Die 3D Technik

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Abb. 1: Quo vadis 3D? Mit Brille oder ohne Brille? - Hype oder nicht?

1. Einführung

Wenn es nach dem Hype-Cycle-Modell geht, das Jackie Fenn von der renommierten amerikanischen Beratungsfirma Gartner entwickelt hat, folgt auf den kurzen 3D Hype der TV-Industrie, bewirkt durch Avatar und Co. schon bald die Ernüchterung. Dabei wäre eine Etablierung der 3D-Wiedergabe im heimischen Wohnzimmer doch die natürlichste Sache der Welt. Die Menschen haben die Bildhauerei entwickelt um Götter, Heroen, Herrscher und bedeutende Zeitgenossen räumlich darzustellen. In der Renaissance wurde, die schon in der griechischen Klassik entwickelte Perspektive wiederentdeckt um Gemälden Räumlichkeit geben zu können. Sicher die heutige 3D-Wiedergabetechnik hat ihre Mängel (dazu später mehr), aber heutige großformatige HDTV 3D-Fernsehgeräte kommen dem Traum der Menschen von einer naturgetreuen Wiedergabe von Szenen und Ereignissen in den eigenen vier Wänden schon sehr nahe.

Weitere Infos zur 3D Technik finden Sie hier: Das MPO Bildformat

 

 

1. Geometrie des räumlichen Sehens

Bevor wir versuchen den weiteren Entwicklungsfortgang von 3D abzuschätzen betrachten wir zum besseren Verständnis zunächst die geometrische Basis des räumlichen Sehens.

Weil die beiden Augen horizontal um den Augenabstand voneinander getrennt sind, sehen wir dieselbe visuelle Szene von zwei unterschiedlichen Ausgangspunkten und damit aus zwei unterschiedlichen Perspektiven.

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Abb. 2: Die Geometrie des räumlichen Sehens.
Horizontaler Schnitt durch das rechte (AR) und linke Auge (AL) von oben gesehen.

(Eigene Zeichnung nach Tyler C.W. 2004 Binocular Vision; in Ponco R. et.al. 2008 Stereopsis)

Abb.2 veranschaulicht dies anhand eines horizontalen Schnitts durch das rechte (AR) und linke Auge (AL), der von oben gesehen wird. Um den Pfeil scharf und dreidimensional zu sehen schwenken die Augenmuskeln die Augen in den jeweils entsprechenden Winkel (Konvergenz) und der Muskel der Augenlinse sorgt durch Einstellung der richtigen Brennweite (Akkommodation) für eine scharfe Abbildung. Wie wir sehen können sind die Abbildungen des Pfeiles auf der Netzhaut des rechten und des linken Auges unterschiedlich. Jedes technische 3D-Verfahren, das eine originalgetreue Wiedergabe ermöglichen will, muss dafür sorgen dass diese zwei unterschiedlichen Perspektiven dem jeweils richtigen Auge wieder angeboten werden.

2. Technische Umsetzungen / Übersicht der 3D-Verfahren

Im Verlauf der Film- und Fernsehentwicklungsgeschichte sind viele technische 3D-Verfahren entwickelt worden. In Abb.3 sehen Sie eine Zusammenstellung der Verfahren, die in der Fernsehtechnik zur 3D-Bewegtbildwiedergabe benutzt wurden oder heute angewandt werden. Die heute eingesetzten Verfahren sind rot markiert. Grob kann man eine Einteilung in Verfahren die zur Betrachtung eine Brille erfordern und in Techniken die ohne Brille auskommen vornehmen.

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Abb. 3: Technische Verfahren zur 3D-Bewegtbildwiedergabe

Verfahren mit Brille

Im Folgenden werden die Verfahren mit Brille näher erläutert.

Anaglyphentechnik

Die Gebrüder Louise und Auguste Lumiére, die schon den ersten funktionsfähigen Kinoprojektor entwickelt hatten, zeigten 1903 in Frankreich den offiziell ersten Stereofilm von ein paar Sekunden Dauer. Er hatte den Titel „L'arrivée du train". Martin Scorsese hat in seinem neuen 3D-Film „Hugo Cabret" dieses Filmdokument eingebaut, allerdings nicht in 3D. Die Gebrüder Lumiére benutzten die Anaglyphentechnik, die schon für die Stereophotographie entwickelt worden war. Dabei wird mit Farbfilterbrillen (rot/grün oder rot/cyan) dafür gesorgt, dass das linke Auge nur die Aufnahme der linken Kamera, und das rechte Auge nur die Aufnahme der rechten Kamera sehen kann. Es werden entweder zwei Filmprojektoren für den Links- und Rechtsauszug mit dem jeweils korrespondierenden Farbfiltern eingesetzt oder ein Projektor, der dann einen Filmstreifen projiziert auf den rechte und linke Bilder in den entsprechenden Farben (rot/grün oder rot/cyan) kopiert wurden. Mit der Einführung des Farbfernsehens war die Anaglyphentechnik auch im Heimbereich möglich. Die ARD zeigte z.B. 1982 eine Reihe von 3D-Bildsendungen in ihren 3. Programmen. Da diese Technik vom Prinzip her an und für sich nur für Schwarzweißwiedergabe gut geeignet ist und nur eine sehr schlechte Farbwiedergabe liefern kann, spielt sie heute auch keine Rolle mehr. Natürlich muss sie benutzt werden, wenn Schätze aus den Anfängen des 3D-Films betrachtet werden sollen.

Psychooptische Effekte (Pulfrich Effekt)

Den Pulfrich Effekt hat man für das Fernsehen kultiviert, da er im Gegensatz zur Anaglyphentechnik die gewohnte PAL Farbbildqualität ermöglichte, auch nur eine sehr preiswerte Brille benötigt und beim Betrachten ohne Brille ein normales Bild zeigt. Bezüglich der für den Effekt erforderlichen Bewegung ist es nicht relevant ob sich das Objekt oder die aufnehmende Kamera bewegt. So baute z.B. der Privatsender RTL Anfang der 1990er Jahre in seine „Tutti Frutti" Reihe jeweils Szenen ein, bei denen die weiblichen Darstellerinnen auf einer Drehbühne agierten. Da das Verfahren aber nur bei bewegtem Objekt oder bewegter Kamera Tiefeninformation liefert ist es als professionelles Verfahren für 3D-TV-Geräte nicht geeignet.

Shutterbrillen (LCD-Lichtventil)

Seit Anfang der 80er Jahre des letzten Jahrhunderts sind Liquid Crystal Shutters schnell genug um als Lichtventil für die 3D-Film- und 3D-Video-Technik eingesetzt werden zu können. Bei diesem Verfahren werden sequentiell hintereinander das Bild für das linke- und das rechte Auge gezeigt (siehe Abb.4).

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Abb. 4: Das Shutterbrillenverfahren.
Die Brille lässt für das linke und das rechte Auge nur das zugehörige Kamerabild passieren.

 

 

Die Shutterbrille wird mit einem drahtlosen Synchronsignal angesteuert und die eingebaute Steuerelektronik sorgt dafür, dass dann jeweils das richtige Auge freie Sicht bekommt. Im Fall des Einsatzes im Kino sind die teuren Brillen, die zusätzlich eine Batterie oder einen Akku enthalten, von großem Nachteil. Es kann im Kino aber eine normale Projektionsleinwand verwendet werden, da nicht mit polarisiertem Licht gearbeitet wird. Sodass sich z.B. der Einsatz in kleinen Programmkinos oder im semiprofessionellem Bereich bei entsprechend kleinen Zuschauerzahlen anbietet.

Im Fall von 3D-Fernsehgeräten setzen z. Z. sehr viele Hersteller auf aktive LCD-Shutterbrillen. Es ist heute das einzige Verfahren mit TV-Geräten im deutschen Markt das die volle HDTV-Auflösung (1920x1080) auch im 3D-Betrieb wiedergeben kann. Die höheren Brillenkosten sind bei der kleinen Anzahl, die im Heimbereich erforderlich sind, nicht so relevant. Die Umschaltung der Shutterbrille zwischen Links- und Rechtsvorlage muss aber mit mindestens 50 bis 60 Hz erfolgen um Flimmern zu vermeiden. Das bedeutet das Display muss dann mit mindestens 100 bis 120 Hz angesteuert werden. Da aus Gründen der optimalen Bewegungswiedergabe LC-Displays schon mit 100 oder 200 Hz bzw. 120/240 Hz betrieben werden stellt diese Forderung kein Problem dar. Um bei Verwendung von LCD's keine Probleme mit Doppelkonturen durch Übersprechen der Bilder in das jeweils abgedunkelte Auge zu bekommen (Ghosting siehe 4.), setzen viele Gerätehersteller, die LC-Displays einsetzen, auf 200 Hz Technik. Damit ergibt sich genügend zeitlicher Spielraum um sicherzustellen, dass während die Shutterbrille geöffnet ist nur das jeweilig richtige Bild das entsprechende Auge erreicht. Zusammen mit einem 3D-Blu-ray-Player, der über eine HDMI-Verbindung (Version 1.4) an das 3D-TV-Gerät angeschlossen ist und im sogenannten „Frame-Packing-Format" jeweils aufeinander folgend ein linkes- und ein rechtes Bild bei voller HDTV-Auflösung (1920x1080) mit jeweils 24 Bildern pro Sekunde überträgt, erreichen heutige 3D-TV- Geräte mit Shutterbrille die zur Zeit bestmögliche 3D-Wiedergabequalität im Heimbereich.

 

Brillenbeispiele: Die Brille in der Mitte sollte Ihnen eventuell bekannt vorkommen, es handelt sich um eine Real D 3D Brille, wie sie in den meisten Kinos benutzt wird, die keine Shuttertechnologie einsetzten und mit polarisiertem Licht arbeiten, das im Kino von einer Silber beschichteten Leinwand zurückgeworfen wird. Die Brille rechts gehört zu einem JVC DLA-X3 Projektor, die Brille links ist ein Gegenstück von Sony. Anmerkung: Der Lichtverlust hinter einer Real D 3D-Brille liegt bei ca. 32 Prozent, setzten Sie sich doch einfach mal zwei dieser Brillen übereinander auf, dann sehen Sie visuell in etwa den Lichtverlust, den eine Shutterbrille besitzt. So können Sie im Vorfeld bereits prüfen, wie sich der Lichtverlust beim Shutterverfahren in etwa äußert und inwieweit das durch die Brillen gesehene dann dunkler erscheint. Dies soll aber nur als Anhalt gelten, der Lichtverlust ist durch das Shuttern, also das Öffnen und das Schließen der Gläser, beim Shutterverfahren sogar noch etwas größer.

Polarisationsfilter

In der 3D-Kinofilm Historie war erst mit Hilfe von Polarisationsfiltern die farbige 3D-Film Wiedergabe möglich. Das Bild für das linke und rechte Auge wird dabei von je einem Projektor, denen Polarisationsfilter mit unterschiedlicher Polarisationsebene (horizontal, vertikal) vorgesetzt sind, auf die Leinwand projiziert. Es gibt auch ein Verfahren, bei dem nur ein Projektor benutzt wird, der hintereinander das linke und das rechte Bild projiziert. Vorgeschaltet ist dann ein Polarisationsfilter, das zwischen den beiden Polarisationsebenen schnell umschaltet. Der Zuschauer trägt eine Brille mit einem horizontalen und einem vertikalen Polarisationsfilter, sodass jedes Auge nur ein Bild sieht. Die Leinwand muss allerdings eine „Silberleinwand" (aluminierte Oberfläche) sein, da andere Leinwandmaterialien bei Reflektion mit polarisiertem Licht die Schwingungsebene nicht beibehalten. Senkrecht aufeinander stehende (gekreuzte) Polarisationsfilter haben aber immer noch eine Luminanz-Durchlässigkeit von ca. 10 bis 15%, sodass geringes Übersprechen der linken Bildvorlage in das rechte Auge und umgekehrt erfolgt. Bei Neigung des Kopfes werden die Polarisationsachsen der Brillenfilter gedreht sodass dadurch ebenfalls Übersprechen entsteht. Um dies zu vermeiden werden heute bei der 3D-Kinoprojektion zirkular polarisierte Filter benutzt. Die Wirkungsweise ist wie oben beschrieben, aber nun ist die Schwingungsebene des Lichts zirkular (rechts- und linksdrehend).
Größter Vorteil des Polarisationsverfahrens sind die kostengünstigen passiven Brillen. Für Vorführungen in großen Kinosälen mit vielen Zuschauern ist dies die ideale Lösung.Im Fall des 3D-Heimfernsehgerätes könnte man sich, wie in einer Variante der Kinoprojektion, auch ein großes geschaltetes Polarisationsfilter vor dem Display (LCD oder Plasma) vorstellen. Das linke und das rechte Bild könnte dann sequentiell hintereinander dargestellt und das Filter entsprechend umgeschaltet werden. Der Zuschauer trägt dann wie im Fall des Kinos eine einfache passive Polarisationsbrille. Leider sind aber großflächige, schnell schaltbare und kostengünstige Polarisationsfilter die vor dem flachen Bildschirm angebracht werden könnten nicht verfügbar. Deswegen wurde die Idee einer zeilensequentiellen Links-Rechts-Bildwiedergabe aufgegriffen. Es wird ein Polarisationsfilter auf das Flachdisplay aufgebracht, das von Zeile zu Zeile die Polarisationsrichtung wechselt. Das Filter braucht nicht schaltbar zu sein. Die Videosignalverarbeitung (Scaler) im 3D-TV-Gerät muss dann dafür sorgen, dass jeweils abwechselnd eine Zeile des linken und dann des rechten Bildes dargestellt wird. Wie im Kino trägt dann der Zuschauer eine passive Polarisationsbrille. Das Prinzip ist in Abb.5 anhand von nur elf Zeilen vereinfacht dargestellt. Der große Nachteil ist aber, dass die Auflösung in vertikaler Richtung halbiert wird. Beim hochauflösenden Fernsehen (HDTV) ergeben sich dann 1080 Zeilen / 2 = 540 Zeilen. Das ist die vertikale Auflösung des bisher üblichen Pal-Fernsehens.

Trotz dieses Nachteils gibt es Hersteller, die dieses Prinzip in ihren 3D-TV-Geräten einsetzen um preiswerte und leicht zu tragende Brillen anbieten zu können. Um diesen Nachteil der reduzierten Vertikalauflösung zu umgehen hat nun die Firma LG anlässlich der Consumer Electronic Show in Las Vegas Geräte vorgestellt, die ein 4k Display besitzen. Das bedeutet statt der üblichen HDTV Auflösung von 1920 x 1080 Pixeln (ca. 2 Megapixel) hat dieses Display die vierfache Pixelzahl von 3840 x 2160 Pixel (ca. 8 Megapixel). Bei 3D Betrieb mit der zeilenweise wechselnden Polarisation halbiert sich die Auflösung in der Vertikalen. Es bleiben aber 2160 / 2 also 1080 Zeilen übrig, d.h., die volle HDTV Auflösung bleibt erhalten.

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Abb. 5: Das Prinzip des Polfilterverfahrens stark vereinfacht anhand von nur 11 Fernsehzeilen.

Verfahren ohne Brille

Es folgen detailliertere Beschreibungen der Verfahren ohne Brille.

Autostereoskopische Verfahren

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Abb. 6: Prinzipdarstellung des brillenlosen Verfahrens für 2 Ansichten (Links und Rechts).

(Eigene Zeichnung nach Holliman N. (2005) 3D Display Systems; University of Durham)

Ein Grundprinzip dazu wurde schon 1912 vom Schweizer Augenarzt Walter R. Hess als „Lentikular-Folien-Stereogramm" patentiert.

Bei einer Anwendung dieser Technik auf 3D-TV-Geräte wird eine Linsenrasterfolie (Fresnellinsenfilterfolie) direkt auf dem Flachdisplay (LCD oder Plasma) aufgebracht. Die Ansteuerung des Displays erfolgt dann so, dass vertikale Streifen des linken und rechten Bildes aufeinander folgen (was allerdings die örtliche Auflösung in der horizontalen Richtung halbiert). Der Abstand zwischen den Augen sorgt dafür, dass jedes Auge das richtige Bild bekommt. Praktisch ergibt sich aber ein sehr kleiner Bereich (kleiner Sweet Spot) in dem das Bild korrekt stereoskopisch gesehen werden kann. Deswegen wurden Systeme entwickelt, die mit einer Kamera die Augen des Betrachters erfassen und Distanz und Augenabstand ermitteln und danach die Linsenrasterplatte mechanisch verschieben. Oder wie im Falle eines Notebooks den die Firma Sony auf der Funkaustellung 2011 zeigte bei dem die Links-Rechts Pixelmuster auf dem Notebookdisplay mit der Kamerainformation nachgesteuert werden um so den 3D Eindruck bei Kopfbewegungen beibehalten zu können. Diese Systeme sind für ein im Heimbereich verwendbares 3D-TV-Gerät nicht brauchbar. Deswegen wurde ein Verfahren entwickelt, das mehrere Ansichten benutzt und damit den Winkelbereich aus dem 3D gesehen werden kann entsprechend vergrößert (großer Sweet Spot).

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Abb. 7: Prinzipdarstellung des brillenlosen Verfahrens für 5 Ansichten (Links und Rechts).

(Eigene Zeichnung nach Holliman N. (2005) 3D Display Systems; University of Durham)

In heutigen Realisationen werden acht, neun oder sogar 15 Ansichten eingesetzt. Würde man dies nach dem Prinzip der ausschließlich vertikal orientierten Linsenrasterfolie machen, würde sich die horizontale Auflösung (Anzahl der Bildpunkte) bei neun Ansichten nochmals um den Faktor neun erniedrigen, was zu einer sehr bescheidenen Bildqualität führen würde. Deswegen werden z.B. bei neun Ansichten in einem Muster in der Horizontalen und in der Vertikalen verteilt. Die Linsenrasterfolie muss natürlich entsprechend angepasst werden. Mit dieser Anordnung kann man dann einen in horizontaler und vertikaler Richtung ausgewogenen Auflösungsverlust um den Faktor drei erreichen. Dies bedeutet aber nach wie vor bei einem HDTV-Bild mit 1920 x 1080 Bildpunkten eine Reduzierung auf 640 x 360 Bildpunkte (Pixel) und ist damit sogar etwas schlechter als Standard PAL Qualität. Um damit hochauflösendes Fernsehen (HDTV) in 3D realisieren zu können muss man Flachdisplays mit mehrfacher HDTV-Auflösung einsetzen. Es gibt zwar schon LC-Displays mit mehrfacher HDTV-Auflösung, die aber aufgrund der hohen Kosten bisher nur für sehr spezielle Anwendungen (z.B. Medizintechnik) eingesetzt werden konnten.

Zur Funkausstellung 2011 hat die Firma Toshiba ihre ersten brillenlosen 3D-TV-Geräte vorgestellt. Diese Geräte benutzen ein Display mit der vierfachen HDTV Pixelzahl (3840 x 2160 Pixel also ca. 8 Megapixel) und basieren auf 9 Ansichten. Trotz des Panels mit der vierfachen HDTV Auflösung ergibt sich bei 9 Ansichten nur mehr eine Auflösung von ca. 0,9 Megapixeln also weniger als die Hälfte der HDTV Pixelzahl. D.h., um bei 3D-Betrieb nicht in der Bildschärfe (Auflösung) abzufallen müsste das verwendete Display mindestens die 9 fache HDTV Auflösung besitzen. Dass die Flachdisplayhersteller an solchen Panels arbeiten konnte man ebenfalls auf der Funkausstellung 2011 sehen. Sharp zeigte einen Vorgeschmack eines zukünftigen Super-Hi-Vision Systems mit 16-facher HDTV Auflösung. Abschließend kann jedoch festgestellt werden dass dieses autostereoskopische Verfahren (basierend auf n-Ansichten) heute die einzige brillenlose 3D-Technik für den Heimbereich darstellt, die das Potential zur breiteren Umsetzung in der näheren Zukunft besitzt. Der Vollständigkeit halber soll darauf hingewiesen werden, dass es noch ein zweites autostereoskopisches Verfahren basierend auf dem Parallaxen-Stereogramm gibt. Die Applikation dieser Technik auf Flachdisplays (LCD, Plasma) führt aber zu einer starken Reduktion der Bildhelligkeit, die durch die Abschattung der für dieses Prinzip notwendigen Barriere (z.B. Schlitzblende) hervorgerufen wird. Deswegen wird dieses Prinzip bei 3D-TV-Geräten nicht eingesetzt. Es kommt aber bei kleinen Displays für kleine "handheld" Geräte im Spiele- und Mobilfunkgerätebereich zur Anwendung.

Abschließend sind in der Abb.8 die Vor- und Nachteile der in der 3D-Fernsehgerätetechnik angewandten Verfahren zusammengefasst.

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Abb. 8: Vor- und Nachteile der in der 3D-Fernsehtechnik angewandten Verfahren.

3. Probleme („Shortcomings") beim derzeitigen technischen Stand der 3D-Wiedergabe

3D-Kino und 3D-Fernsehen

Das Hauptproblem ist, dass beim Betrachten von natürlichen Vorlagen eine Änderung der Akkommodation (Scharfstellung der Augen durch Verändern der Linsenbrennweite) von einer Veränderung der Konvergenz (Veränderung des Konvergenzwinkels der beiden Augen durch die Augenmuskeln) begleitet ist. Wenn wir eine virtuelle 3D-Szene auf einer Kinoleinwand oder auf einem Fernsehschirm betrachten, so liegt der Schärfepunkt fest auf der Projektionsebene. Die Einstellung des Konvergenzwinkels wird aber durch die Aufnahme und Projektion vorgegeben (siehe Abb. 9).

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Abb. 9: 3D-Projektion auf eine ebene Fläche.

(Eigene Zeichnung nach Hodges 1992; in Howard I.P. 2002 Seeing in Depth)

Dieser Konflikt zwischen Konvergenz und Akkommodation belastet das Konvergenzsystem, was in seltenen Fällen zu Augenüberanstrengung und Übelkeit führen kann. Dies wurde zumindest von Benutzern von 3D-Virtual-Reality-Systemen berichtet (Howard 2002). Um Risiken und Bedenken sicher auszuschließen sind hier sicherlich noch weitere wissenschaftliche Forschungsarbeiten durchzuführen. Um eine Überanstrengung des Konvergenzsystems des Zuschauers durch Überzüchtung der Tiefenwirkung zu vermeiden sollte, bei der Aufnahme auf Vergrößerung des Links-Rechts-Kameraabstandes über den Augenabstand hinaus unbedingt verzichtet werden. Auch sollte ein Wechsel des Konvergenzwinkels bei der Aufnahme äußerst moderat gehandhabt werden.

Da heute fast ausschließlich Verfahren mit Brillen im kommerziellen Einsatz sind, sollte auch bei der Konstruktion der Brillen Augenmerk darauf verwandt werden, dass bei Brillenträgern, die ja dann zwei Brillen übereinander tragen müssen bei dieser Stapelung möglichst keine Spiegelungen und optische Fehler auftreten. Generell bedeutet die Benutzung von Polarisations- oder Shutterbrillen eine Reduzierung der Helligkeit. Dies ist im Kino nicht so bedeutend, da der Kinosaal ja abgedunkelt ist. Im Fall von 3D-Fernsehgeräten sollte man darauf achten, dass das Gerät eine ausreichend große Helligkeitsreserve besitzt damit 3D-Fernsehen bei vollem Tageslicht möglich ist.

3D-Fernsehen und der Puppenstubeneffekt

Die örtliche Grenzauflösung des menschlichen Auges, die sich aus der Dichte der Zapfen in der Sehgrube (Fovea) ergibt, variiert sicherlich individuell etwas und beträgt ca. 1 bis 2 Bogenminuten. Nehmen wir eine mittlere Auflösung von 1,5 Bogenminuten an, so entsprechen diese 0,025°. Mit diesem Wert, der Zeilenzahl des Fernsehsystems und der Bildschirmdiagonale des benutzten TV-Gerätes lässt sich mittels elementaren Winkelfunktionen der optimale Betrachtungsabstand ermitteln. Die Zeilenstruktur oder Pixelstruktur bei Flatpanels ist dabei quasi an der Schwelle der Sichtbarkeit und stört damit nicht. Somit erhält man die beste mögliche Telepräsenz, d.h., die Bildgröße füllt das Blickfeld des Betrachters möglichst weit aus. Nehmen wir ein TV-Gerät mit 1,07 m (42 Zoll) Bildschirmdiagonale an so ergibt sich für Standardfernsehen (SDTV) ein Betrachtungsabstand von etwa 2,60 m (Näherungswert etwa 5 fache Bildhöhe). Beim hochauflösenden Fernsehen, nur dies kommt für 3D-TV in Betracht, ergibt sich ein optimaler Betrachtungsabstand von ca. 1,30 m (Näherungswert 2,5 fache Bildhöhe).

Für Überschlagsrechnungen kann bei Fernsehgeräten im 16:9 Format (Standard bei HDTV tauglichen Geräten) für die Bildhöhe die Hälfte der Diagonale angenommen werden. Wie unschwer zu erkennen ist wird in der häuslichen Wohnlandschaft ein Betrachtungsabstand von 2,5 facher Bildhöhe (oder 1,25 facher Bildschirmdiagonale) beim Betrachten von hochauflösenden Fernsehen nicht eingehalten. Dies führt beim Ansehen von 3D-Filmen zum sogenannten „Puppenstubeneffekt". D.h., bei Weitwinkelaufnahmen sind die betrachteten Objekte so klein dass man diese nicht für real hält. Bezüglich Telepräsenz, also der Einbezogenheit in das Geschehen der filmischen Vorlage, ist das 3D-Kino mit seinen riesigen Leinwänden natürlich überlegen. Im Heimbereich sollte man deshalb ein Gerät mit einer zum Betrachtungsabstand passenden Diagonale wählen oder gar einen 3D-HDTV-Projektor mit entsprechend großem Projektionsschirm.

3D-Fernsehgeräte und das Übersprechen der Kanäle Links und Rechts (Ghosting)

Wie schon erwähnt kommen bei 3D-Fernsehgeräten, die sich heute in der Serienproduktion befinden, zum großen Teil aktive LCD-Shutterbrillen zum Einsatz. Dabei muss die Öffnungszeit der Brille genau an die Darstellungszeit der jeweiligen linken oder rechten Bildvorlage auf dem Bildschirm des Fernsehgerätes angepasst werden. Wenn dies nicht optimal justiert ist, bekommt das linke und rechte Auge ein abgeschwächtes Bild des jeweils für das andere Auge bestimmten Bildes. Dies lässt dann die Disparation der beiden Bilder sichtbar werden, d.h., man sieht Doppelkonturen.

Ghosting Geisterbilder Doppelkonturen

BUROSCH Crosstalk Testbilder im Laboreinsatz dienen zur Analyse des Übersprechens

 
Beispiel eines Realbildes mit weitestgehend perfekter 3D-Bildwiedergabe. Die senkrechten kontrastreichen Linien zeigen keine Doppelkonturen = optimaler Crosstalk Wert.

 
Das gleiche Realbild mit schlechter 3D-Bildwiedergabe ca. 18% Crosstalk. Beachten Sie die deutlichen Doppelkonturen besonders sichtbar an der Laterne und am senkrecht nach unten laufenden Regenablussrohr = schlechter Corsstalk Wert.

 

3D-Fernsehgeräte die 3D aus normalen 2D-Vorlagen berechnen

Es ist im Grunde eine Vorgehensweise, die immer wieder bei der Einführung von neuen Standards probiert wurde. Bei der Einführung der Audio-Stereophonie wurde versucht Monosignale in (Pseudo)-Stereosignale umzuwandeln. Bei der Einführung des hochauflösenden Fernsehens wurde behauptet, man könne aus einem Standard TV-Signal höherauflösende Komponenten berechnen. Und nun bei der Einführung von 3D-TV wird wieder versucht für ebene 2D-Aufnahmen Tiefeninformation zu berechnen. Gemeinsam ist all diesen Versuchen, dass sie prinzipiell nicht funktionieren können. Informationen, die bei der Aufnahme nicht erfasst wurden, lassen sich mit keiner Technik der Welt wieder hinzufügen. Im Fall von 3D-TV wird versucht mit Objekterkennungs-Algorithmen einzelne Gegenstände und Personen aus dem ebenen Bild zu erfassen und diesen dann eine künstliche Tiefe zuzuweisen. Dies führt bei der Realisation in Consumer 3D-TV-Geräten aufgrund der „Echtzeitbedingung" und der sehr beschränkten Rechenleistung zu einem sogenannten Scherenschnitt-Phänomen (Cardboard cut-out Phenomenon). D.h., Objekte wirken wie ausgeschnitten und eben vor dem Hintergrund platziert. Mit einer natürlichen Tiefenwiedergabe hat dies nichts zu tun.

Nicht verwechseln darf man das oben beschriebene Verfahren mit dem Vorgehen bei Computergraphiken. In den Studios werden Trick- und Animationsfilme rein synthetisch oder durch Abnahme aus Modellen auf mathematischer Basis erstellt. In diesen mathematischen Abbildungen ist auch Tiefeninformation eingebaut. Diese Trick- und Animationsfilme können aber nicht den Anspruch erheben, dass sie die uns umgebende reale Welt möglichst naturgetreu und ohne Verfälschung wiedergeben.

4. 3D-Testbilder und Testsequenzen

"Beauty lies in the eye of the beholder" heißt es bei Shakespeare. Wenn Sie den Kauf eines 3D-Fernsehgerätes in Erwägung ziehen, sollten Sie nur Ihren eigenen Augen trauen. D.h., Sie sollten mit einer entsprechenden Bildvorlage die Sie kennen und die Sie jederzeit wieder benutzen können einen Bildvergleich zwischen den angebotenen Geräten bei Ihrem Händler machen. Dazu gibt es Experten, die 3D-Test-Blu-rays oder Testbilder zum Download für diesen Zweck anbieten (z.B. unter http://www.burosch.de).

5. Ausblick (2012 ff )

Wenn man die Versuche zur Etablierung von 3D-Filmen der Filmindustrie betrachtet, so fallen Spitzen in den 50iger Jahren, in den 80iger Jahren des letzten Jahrhunderts und jetzt von 2009 bis heute auf. Man kann daraus unschwer zwei Fakten entnehmen. Die Spitzen sind jeweils im Generationenabstand zu beobachten, d.h., eine jeweils neue Generation lernt diese Technik zum ersten Mal im Kino kennen. Und zweitens folgten diese Versuche jeweils auf zurückgehende Besucherzahlen im Kino durch neue Medien im Heimbereich. In den 50igern durch den Siegeszug des Fernsehens in den USA. In den 80igern die flächendeckende Verbreitung von Farbfernsehgeräten mit großen Röhrenbildschirmen und einer Vielzahl von empfangbaren Programmen (Private Fernsehanbieter) und Ende des ersten Jahrzehnts im neuen Jahrtausend die Etablierung von großen Flachbildschirmen und hochauflösendem Fernsehen (HDTV) in den Wohnzimmern.

Auch die Inhalte des jeweiligen 3D-Filmangebotes darf man meines Erachtens nicht außer Betracht lassen. In den 50igern wendete sich das 3D-Filmangebot mit Horror- und Science-Fiction-Filmen wie z.B. Jack Arnolds „It came from Outer Space" vorwiegend an Erwachsene. In den 80igern wurde es zeitgemäß mit Exploitation-Filmen und viel Erotik probiert (z.B. Emmanuelle 4 in 1984). Und der neueste Versuch (2012) sind meistens computergenerierte Trick- und Actionfilme für das heute überwiegend junge Kinopublikum. Was sich aber geändert hat, dass nun auch namhafte Regisseure die 3D-Film-Technik als künstlerisches Ausdrucksmittel benutzen. Was ich meine möchte ich an drei Beispielen aufzeigen. Da ist erstens die wundervolle Hommage des Regisseurs Wim Wenders an Pina Bausch. Wer die Porträtaufnahmen der Kompaniemitglieder sieht, während diese ihre Erinnerungen an Pina erzählen, muss zugeben dass 3D ein notwendiges künstlerisches Ausdrucksmittel darstellt. Zweitens Werner Herzogs „Die Höhle der vergessenen Träume". Nur 3D-Technik kann die bis zu 35.000 Jahre alten Felszeichnungen der Chauvethöhle so wiedergeben, wie sie die Steinzeitkünstler gedacht haben. Sie haben nämlich Erhebungen und Vertiefungen der Felswände benutzt, um ihre Tierzeichnungen plastisch wirken zu lassen. Und drittens Martin Scorseses neuestes Meisterwerk „Hugo Cabret". Ohne 3D-Technik würden all die mechanischen Uhren und Automaten im wahrsten Sinne des Wortes flach wirken.

Damit ist die Chance riesengroß dass sich die 3D-Technik diesmal fest etablieren und neben dem Eventcharakter von Blockbuster 3D Filmen sich ein breiteres Publikum mit anspruchsvolleren Sujets erschließen kann. Im deutschen Heimbereich wird wohl zunächst die 3D-Blu-ray die wichtigste Programmquelle für das 3D-fähige Flachbildfernsehgerät bleiben sieht man vom Nischenmarkt der Eigenaufnahmen mit Consumer 3D-Kameras und 3D-Camcordern ab, denn die öffentlich rechtlichen sowie privaten Sender haben mit der Einführung von HDTV riesige Investitionen zu tragen. Deshalb wird wohl mittelfristig nicht im großen Umfang in die Anschaffung von 3D-Kameras sowie 3D-Studio-Infrastruktur investiert werden können. Zumal die z.Z. für die Fernsehübertragung benutzten Verfahren aus Gründen der Bandbreitenökonomie sowie der Rückwärtskompatibilität zu im Markt befindlichen SAT-Receivern z.B. im side-by-side Mode arbeiten, was die Reduzierung der horizontalen Auflösung auf die Hälfte zur Folge hat (statt 1920 Bildpunkte nur mehr 960 Bildpunkte pro Fernsehzeile). Dies ist dann nur geringfügig mehr als die Standard TV-Auflösung (DVD 720 Bildpunkte) und damit kontraproduktiv zur Einführung von HDTV. Weiterhin sind Kanäle, in denen 3D im side-by-side Mode übertragen wird nicht rückwärtskompatibel, d.h. TV-Geräte die keine 3D-Funktion besitzen, würden nebeneinander das gestauchte linke und rechte Bild zeigen.

Deswegen wird sich längerfristig auch bei der 3D-Fernsehübertragung der bei Blu-ray eingeführte MPEG-4 MVC Standard durchsetzen und in SAT-Receivern sowie Kabel-TV-Receivern eingebaut werden. Weiterhin bleibt die Frage ob größere Teile der Konsumenten bereit sind beim Fernsehabend eine Brille zu tragen. Denn nur die Verwendung einer Shutterbrille bzw. einer Polfilterbrille in Verbindung mit 4k-Panel gewährleistet eine 3D-Wiedergabe mit voller HDTV-Auflösung. Die heute verfügbaren Geräte mit brillenlosen Verfahren (autostereoskopisch) erreichen keine HDTV-Auflösung und lassen auch bezüglich Tiefenwirkung noch zu wünschen übrig. Andererseits bedeutet die Verwendung einer Brille nicht, dass bei Einführung zukünftiger hochwertiger brillenloser 3D-TV-Geräte das gesamte jetzige System infrage gestellt wird. Der heutige Standard MPEG-4 MVC (Multiview-Video-Coding-Format), bei dem unterschiedliche Bilder für das linke und rechte Auge aufgezeichnet, auf der Blu-ray gespeichert und über den Player via HDMI ausgegeben werden, wird auch in Zukunft Bestand haben – allein die Darstellung des Bildes auf dem Display wird sich wandeln und die Brillen könnten nach und nach verschwinden. Vorrausetzung ist aber, dass die Kosten für superhochauflösende Displays entsprechend reduziert werden können und damit de Aufbau von erschwinglichen brillenlosen 3D-TV-Geräten ermöglicht wird. Der heutige innovative Käufer von 3D-Blu-ray Filmen braucht also nicht zu befürchten, dass er seine Scheiben bei neuen 3D-Displayverfahren nicht mehr verwenden kann.

6. Literaturverzeichnis

Weitere Infos: http://burosch.de/technik/403-das-raeumliche-sehen.html

Holliman, N. 3D Display Systems, Department of Computer Science, University of Durham, Durham 2005

Howard, I.P. Seeing in Depth, Volume I Basic Mechanisms, University of Toronto Press, Toronto, 2002

Howard, I.P. Seeing in Depth, Volume II Depth Perception, University of Toronto Press, Toronto, 2002

Ponce, R.(et al.) Stereopsis, Current Biology, Volume 18 No 18, 2008

 

image020 Konrad L. Maul - Autor dieses Berichts

Konrad L. Maul war 37 Jahre in der Fernsehentwicklung tätig, davon 30 Jahre in leitender Position bei Grundig. Als Bereichsleiter war er für das erste 100 Hertz-TV-Gerät verantwortlich. Von 2001 bis 2008 leitete er die Fernsehentwicklung eines großen deutschen TV-Herstellers. Damit ist er einer der erfahrensten und profiliertesten TV-Entwickler Deutschlands.

http://www.m2counselling.de

COPYRIGHT, Alle Rechte vorbehalten, All rights reserved, Konrad L. Maul, Dipl.-Ing. (FH), 90473 Nürnberg

 


 

Crosstalk-Problematik

Neben der herkömmlichen Anaglyphen Technik mit den rotgrün Brillen oder der Polfiltertechnik in der Beamerwelt ist die Shutterbrillentechnik für den anspruchsvollen 3D Heimkinonutzer die bekannteste und beste Lösung. Leider bietet diese Shutterbrillentechnologie auch ein paar technische Probleme: Der sog.Crosstalk stört die Bildqualität. Und um diesen negativen Einfluss zu kontollieren und gegebenfalls zu optimieren gibt es die 3D Crosstalk Testbilder.

Crosstalk 3D 2D

Senkrechte kontrastreiche Linien zeigen keine Doppelkonturen.
Bild 1: Optimaler Crosstalk Wert
Bitte beachten Sie die deutlichen Doppelkonturen besonders sichtbar an der Laterne.
Bild 2: Schlechter Crosstalk Wert

Bei der 3D Technik ist die Shutterbrille Stand der Technik 2012. Leider stört der Crosstalk gemeint sind sog. Geisterbilder im entsprechenden anderen Auge. Eine Bildinformation im linken Auge zeigt sich im rechten Auge und vermindert somit die Bildqualität. Bitte beachten Sie dazu die störenden Doppenkonturen der Laterne im Bild 2. Bei hohen Kontrastwerten d.h. schwarze senkrechte Linien vor hellem Hintergrund fallen hohe Crosstalkwerte sehr deutlich auf. Diese schlechte Bildqualität zu messen fällt mit den von uns entwickelten Crosstalk Testbildern ganz leicht. Entsprechend den Segmentabschnitten einer Uhr kann auf unseren Crosstalk Testbildern der Prozentwert definiert werden, um wieviel Prozent die Bildinformation von linken Auge einen Einfluss auf das andere Auge hat. Dieser Wert ist abhängig vom Luminanz Kontastverhältnis und auch vom Chrominanz Einfluss.
Labore und Industriefirmen werden von uns über die Messtechnik individuell gern informiert
Bitte beachten Sie dazu auch unsere entsprechende technische Dokumentation zum Download. Selbstverständlich sind unsere 3D Crosstalk Testbilder auch zum Download www.burosch.de

Referenz Testbild zur Messung des 3D Crosstalk Wertes bei 100% Luminanz Kontrastverhältnis

50% Kontrast R 100% Chroma G 100% Chroma

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3D - Das neue Fernsehen !

Die Anbieter von Fernsehern und Blu-ray-Playern überschlagen sich mit Produktankündigungen. Die Antwort ist einfach: Weil man es kann. Die Blu-ray-Disc mit ihrer enormen Speicherkapazität bietet den Platz für die zusätzlichen Daten, die immer schneller schaltenden Flachbild-Displays erlauben wie im Kino die abwechselnde Darstellung der Perspektiven für linkes und rechtes Auge.

Ob der Verbraucher das überhaupt verlangt, ist nicht entscheidend. Aber man geht davon aus, und zwar mit Recht. 3D-Bilder und ganz besonders bewegte 3D-Bilder waren schon immer eine besondere Attraktion. So bekamen Kinder früher den Guckkasten Viewmaster geschenkt, in dem 3D-Dias auf einer Scheibe rotierten, Erwachsene erfreuten sich in Imax-Kinos an räumlichen Bildern aus dem Weltall. Und die Einspielrekorde von "Avatar" und "Alice in Wunderland" sprechen eine deutliche Sprache.

Das Grundprinzip räumlichen Sehens

So wie der Mensch zwei Ohren zum räumlichen Hören hat, so nutzt er seine beiden Augen, um die Anordnung seiner Umgebung zu erfassen. Rund 6,5 Zentimeter sind die Augen auseinander, und genau so sollte man zwei Kameras für 3D-Aufnahmen positionieren. Die Schwierigkeit liegt darin, diese beiden Perspektiven zu den beiden Augen zu bekommen. Denn nur dann bekommt der Zuschauer das unvergleichliche Gefühl der Tiefe, das sich bei normalen Bildern nur selten einstellt.


Ein 3D-Missverständnis betrifft die Systeme. Dabei besteht die Kette dreidimensionaler Bewegtbildverarbeitung aus verschiedenen Technologien, die nur eines gemeinsam haben: Es werden die beiden Perspektiven aufgenommen, transportiert und dargestellt. So hat die Art der Speicherung auf einer Blu-ray nichts damit zu tun, wie der Bildschirm die beiden Perspektiven darstellt. Seit über 20 Jahren gibt es Prozessoren und Bildspeicher, die eine beliebige Wandlung von einem Format ins andere erlauben. Für 3D mit voller HD-Auflösung ist der Aufwand zwar doppelt so hoch wie für normales HDTV, doch Chips für 200 Hertz beherrschen das notwendige Arbeitstempo bereits. Die 3D-Brille hat also nichts mit der 3D-Blu-ray zu tun – es sei denn, der Film ist im veralteten Rot-grün-Verfahren gespeichert. Auch Player und Bildschirm arbeiten problemlos zusammen, wenn sie ein gemeinsames Übertragungsformat haben. Den Rest erledigt die Elektronik.
 

10 Fakten zu 3D

  • Filme wie "Monster House" oder "Chicken Little" haben in 3D-Kinos das Drei- bis Vierfache ihres normalen Umsatzes erzielt.
  • Dieses Jahr werden rund 30 Spielfilme in 3D auf die Kinoleinwände kommen, im nächsten Jahr an die 50 Filme.
  • 3D-Verfahren mit farbigen Brillen sind veraltet, sie verfälschen die Farben stark.
  • Der 3D-Standard für Blu-ray ist für jede Art von Bildschirmen geeignet, die 3D darstellen können und die passenden Signale annehmen – unabhängig von der verwendeten Technologie.
  • Alle aktuellen 3D-Verfahren arbeiten mit Brillen, die auf den jeweiligen Schirm angepasst sind.
  • Displays für 3D ohne Brille sind möglich, aber entweder unscharf oder nur für einen Zuschauer geeignet.
  • Die Mehrzahl der TV-Geräte mit 200 Hz LCDs und mit Plasmatechnik wird schon bald 3D-fähig sein.
  • 3D-Darstellung ist mit einem hohen Lichtverlust verbunden, verschlechtert also die Energieeffizienz der Bildschirme.
  • Die Umrechnung von normalen TV-Bildern oder Filmen in 3D ist möglich, liefert aber schlechtere Ergebnisse als echtes 3D.
  • 3D entspricht nicht vollständig dem natürlichen Sehen, da die Anpassung der Augen auf Nähe oder Ferne entfällt und sich die Bilder bei Kopfbewegung nicht verändern.

So wird 3D produziert

Dreidimensionale Filme lassen sich auf unterschiedliche Arten erzeugen. Das Ergebnis muss dabei aber immer aus zwei Perspektiven bestehen, die wie die Blinkwinkel für rechtes und linkes Auge aussehen. Die drei derzeitigen Möglichkeiten sind:

Berechnung im Computer; die meisten 3D-Streifen im Kino stammen direkt aus dem Rechner, wo alle Daten bereits räumlich vorliegen. Dann muss nur zweimal berechnet werden, was jedoch viel Aufwand bedeutet, da selbst Hochleistungscomputer schon an einer Version mehrere Wochen arbeiten.

Aufnahme mit zwei Kameras nebeneinander; reale Szenen werden so gefilmt, dass die beiden Kameras im Augenabstand voneinander platziert werden. Doch je nach verwendeter Optik, etwa Tele oder Weitwinkel, muss man variieren, damit es natürlich aussieht. Bei visuellen Effekten sind besonders problematisch: Wenn zum Beispiel die untergehende Titanic nur ein Zehntel der echten Größe hat, muss auch der Kameraabstand auf ein Zehntel schrumpfen, sonst sieht der Dampfer wie Spielzeug aus. Derzeit sind noch keine Kameras lieferbar, die von Haus aus für 3D vorbereitet sind. Sie sollen aber im Laufe des Jahres auf den Markt kommen.


So sieht 3D im Kino aus

Das Bestreben der Hollywood-Studios war es, das 3D-Erlebnis zuhause möglichst gleichwertig zum Kino zu realisieren. Die Pixelzahl stimmt nahezu exakt überein, die Kinodateien haben entweder 2.048 x 858 Pixel (für Fime im 2,39:1-Format) oder 1.998 x 1.080 (für Filme im 1,85:1-Format). Ebenso die Bildwechselfrequenz, da man 48 Hertz für zweimal 24 Bilder in der Sekunde nutzt. Genauso wie im Wohnzimmer oder Home Cinema gibt es im großen Kino ein einheitliches Format für die Speicherung der 3D-Bilder, aber viele unterschiedliche Technologien für die Darstellung.
Im Prinzip ließe sich jedes Projektionsverfahren, das im Kino zum Einsatz kommt, auch zuhause verwenden. Die Firma Xpand benutzt im Kino ähnliche Shutterbrillen, wie sie für die modernen LCD- oder Plasmaschirme benötigt werden. RealD im Kino verwendet dagegen Polfilterbrillen, die mit den neuen Fernsehern nicht funktionieren, nur mit älteren LCD-Schirmen. Das Dolby-Verfahren mit unterschiedlichen Farbspektren lässt sich durch Zusatzfilter mit zwei Projektoren zuhause nutzen. Anders als auf Blu-ray hat das digitale Kino aber einen größeren Farbraum und höhere Farbauflösung. Die Kompression ist geringer, beide Perspektiven sind unabhängig voneinander.


So funktioniert 3D auf Blu-ray

Für echtes 3D im Kino zu Hause werden neue Blu-ray-Player benötigt. Ältere Geräte spielen die neuen 3D-Filme zwar ab, allerdings nur zweidimensional. Das neue 3D-Profil der Blu-ray Disc Association (BDA) macht die Codierung im Multiview Video Coding (MVC) zur Pflicht. Das bedeutet, dass zusätzlich zum normalen 2D-Datenstrom, der das Signal fürs linke Auge enthält, ein weiterer Strom für die zweite Perspektive gespeichert ist. Er enthält die Unterschiede für das rechte Auge, also kein weiteres volles Bild. Doch daraus lassen sich zwei Full-HD-Signale mit jeweils 1.920 x 1.080 Pixeln und 24 Bildern pro Sekunde (exakt: 23,976) errechnen. Ebenfalls möglich ist die Speicherung mit 1.280 x 720 bei 60 Hertz (59,94), was sich für Sportaufnahmen eignet.
Weitere Formate sind nicht zugelassen, also weder Standardauflösung noch 50 Hertz beziehungsweise Interlaced (Halbbilder, 50i oder 60i). Verzichten muss man im 3D-Betrieb auf Bild-im-Bild-Boni, doch ansonsten sind die Discs nicht von normalen Blu-ray-Editionen zu unterscheiden.
Kritisch sind Anschlüsse. Hier ist im 3D-Standard nichts festgelegt, es gelten also die strengen Bestimmungen des AACS-Kopierschutzes. Und das bedeutet, dass als Schnittstelle nur HDMI infrage kommt. Bei analogen Signalen ist den Hollywood-Studios der Schutz zu löchrig, abgesehen davon ist 3D über solche Schnittstellen nicht standardisiert. Alle Bildschirme, die also eine direkte Ansteuerung zum Beispiel mit 120 Hertz verlangen, sind damit schon mal ungeeignet für 3D von Blu-ray.


3D auf der Sony PS3

Es ist kein Geheimnis: Sowohl der 3D-Standard für Blu-ray als auch HDMI 1.4 wurden auf das zugeschnitten, was die Playstation 3 von Sony bereits kann. Selbst die Sony-Konkurrenz hatte keine Einwände, da mit der PS3 als Abspieler sofort ein großer 3D-Markt existiert. Details sind zwar noch unklar, doch nach derzeitigem Stand darf jeder Besitzer einer PS3 davon ausgehen, ab Juli im Besitz eines vollwertigen 3D-Players für Blu-ray-Discs zu sein. Dann nämlich soll das Upgrade per Software zugespielt werden. Einige Spiele kann man schon heute in 3D genießen (wie gut können Sie auf Seite 26 nachlesen).

Bedenken, dass die 3D-Qualität nicht dem anderer Player entsprechen könnte, scheinen unbegründet. Denn der Cell-Prozessor kann zwei Videostreams in voller HD-Auflösung decodieren. Die Ausgabe erfolgt bei
Blu-ray mit 24p, wobei beide Bilder in einen Frame gepackt werden; das ist im HDMI-Chip, der in der PS3 steckt, schon so vorgesehen. Offen ist, ob die Playstation dem Fernseher das 3D-Format automatisch mitteilen kann.


So kommt 3D ins Fernsehen

Während es auf Blu-ray einen weltweit gültigen Standard gibt, existiert so etwas für dreidimensionales Fernsehen nicht. Trotzdem haben zahlreiche Sender (u. a. Sky in England) bereits angekündigt, im Laufe des Jahres spezielle 3D-Kanäle zu starten. Ihnen gemeinsam ist jedoch, dass man hier 3D-Verfahren verwendet, die ausschließen, dass das Programm auch mit normalen Fernsehern betrachtet werden kann – sie sind also nicht rückwärtskompatibel. Dabei werden nämlich die Perspektiven in ein einzelnes Bild gepackt, was den Vorteil hat, dass man es über vorhandene TV-Technik übertragen kann, vom Satellitentransponder bis zur heimischen Settop-Box.

Bevorzugte 3D-Variante dürfte zumindest für den Anfang die so genannte Side-by-side-Methode sein. Betrachtet man das Bild auf einem normalen Schirm, sieht man die beiden Perspektiven nebeneinander, beide seitlich gequetscht. Die 3D-Elektronik im Bildschirm muss sie also neu berechnen und den beiden Augen zuordnen. Bei voller HD-Auflösung hat dann jedes Bild nur 960 x 1.080 Pixel. Verbessern lässt sich das Ergebnis, wenn die Schachbrett-Abtastung verwendet wird, die Sensio entwickelt hat; dieses Verfahren ist auf den ersten Blick nicht von Side-by-side zu unterscheiden, da es sonst nicht in MPEG übertragen werden könnte.
Auf mittlere Sicht kann man auch Settop-Boxen erwarten, die den MVC-Codec verstehen, wie er auf Blu-ray verwendet wird. Dann wird bei 3D-Sendungen einfach der Hinweis eingeblendet, dass nun Brillen aufgesetzt werden können. Ein extra Kanal für 3D ist dann nicht mehr nötig, und die Auflösung ist auch nicht mehr beschränkt.


So funktionieren 3D-Fernseher

Allen neuen 3D-Fernsehern ist gemeinsam, dass sie mit schnellem Bildwechsel und Shutterbrillen arbeiten, die mal das linke, mal das rechte Auge freischalten. Doch damit hören die Gemeinsamkeiten bereits auf.

Relativ einfach ist die 3D-Umsetzung bei Plasmaschirmen. Denn erstens reagieren die Leuchtzellen extrem schnell und zweitens schaltet die Elektronik immer alle Pixel gleichzeitig auf das nächste Bild um. Dadurch ist es möglich, einen 120-Hz-Rhythmus in zweimal 60 Bilder pro Auge aufzuteilen. Man handelt sich dabei allerdings wieder den 3:2-Pulldown ein, also das kinountypische Ruckeln bei Filmwiedergabe. Und bei TV-Signalen, etwa von Sky, fällt man auf leicht flackerndes 50 Hertz zurück. Panasonic erlaubt bei Blu-ray-Zuspielung immerhin 96 Hertz, also 48 Bilder pro Auge. Die Zeit wird zeigen, ob für die Zuschauer Ruckeln oder Flackern das geringere Übel ist; 144 Hertz, also 72 Bilder in der Sekunde pro Auge, sind dagegen nicht möglich.

Schwieriger wird es bei LCD, wo Panels mit 100 beziehungsweise 120 Hertz nicht ausreichen. Denn die Pixel werden einer nach dem anderen von oben nach unten umgeschaltet, dazu kommt die immer noch relativ langsame Reaktion der Flüssigkristalle, so dass es keinen ausreichend langen Zeitraum gibt, in dem die Brille öffnen könnte. Deswegen nehmen die ersten Hersteller Panels mit 200/240 Hertz, die im 3D-Modus allerdings auf 120 Hertz zurückfallen, also 60 pro Auge. Erst mit nochmals deutlich schnelleren Panels sowie pulsierender LED-Hintergrundbeleuchtung lässt sich echtes 240 Hertz, also 120 Bilder pro Auge, realisieren. Diese Geräte werden dann in der Regel mit 400 bzw. 480 Hertz angegeben.

Eine andere Technik setzt auf Polfilterbrillen, für die allerdings eine Filterfolie auf dem Schirm nötig ist. Das macht die Fernseher teuer, während die Brillen günstig sind – gut für Kneipen oder andere öffentliche Vorführungen. Polfilterbrillen kosten rund einen Euro, für Shutter-Modelle sind Preise jenseits von 100 Euro angekündigt.


So funktionieren 3D-Brillen

Ein häufiges Missverständnis ist es, die Brillen für den 3D-Effekt verantwortlich zu machen. Das mag beim veralteten Rot-grün-Verfahren gestimmt haben, bei modernen Systemen ist eine exakte Anpassung der Brillen auf die Darstellungsweise des Displays notwendig. Sonst kommt es zu Störungen wie Übersprechen, bei denen die andere Perspektive noch als Geisterbild zu sehen ist, oder zu Flackern. Da es nur wenige Hersteller von Shutterbrillen gibt, dürften in den meisten Fällen auch nicht vom TV-Hersteller gelieferte Brillen funktionieren; doch optimale Resultate sind nicht garantiert.


Das sind die Nachteile von 3D

Das Thema 3D steht im krassen Gegensatz zum Trend Energiesparen. Denn die Effizienz sinkt gewaltig, also das Verhältnis von Lichtleistung zu Strommenge. So halbiert 3D-Technik prinzipbedingt die Helligkeit pro Auge, dazu kommen weitere Verluste durch Filter und Brillen, so dass der tatsächliche Wert irgendwo zwischen 25 und zehn Prozent liegt. Das 3D-Bild ist also erheblich dunkler.
Doch echter 3D-Genuss sollte im Dunkeln stattfinden, da alle Lichter im Raum den Effekt erheblich stören, etwa durch Spiegelungen in den Brillen und auf dem Frontglas. Selbst wenn im 3D-Betrieb die Lichtleistung des Schirms etwas hochgedreht werden muss, kann man das durch Einsparung bei der Raumbeleuchtung zum großen Teil wieder ausgleichen. Außerdem benötigt man im Dunkeln ohnehin weniger Helligkeit auf dem Schirm.
Dazu kommt: Auch zweiäugiges Sehen ist nicht perfekt, es fehlen die Einflüsse durch Kopfbewegung und Fokussierung der Augen. Nicht Jeder genießt daher 3D auf Anhieb.

3D aufzeichnen

In Japan hat Panasonic bereits erste Blu-ray-Recorder vorgestellt, die 3D-fähig sind, nämlich die Modelle DMR-BWT1000, 2000 und 3000. Dabei handelt es sich allerdings um Geräte, die normales Fernsehen aufnehmen oder 3D-Blu-rays abspielen können. Die Fähigkeit der Recorder hat nichts mit 3D-Fernsehen zu tun.

Der von der britischen BSkyB angekündigte 3D-Kanal lässt sich nämlich mit jedem Harddisc-Satellitenreceiver für den Sky-Dienst aufzeichnen, da er das Im-Bild-Verfahren Side-by-side nutzt, bei dem die beiden Perspektiven seitlich gequetscht gemeinsam ausgestrahlt werden. Das zeichnet jeder beliebige HD-Recorder auf – bei Sky allerdings eingeschränkt durch das verwendete Verschlüsselungssystem. Für Side-by-side oder ähnliche Techniken ist weder eine spezielle Box noch ein besonderer Recorder nötig. Nur der Bildschirm muss in der Lage sein, das Bild korrekt darzustellen. Auch die in Europa angebotenen BD-Recorder von Panasonic könnten 3D aufnehmen, wenn zum Beispiel der deutsche Sky-Ableger oder das ZDF einen Kanal dieser Art starten würde.

Anders verhält sich die Lage, wenn in Zukunft 3D mit Zusatzdaten gesendet wird, ähnlich also wie bei der Speicherung auf Blu-ray-Disc (H.264 MVC). Falls der Datenstrom direkt aufgezeichnet wird, bleibt die zweite Perspektive erhalten. Sie kann aber von normalen Recordern nicht decodiert und wiedergegeben werden. Das Abspielen einer Blu-ray-Disc mit einer solchen Aufzeichnung könnte theoretisch über einen 3D-Player funktionieren – aber nur, wenn das Sendeformat zu den auf Blu-ray zugelassenen Normen gehört, etwa 720p mit 60 Hertz.


3D-Erfinder Lenny Lipton

Viele Technologien, die heute 3D im Wohnzimmer oder im Kino möglich machen, stammen von einem Mann: Lenny Lipton, der im Mai 70 Jahre alt wird. Er hält 31 Patente in diesem Bereich, weitere 40 sind beantragt. Er hat die Shutterbrillen perfektioniert, mit der Entwicklung der so genannten Crystal Eyes, aber auch die Z-Screen-Scheibe für das Polfilter-Verfahren, das mit vielen DLP-Projektoren im Kino verwendet wird – also die beiden heute im Kino dominierenden Systeme. Als Filmemacher gründete Lipton 1980 die Firma Stereo-graphics, die 2005 von RealD übernommen wurde. Dass RealD heute wichtigster Partner für 3D-Technik der großen Gerätehersteller ist, verdankt die Firma den Entwicklungen Liptons. Seit seinem Ausscheiden bei RealD arbeitet Lipton für Oculus3D an einem neuen Format für 35-mm-Film. Von ihm stammt das Buch "Foundations of the Stereoscopic Cinema", das man über die Webseite www.stereoscopic.org/library kostenlos herunterzuladen kann.


HDMI & Co: Die richtigen Verbindungen

Nicht unproblematisch ist die Verbindung der Quelle zum 3D-Bildschirm. Denn wenn sie nicht passt, ist das Vergnügen vorbei, bevor es begonnen hat; oder das Bild erscheint verzerrt, unscharf oder anderweitig gestört in 2D. Die wichtigsten Möglichkeiten sind:

HDMI 1.4 – Wenn die Quelle, also etwa ein Blu-ray-Player, und das Display über HDMI nach Standard 1.4 verbunden sind, sollte es keine Probleme geben, da sich beide Komponenten dann verständigen und das optimale Übertragungsformat wählen. HDMI-Kabel mit Versionsnummer 1.4 werden nicht benötigt, ein normales High-Speed-Kabel (Cat 2) genügt.

HDMI in älteren Versionen – Einige Chipsätze älterer Bauart, etwa die in der PS3 verwendeten, unterstützen bereits die 3D-Formate, die für Blu-ray benötigt werden. Unklar ist hier derzeit nur, ob darüber auch die automatische Kennung möglich ist oder ob von Hand der passende Modus gewählt werden muss. Theoretisch wäre es denkbar, die 3D-Signale durch AV-Receiver durchzuschleifen (HDMI Passthrough); mit Sicherheit nicht möglich ist eine Skalierung im AV-Receiver oder auch das Einblenden von Menüs. Wenn das Durchschleifen nicht funktioniert, muss man eine direkte HDMI-Verbindung von Player zu Bildschirm herstellen; dann lassen sich die HD-Audiospuren (DTS-HD und Dolby TrueHD) nicht nutzen, außer beim Panasonic DMP-BDT300, der aus diesem Grund über zwei HDMI-Ausgänge verfügt.

VGA – Vor allem neuere Nvidia-Karten für PCs beherrschen 3D-Betriebsarten, und zwar in Form von 120 Hertz. Meistens ist 120 Hz aber auf XGA- oder 720p-Auflösung beschränkt, da Full-HD zu viel Bandbreite benötigt. Ob diese dreidimensionalen Signale von einem Fernseher wiedergegeben werden können, hängt von der jeweiligen Bauart ab und muss von Fall zu Fall ausprobiert werden; allein die Tatsache, dass ein Schirm 120 oder mehr Hertz wiedergeben kann, reicht dafür nicht.

Video, S-Video – Normale Videosignale über Cinch oder Hosiden können ebenfalls 3D transportieren, aber nur als Im-Bild-Format, etwa Side-by-side oder Top-bottom. Auch hier hängt es vom Bildschirm ab, ob er eine entsprechende Schaltung eingebaut hat. Blu-ray-Player geben ihre 3D-Bilder nicht über Video ab, da hier kein Kopierschutz vorgesehen ist.