-Material aus Übersee, das von europäischen Sendern gekauft wird, liegt zu über 90% in einer 60 Hz-Fassung vor. Diese müssen in einem aufwändigem Reverse-Pulldown von 60 Hz 3:2 Pulldown in 50 Hz-Pal rückumgewandelt werden. Dieser erhebliche Aufwand ist sowohl fehleranfällig als auch kostenintensiv, aufgrunddessen lediglich ausgewählte Sendungen in echter HD-Qualität den Weg nach Deutschland finden..

Man sollte noch anmerken, dass derart aufgenommene HD-Produktionen beim Transfer auf Blu-ray Disc Probleme bereiten können. Zwar sind seit längerer Zeit auch 50 und 60 Hz Formate in den Blu-ray Spezifikationen vorgesehen, in FullHD allerdings nur im Interlaced-Format, also 50 bzw. 60 Halbbilder. Seltene Fälle von echten 50 bzw. 60 Vollbildern pro Sekunde können lediglich in 720p auf eine Blu-ray transportiert werden. Bei beliebten TV-Serien aus den USA ist dies weniger ein Problem, da besonders Drama-Serien im Regelfall auf Film aufgenommen werden, somit in 24p produziert sind und direkt den Blu-ray Spezifikationen entsprechen.

Und wo liegt nun das Problem mit dem Ruckeln?

Bisher wurde die Umwandlung vom Kinofilmformat ins Videoformat beim sogenannten Mastering einer DVD in den Studios vorgenommen und dann im PAL- oder NTSC-Format auf der DVD abgespeichert. Auf einer Blu-ray wird der Film jedoch direkt im ursprünglichen 24 fps-Format auf der Disc abgespeichert.

Dies führte besonders in den Anfängen der HD-Ära zu Problemen, da der Großteil aller Flachbildfernseher weltweit intern mit 60 Hz taktete und somit das 3:2 Pulldown-Verfahren als ausschließliches mögliches Prodezere verwendet werden musste. Der Telecine-Prozess des 3:2-Pulldowns führt aufgrund der unregelmäßigen Bildmultiplizierung zu dem sogenannten „Judder“, der einen geschmeidigen, gleichmäßigen Bewegungsfluss stört. Dass dieses Charakteristikum lediglich bei langsamen und konstanten Kamerafahrten besonders auffällt, war ein schwacher Trost.

Diese Problematik ist erfreulicherweise nicht mehr zeitgemäß. Die Lösung brachte die Unterstützung der nativen 24p-Ausgabe seitens des Blu-ray Players und die Möglichkeit, mit einem LCD- / Plasma-Display das 24p-Signal in einer flimmerfreundlichen Bildwiederholrate (ganzzahlig vielfaches von 24 – 48/96/120/240) darzustellen.

Eine native Darstellung von 24p – in 24 Hz – ist nicht sinnvoll, der Zuschauer würde deutliches Flimmern sehen. Also muss die Wiedergabefrequenz 48 Hz oder besser noch ein höheres ganzzahlig vielfaches von 24 Hz betragen. Durch die reine Wiederholung des Bildes wird das Flimmern weitgehend vermindert und der ursprüngliche Film-Look erhalten.

Höhere Bewegungsschärfe durch Frame-Interpolation ...

Die reine Wiederholung des gleichen Bildes vermindert zwar das Flimmern, schafft aber noch keine perfekte Bewegungsschärfe. Den mit dem englischen Begriff bezeichneten „Motion Judder“, bedingt durch die Filmproduktion in 24fps, gibt es immer noch. Hinzu kommt, dass das menschliche Auge es als irritierend empfindet, wenn sich Objekte trotz Bildwiederholung nicht in ihrer Position verändern. Daher setzen mittlerweile alle namhaften Hersteller auf Frame-Interpolation – Zwischenbildberechnung.

Bei der Zwischenbildberechnung gibt es verschiedene Verfahren und Techniken. Ganz allgemein gesprochen werden dabei in Echtzeit vorhergehende und zukünftige Bilder (vom aktuellen Wiedergabemotiv aus gesehen) analysiert, ein fiktives Bild berechnet und erstellt und dann als nächstes Bild in die Bildfolge eingefügt. Mit dem Zwischenbild ist eine neue Bildinformation entstanden, aus zwei unterschiedlichen Bildern wurden drei. Die Bilder werden im Regelfall aufgrund der Bewegungsrichtung von Objekten errechnet, da nur diese Bildinhalte sich verändern. Aus dem Vorteil der höheren Bewegungsschärfe entsteht natürlich auch ein Nachteil. Es kann ein Soap-Effekt – benannt nach den billig produzierten Soap-Operas, in denen sich die Darsteller vor gestellten und unscharfen Kulissen bewegen – entstehen, da die bewegten Inhalte vordergründer wahrgenommen werden als der statische Hintergrund.

Zudem kann es passieren, dass Pixel, die eigentlich zu einem vordergründigen Objekt gehören, fälschlicherweise dem Hintergrund zugeordnet werden – und umgekehrt. Man kann sich gut vorstellen, welch hochkomplizierte Algorithmen erforderlich sind, um all diese Feinheiten der Bilddarstellung sauber umzusetzen. Während zu Beginn die Fehlerquote bei der Zwischenbildberechnung noch recht hoch war und die Nachteile eher überwiegten, erfreuen sich heute viele Anwender an einem ruckelfreien Bild mit Frame-Interpolation. Je nach Preisklasse und Hersteller wird hier hohe Stabilität und geringe Fehleranfälligkeit geboten. Eines schafft die Frame-Interpolation aber nicht – den authentischen Kino-Look zu erhalten, den cinephile Heimkino-Enthusiasten häufig wünschen.

Ein wesentlicher, bisher kaum beachteter Unterschied zwischen LCD und Plasma ...

Bei einem LCD-Panel bleibt jedes Bild während der gesamten Framedauer auf dem Display stehen, d.h. es gibt keine Dunkelphase. Man spricht hier von Hold-Type-Displays. Wird also dreimal hintereinander das gleiche Bild gezeigt, so sieht das menschliche Auge dennoch während der Gesamtzeit ein Bild. Es ist also für den Betrachter gleichgültig, ob aus den 24 Bildern bespielsweise über ein 3:3-Pulldown 72 Bilder entstehen. Hier besteht ein grundlegender Unterschied zur Plasmazelle. Bei der Flüssigkristallzelle des LCD-Panels bleibt der Inhalt der Pixelzelle solange stehen, bis mit einer Bildbewegung ein neuer, anderer elektrischer Impuls kommt. Beim Plasma-Display, sogenannten Impulse-Type-Displays, kommt Phosphor zum Einsatz und dieser hat, abgesehen von einer natürlichen kurzen Nachleuchtdauer, eine Dunkelphase sobald keine Spannung mehr anliegt. Die Plasmazelle ist also in der Lage, nur kurzzeitig aufzuleuchten. Damit ist das Plasma-Display noch am ehesten mit der guten alten Kathodenstrahlröhre vergleichbar, in der ja der Elektronenstrahl ebenfalls Phosphor kurzzeitig zum Leuchten gebracht hat.

Aus diesen technischen Besonderheiten folgt, dass die Hersteller von LCD-Panels bei der Interpolation weniger Spielraum haben als die Hersteller von Plasma-Panels. Tatsächlich ist der o.g. Soap-Effekt vorwiegend bei LCD-Fernsehern zu beobachten. LCD-typische Nachzieheffekte bei schnellen diagonalen Bewegungen sind ebenfalls auf die o.g. Besonderheiten der Hold-Dispay-Technik zurückzuführen. Hier muss man allerdings hinzufügen, dass mittlerweile die Frame-Interpolationstechniken so versiert und akkurat arbeiten, dass auch beim LCD-Fernseher eine wirkungsvolle Zwischenbildberechnung möglich ist und auch Anwendung findet.

Und das sind die Fallstricke, die sich aus "24p" ergeben können ...

Konnte in den Anfängen der HD-Zeit beinahe kein Gerät 24p nativ und fehlerfrei wiedergeben, die große Ausnahme waren die Panels von Pioneer, findet man heute nahezu in allen Preisregionen fähige Geräte. Noch immer findet man aber, besonders im Einsteigerbereich, Geräte die lediglich 24p-Kompatibilität bieten. Die Frage bleibt also: Was heißt „24p-kompatibel“? 240 Hz, 120 Hz, 72 Hz oder 48 Hz oder gar nur 24 Hz? Erfolgt auch wirklich ein synchroner Pulldown oder möglicherweise nur eine Entgegennahme des 24p-Signals und dann ein asynchroner Pulldown (3:2)? Wie erfolgt die Interpolation?

Gesetzt den Fall, man hat einen 24p-fähigen Blu-ray-Player und einen Plasma- oder LCD-Fernseher, der ebenfalls 24p-fähig ist, dann heißt das nicht automatisch, dass die beiden sich auch verstehen. Der Flachbildfernseher sendet nämlich als Teil des HDMI-Protokolls sogenannte EDID- (Extended Dispay Indentification Data) Informationen an den Player. Nur wenn die EDID-Informationen korrekt sind und der Player so programmiert ist, dass er die EDID-Informationen richtig interpretiert, nur dann gibt er 1080p/24 über seinen HDMI-Ausgang aus.

Aktuelle Modelle bereiten hier in der Regel keine Probleme mehr, dennoch wollen wir hier beispielhaft drei Probleme anführen, die sich in der Praxis gezeigt haben:

1. Der Player gibt 1080p/24 aus. Das Panel ist 24p-fähig. Die EDID-Informationen sind richtig. Beim Panel kommt 1080p/24 an. Das Panel rechnet jedoch intern wieder auf 60 Hz um und stellt somit effektiv ein 1080p/60-Bild dar. Der Anwender kann dies nur am sichtbaren Ruckeln erkennen.
2. Der Player gibt 1080p/24 aus. Das Panel ist 24p-fähig. Die EDID-Informationen sind falsch, d.h. das Panel meldet dem Player, es könne kein 24p oder der EDID-Datensatz sei fehlerhaft. Folglich gibt der Player kein 24p aus. Und dies, obwohl beide Geräte in der Lage wären, 24p darzustellen. Dass die EDID-Informationen falsch waren, erkannten wir in einem Test nur durch Zufall: Nachdem ein eigentlich 24p-fähiges Panel kein 24p ausgab, schlossen wir ein Panel mit korrektem EDID an den Player an. Der Blu-ray-Player erhielt damit die 24p-EDID-Information und gab 24p aus, die auch auf dem Panel korrekt dargestellt wurden. Dann wurde das Panel im laufenden Betrieb abgesteckt und stattdessen das erste Panel mit dem fehlerhaften EDID angeschlossen - und siehe da, 1080p/24 wurde weiterhin anstandslos ausgegeben und dargestellt.
3. Sie haben einen Blu-ray-Player, der 24p ausgibt, und ein Display, das 24p entgegennimmt und perfekt ausgibt. Das Bild ist ruckelfrei. Doch das Panel ist kein Full-HD-Panel (1.920x1.080). Folglich kann 1080p zwar entgegengenommen werden, muss aber intern in 1080i umgerechnet werden. Dies ergibt allerdings erstaunlicherweise nur geringe Qualitätseinbußen. Doch die ganz große Begeisterung kann da nicht aufkommen. Dann stellt sich noch heraus, dass der Player mit der veralteten HDMI-Version HDMI 1.4 (Lesen Sie dazu unser Special HDMI 1.4 FAQ!) oder gar 1.3a bzw. 1.2 arbeitet und nicht mit dem aktuellen HDMI 2.0. (Auch zu HDMI 2.0 gibt es ein Special!) Folglich kann der Player die neuen HD-Tonformate Dolby TrueHD und DTS-HD Master Audio nicht ausgeben, geschweige denn das zur IFA 2014 eingeführte Dolby Atmos.

Was soll ich jetzt tun?

Was folgt nun aus all dem, wenn Sie vorhaben, sich HD-Equipment zuzulegen?

Text: Detlev Schnick - letztes Update: 31. Oktober 2014

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