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REPORTAGE

Der korrekte Signalpegel: Warum behandelt nVidia per HDMI angeschlossene Monitore als Fernseher?

Von Denis Freund
20.11.2011

Es könnte so einfach sein: Der PC gibt ein RGB-Signal mit 8bit pro Kanal aus und der digital angeschlossene Bildschirm stellt es korrekt dar. Pixel mit den RGB-Werten 0/0/0 liefern ein sattes Schwarz, während die Maximalaussteuerung 255/255/255 ein sauberes Weiß auf die Panelfläche zaubert. Insgesamt können so über 16 Millionen Farbabstufungen dargestellt werden (256³).

Ausgabe mit vollem Wertebereich (0-255)

Der Teufel steckt allerdings im Detail. ITU-R BT.601 und ITU-R BT.709, die digitale SD- bzw. HD-Komponentensignale (YCbCr) spezifizieren, definieren einen eingeschränkten Tonwertumfang. Bei der im Heimbereich üblichen Quantisierung von 8bit reicht die Helligkeitskomponente (Y) damit von 16-235. Die beiden Farbkomponenten (Cb, Cr) nutzen Werte von 16-240. Das nach geeigneter Transformation resultierende RGB-Signal beschränkt sich dementsprechend ebenfalls auf den Bereich von 16-235.

Ausgabe mit eingeschränktem Video-Wertebereich (16-235)

Für die korrekte Wiedergabe ergibt sich damit die Notwendigkeit einer Abstimmung. Zwei Fehlerfälle sind denkbar:

1. Der Bildschirm erwartet ein RGB-Signal, das den vollen Wertebereich von 0-255 nutzt (PC-Level). Das zugespielte Signal verwendet aber nur den eingeschränkten Bereich von 16-235 (Videolevel).

2. Der Bildschirm erwartet ein Videolevel-RGB-Signal (16-235). Die Zuspielung erfolgt in RGB mit PC-Leveln (0-255).

Fehlerhafte Signalpegelabstimmung

Im ersten Fall wirkt die Darstellung sehr flau, weil der Dynamikumfang des Bildschirms nicht vollständig genutzt wird. Die zweite Variante führt zu erheblichen Verlusten in dunklen und hellen Bildbereichen. Hier werden Tonwerte einfach abgeschnitten. In beiden Fällen leiden aber nicht nur die Extremwerte. Die gesamte Mitteltondarstellung (Gradation) entspricht nicht mehr der ursprünglichen Charakteristik.

Glücklicherweise kann in den meisten Fällen eine korrekte Übereinstimmung erzielt werden. Sollen Videosignale wiedergegeben werden, besteht die einfachste Lösung in einer YCbCr-Zuspielung. Das impliziert Videolevel. Eine weitere Anpassung ist in der Regel nicht erforderlich.

Anpassung von Farbmodell bzw. Signalpegel für verschiedene Geräte (links: Samsung LE52F96 (TV), mitte: Oppo DV-980H (DVD-Player, rechts: Lumagen Radiance XD (Videoprozessor))

Aber auch eine Ausgabe in RGB ist meist unkritisch: Viele Standalone-Player und TV-Geräte erlauben heute eine Angleichung des Signalpegels. Die nach RGB transformierten Werte können unverändert ausgegeben oder auf den vollen Bereich gespreizt werden.

Tonwertspreizung (Videolevel => PC-Level)

Mit dem PC sollte man in RGB mit PC-Leveln zuspielen. Die meisten Inhalte sind entsprechend kodiert. Ein per DVI- oder DisplayPort angeschlossener Computerbildschirm wird keine weiteren Anpassungen erfordern. Allerdings müssen Videos nun auf den vollen Wertebereich gespreizt werden, sonst kommt es auch hier wieder zu der beschriebenen, flauen Darstellung. nVidia bietet eine entsprechende Option direkt über den Treiber an.

Einstellung des Signalpegels für die Videowiedergabe via Overlay/ VMR

Eine böse Überraschung kann man allerdings mit Computerbildschirmen erleben, die lediglich über einen oder mehrere HDMI-Eingänge verfügen. Der nVidia-Treiber identifiziert diese Geräte als Fernseher und gibt standardmäßig ein RGB-Signal mit Videoleveln aus. Das führt zu zwei Problemen:

1. Durch die Kompression des Wertebereichs von 0-255 auf 16-235 pro Farbkanal kommt es zu sichtbaren Tonwertverlusten. Immerhin müssen rund 16 Millionen Tonwerte nun auf weniger als 11 Millionen Abstufungen verteilt werden.

Tonwertkompression des nVidia-Treibers (PC-Level => Videolevel)

2) Erwartet der Bildschirm ein PC-Level basiertes RGB-Signal, so ist die Darstellung wiederum flau und die gesamte Mitteltondarstellung verzerrt.

Ausgabeeinstellungen im nVidia-Treiber

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