MPO Multi Picture Object – Das 3D-Bildformat

Die ersten für den Endkunden erschwinglichen 3D-fähigen TV Geräte kamen Anfang 2010 auf den Markt. Mit dem Einzug dieser Geräte in die Wohnzimmer gewann auch der Wunsch danach, dreidimensionales Bildmaterial selbst erzeugen und anzeigen zu können an Bedeutung. Mittlerweile (2011) wurde dieser Wunsch von der Home Entertainment Industrie erhört, und es sind erste an den Massenmarkt gerichtete 3D-fähige Geräte zur Aufnahme statischer und bewegter stereoskopischer Bilder verfügbar.

Für die dreidimensionale Photographie, im Gegensatz zur klassischen, zweidimensionalen Photographie ergibt sich ein grundsätzliches Problem: Klassische und etablierte Bildformate wie JPEG, JPEG-2000 oder PNG sind nicht zur Speicherung stereoskopischer Bilder geeignet – in den Dateien findet jeweils nur eine Photographie Platz, es werden aber zumindest zwei Photographien, eine für das rechte, eine für das linke Auge benötigt. Zwar wäre es möglich, beide Photographien in jeweils separaten Dateien in einem der genannten Formate zu speichern, für den Endkunden wäre diese Lösung jedoch unpraktisch: Was geschieht wenn eine der beiden Dateien versehentlich gelöscht wird, oder irrtümlicherweise an einem anderen Ort gespeichert wird und für die Betrachtersoftware nicht mehr auffindbar ist? Grundsätzlich sollten, um dem Nutzer den Umgang mit dem Bildmaterial zu erleichtern, alle zur Anzeige notwendigen Daten innerhalb einer einzigen Datei gespeichert sein, welche zwischen Datenträgern oder innerhalb eines Datenträgers einfach verschoben und kopiert werden kann.

Thema dieses Berichtes ist das MPO (Multi Picture Object) Format, welches eine Lösung für das Problem der Speicherung stereoskopischer Bilder bereitstellt und es ermöglicht mehrere Bilder innerhalb einer einzigen Datei zu speichern. Der erste Teil des Berichtes behandelt die theoretischen Aspekte des Formates: seine Herkunft, seinen grundsätzlichen Aufbau und seine Möglichkeiten. Der zweite Teil behandelt die praktischen Aspekte des Formates: Geräte zur Erstellung und Anzeige von MPO Dateien und die praktische Handhabung des Formates.

MPO in der Theorie

Das MPO Format wurde im Jahre 2009 von der CIPA (Camera & Imaging Products Association) standardisiert und ist heute das Standardausgabe- und Eingabeformat für dreidimensionale Photographien in den Geräten mehrerer Hersteller. Die typische Dateiendung einer MPO Datei ist '.MPO'. Der MPO Standard basiert auf dem JFIF Standard (JPEG File Interchange Format), welcher wiederum ein Containerformat für JPEG Dateien beschreibt.

Nicht nur die Struktur einer MPO Datei basiert auf Altbekanntem: Zur komprimierten Speicherung der Bilder innerhalb einer MPO Datei kommt das JPEG Verfahren zum Einsatz, tatsächlich besteht eine MPO Datei im Prinzip aus nichts anderem als einer Reihe aneinandergehängter JPEG Bilder und einigen für die dreidimensionale Darstellung notwendigen Zusatzinformationen.

Dieser Bericht behandelt ausschließlich die Struktur der Dateiformate, nicht aber das JPEG Verfahren, welches die Grundlage zur komprimierten Speicherung der Bilddaten im JFIF und MPO Format bildet. Der interessierte Leser sei an dieser Stelle auf den Bericht zum Thema JPEG mit dem Namen 'JPEG – Das Bildformat'  hingewiesen, welcher das Verfahren detailliert und in einer auch für den Laien verständlichen Weise beschreibt. Der Bericht ist frei zugänglich auf den Seiten der Firma Burosch unter http://www.burosch.de/technische-informationen.html.

Die Wurzeln des Formats: JFIF

Das JFIF Format wurde von Eric Hamilton im Jahre 1992, kurz nach der Standardisierung des JPEG Verfahrens als Ergänzung des JPEG Standards entwickelt. Da der JPEG Standard zwar ein leistungsstarkes Verfahren zur Komprimierung von Bilddaten, nicht aber ein Dateiformat zur Speicherung und Weitergabe von mit dem Verfahren komprimierten Bildern beschreibt, wird diese Lücke durch den JFIF Standard ausgefüllt.

Auch wenn JFIF als Begriff nur wenigen bekannt ist, so ist doch praktisch jeder, der im Besitz einer Digitalkamera oder eines Heimcomputers ist, schon mit Dateien im JFIF Format in Berührung gekommen, denn JFIF ist heute der De-Facto Standard für die Speicherung von JPEG Daten und was gemeinhin als 'JPEG Datei' bezeichnet wird, müsste eigentlich 'JFIF Datei' genannt werden. Die typische Dateiendung einer JFIF Datei ist '.JPG'.

JFIF HEX Editor

Abbildung 1: JFIF Marker innerhalb einer typischen JPEG Datei, visualisiert durch einen Hex-Editor. Der markierte Bereich ist ein APP0-Marker und enthält Informationen zur JFIF Version.

Innerhalb einer JFIF Datei sind verschiedene für die Dekodierung der Datei notwendige Parameter in kurzen Informationssegmenten, sogenannten JFIF Markern, gespeichert. JFIF Marker bestehen jeweils aus einigen Bytes an Information und werden durch eine zwei Byte lange Zeichenfolge der Form 0xFFXX (XX: Identifikation des Markes), gefolgt von einer Längenangabe für den Marker eingeleitet (siehe Abbildung 1).

SOI Marker (0xFFD8)
APP0 Marker (0xFFE0)
DQT Marker (0xFFDB)
DHT Marker (0xFFC4)
SOF Marker (0xFFC0)
SOS Marker (0xFFDA)

 

Komprimierte Bilddaten

 

EOI Marker (0xFFD9)

Abbildung 2: Typischer Aufbau einer JFIF Datei.

Zwei spezielle  JFIF Marker, welche auf einen Längenangabe verzichten und nur aus der zwei Byte langen Kennung bestehen, der SOI (Start-Of-Image) und der EOI (End-Of-Image) Marker markieren den Beginn und das Ende der Datei, zwischen diesen beiden Markern enthält die Datei weitere JFIF Marker sowie komprimierte Bilddaten (siehe Abbildung 2). Jede JFIF Datei enthält die für die Dekodierung der Bilddaten zwingend notwendigen Marker mit den Namen DQT (Define-Quantization-Tables), DHT (Define-Huffman-Tables), SOF (Start-Of-Frame) und SOS (Start-Of-Scan), sowie, üblicherweise direkt nach dem SOI Marker, einen Marker mit dem Namen APP0 (Application-0), welcher Informationen über die Version des JFIF Containers enthält.

Als einziger der genannten Marker ist der APP0 Marker für die Anzeige und Dekodierung des Bildes nicht zwingend notwendig, er erfüllt einen rein informativen Zweck. Außer dem APP0 Marker sind noch 14 weitere APPx Marker mit Namen APP1...APP14 im JFIF Standard beschrieben. Diese Marker werden von Anzeigeprogrammen im Zweifelsfall nicht ausgewertet und können daher für Metadaten, Erweiterungen oder sonstige beliebige Informationen genutzt werden.

Nur für zwei der APP1...APP14 Marker hat sich bislang ein Verwendungszweck etabliert: Der APP1 Marker wird üblicherweise für EXIF (Exchangable Image File Format) Daten genutzt, der APP13 Marker üblicherweise für IPTC (International Press Telecommunications Council) Daten. EXIF und IPTC sind internationale Standards für Metadaten, sie speichern Informationen zum Bild wie Zeitpunkt und Ort der Aufnahme, verwendetes Kameramodell, genutzte Kamereinstellungen, den Namen des Autors, eine Beschreibung des Bildinhaltes oder eine Miniaturansicht des Bildes. Um Fehlinterpretationen zu vermeiden, werden die APP0, APP1 und APP13 Marker üblicherweise nicht für andere Informationen genutzt, die Verwendung aller übrigen Marker steht jedoch bislang frei.  

MPO als Erweiterung von JFIF

Die Erweiterungsmöglichkeit, welche der JFIF Standard über die APPx Marker bereitstellt, wird vom MPO Format genutzt, um die organisierte Speicherung mehrerer Bilder innerhalb einer einzigen Datei zu ermöglichen. Um Konflikte mit den häufig genutzten EXIF und IPTC Markern APP1 und APP13 zu vermeiden, werden die Daten der MPO Erweiterung im APP2 Marker gespeichert.

Wie durch Abbildung 3 dargestellt, besteht eine MPO Datei aus einer einfachen Verkettung von zwei oder mehreren JPEG Dateien in JFIF Containern (nicht gezeigt in der Abbildung: JFIF Marker DQT, DHT, SOF, SOS). Die Bilder sind aneinandergehängt in einer einzelnen Datei gespeichert. Der einzige Unterschied zwischen einem einzelnen Bild in dieser Verkettung und einer herkömmlichen JPEG Datei liegt im Fehlen des APP0 Markers mit den JFIF Versionsinformationen und im Vorhandensein des APP2 Markers und den darin enthaltenen Informationen zur Darstellung der verketteten Bilder. Für gewöhnlich enthalten die Bilder in einer MPO Datei auch den APP1 Marker mit EXIF Metadaten und einer Miniaturansicht des Bildes.

Der APP2 Marker enthält einige Bytes zur Identifikation des Markers als MPO Erweiterung, Versionsinformationen zur verwendeten MPO Spezifikation, etliche Parameter, die den Blickwinkel und die genaue Position der Aufnahme beschreiben, sowie eine Typ-Zuweisung für das jeweilige Bild. Der Typ beschreibt, zu einem gewissen Grad, den Inhalt des jeweiligen Bildes und bestimmt, wie es angezeigt werden soll. Gültige Typen sind:

  • A:) Baseline MP Primary Image (Primäres Bild), ...
  • B:) Large Thumbnail  (Version in anderer Auflösung), ...
  • C:) Multi-Frame Image (andere Ansicht der Szene) und ...
  • D:) Undefined  (undefinierter Typ).

Das jeweils erste Bild in der Verkettung enthält im APP2 Marker zusätzlich einen Index aller in der MPO Datei enthaltenen Bilder, jeweils mit individuellen Kennungen, Bilddimensionen (Höhe x Breite), genauer Position in der Datei und Größe des jeweiligen Bildes innerhalb der Datei in Byte. Dieser Index wird genutzt, um auf alle Bilder innerhalb der Datei einzeln zugreifen zu können.

SOI Marker
APP1: EXIF Informationen
APP2: MPO Informationen

Bild #1

MPO Index-Tabelle

EOI Marker
SOI Marker
APP1: EXIF Informationen
APP2: MPO Informationen

Bild #2

MPO Index-Tabelle

EOI Marker

SOI Marker
APP1: EXIF Informationen
APP2: MPO Informationen

Bild #n

MPO Index-Tabelle

EOI Marker

Abbildung 3: Aufbau einer typischen MPO Datei (Bilder bereitgestellt durch Fa. Burosch Audio-Video-Technik, burosch.de).

Möglichkeiten des MPO Formates

Die Speicherung und die Darstellung stereoskopischer Bilder ist zwar der übliche Nutzungszweck für das MPO Format, MPO kann jedoch mehr. Es ist möglich, mehr als nur zwei individuelle Bilder innerhalb der Datei zu speichern und diese Bilder müssen auch nicht zwingend unterschiedliche Ansichten derselben Szene zum selben Zeitpunkt darstellen.

Die Darstellung einer Szene aus unterschiedlichen Blickwinkeln zu einem gegebenen Zeitpunkt bietet sich durch die Struktur der MPO Erweiterungen im APP2 Marker zwar an, tatsächlich war aber einer der ursprünglichen Nutzungszwecke des Formates die Speicherung zweier Varianten ein und desselben Bildes: Eine Variante in der ursprünglichen Auflösung, eine Variante in einer für die Darstellung auf HD-TVs optimierten Auflösung. Man nennt diese Form der Nutzung auch den 'Baseline' MPO Modus, sie erlaubt als einzige gültige Typen A ('Primäres Bild') und B ('Version in anderer Auflösung').

Weit häufiger als der 'Baseline' MPO Modus kommt in der Praxis der 'Extended' MPO Modus zum Einsatz. Dieser erlaubt alle Typen, und lässt durch den 'undefinierten Typ' dem Ersteller praktisch alle Freiheiten bei der Zusammenstellung der verketteten Bilder. Obwohl so praktisch eine komplette Dia-Schau (man denke an einen Satz Urlaubsbilder) innerhalb einer einzigen Datei möglich wäre, ist diese Nutzung eher selten. Im herkömmlichen Gebrauch enthält eine MPO Datei mehrere Ansichten derselben Szene, also Bilder des Typs C ('andere Ansicht der Szene'). Für den Typ C sind im MPO Standard drei Untertypen definiert: 'Panorama', 'Disparity' und 'Multi-Angle'.

Der 'Panorama' Untertypus ist weitgehend selbsterklärend und leicht von den anderen Untertypen abzugrenzen: Alle Bilder dieses Untertypus innerhalb einer MPO Datei ergebenen gemeinsam eine umfassende Ansicht einer Szenerie (z.B. Innenansicht eines historischen Gebäudes) von einem bestimmten Standort aus. Die Bilder wurden jeweils so photographiert, dass sie an den Rändern nahtlos zusammengesetzt werden können, und so für den Betrachter die Illusion einer tatsächlichen Rundumsicht schaffen können. Beispiele solcher Panorama-Bilder, wenn auch nicht im MPO Format gespeichert, sind unter anderem im WWW zu finden auf http://www.360cities.net/.

Weniger leicht fällt die Abgrenzung zwischen den Untertypen 'Disparity' und 'Multi-Angle'. Beide Typen werden für Bilder verwendet, die eine bestimmte Szene von unterschiedlichen Standorten aus und gegebenenfalls leicht oder stark unterschiedlichen Blickwinkeln zeigen. Der Unterschied zwischen den Typen liegt im vorgesehenen Anzeigemodus: Bei Bildern des Typus 'Disparity' weichen die Standorte der einzelnen Bilder untereinander nur gering ab, so gering wie etwa der typische Abstand zwischen zwei menschlichen Augen. Der 'Disparity' Typ wird bei Bildern verwendetet, die zur gleichzeitigen, dreidimensionalen Ansicht auf 3D-fähigen Geräten vorgesehen sind. Es ist möglich mehr als nur zwei Bilder des Typus 'Disparity' in der Verkettung zu speichern, und so mehrere dreidimensionale Ansichten einer Szene in einer einzigen Datei zu speichern.

Bilder des Typus 'Multi-Angle' hingegen sind üblicherweise nicht zur gleichzeitigen, dreidimensionalen Ansicht geeignet. Die einzelnen Bilder dieses Typen zeigen verschiedene, teilweise stark abweichende Ansichten einer Szene und sind zur Einzelansicht vorgesehen. Denkbar ist bei Bildern dieses Typen etwa die Ansicht eines historischen Gebäudes von der Nord-, Ost-, Süd-, Westseite oder gar aus der Vogelperspektive.

Trotz der vielfältigen Möglichkeiten des MPO Formates hat in der Praxis bislang nur ein einzelner Einsatzzweck Bedeutung: Die Speicherung und Darstellung stereoskopischer Bilder. Zu diesem Zweck beinhaltet eine MPO Datei üblicherweise zwei Bilder des Typs C ('andere Ansicht der Szene') und des Untertyps 'Disparity', die jeweils die Ansicht aus dem linken und aus dem rechten menschlichen Auge repräsentieren.

JPS als Alternative zu MPO

JPS (JPEG Stereoscopic) ist ein weiteres Bildformat, welches zur Speicherung und Darstellung stereoskopischer Bilder geeignet ist. Wie das MPO Format basiert es auf dem JPEG Verfahren und auf dem JFIF Container, bietet jedoch weit weniger Möglichkeiten als MPO und ist in der Praxis weniger verbreitet.

FPS Alternative MPO

Abbildung 4: Darstellung eines .JPS Bildes innerhalb eines gewöhnlichen (2D) Bildbetrachtungsprogramms. Man beachte die Unterschiede zwischen dem linken und dem rechten Bild, besonder deutlich erkennbar an den Bildrändern.

Eine JPS Datei besteht, im Gegensatz zu einer MPO Datei, aus einer einzigen JPEG/JFIF Datei. Die Erweiterungen für die dreidimensionale Anzeige sowie die Identifizierung als JPS Datei werden dabei im bislang nicht genutzten APP3 Marker gespeichert. Die zwei Ansichten des Bildes für die stereoskopische Darstellung sind innerhalb eines einzigen Bildes, Seite an Seite gespeichert (siehe Abbildung 4). JPS Dateien enthalten außerdem wie gewöhnliche JPG Dateien, anders als die verketteten Bilder innerhalb einer MPO Datei, üblicherweise den APP0 Marker mit den JFIF Versionsinformationen.

Die spezielle Art der Speicherung innerhalb einer JPS Datei hat einen großen Vorteil gegenüber der Speicherung innerhalb einer MPO Datei: Der einzige Unterschied zu einer herkömmlichen JPEG Datei ist der APP3 Marker, welcher von mit JPS nicht kompatiblen Anzeigeprogrammen ignoriert wird. Daher können beide Ansichten innerhalb jedem beliebigem zur Darstellung von gewöhnlichem JPEG fähigen Anzeigeprogramm dargestellt werden. Auch MPO bietet eine solche Möglichkeit zur Darstellung auf nicht kompatiblen Plattformen, jedoch nur für das erste Bild in der Verkettung – dazu später mehr.

MPO in der Praxis

Nachdem die theoretischen Aspekte des Formates im vorigen Kapiteln behandelt wurden, sollen nun die praktischen Aspekte in den Vordergrund gestellt werden. Dieses Kapitel stellt einige derzeit (Stand Juli 2011) auf dem Markt erhältlichen MPO-fähigen Geräte vor und erläutert wie MPO Dateien auf den Displays digitaler Anzeigegeräte dargestellt werden. Der Fokus liegt dabei, aufgrund der großen Bedeutung für den Einsatz in der Praxis, auf der Nutzung von MPO als 3D Bildformat.

MPO in modernen Endgeräten

Bereits heute sind Geräte auf dem Markt mittels derer der Endkunde MPO Dateien selbst erstellen kann. Die Liste dieser Geräte ist zum jetzigen Zeitpunkt noch kurz, wächst jedoch beständig. Folgende Geräte sind auf dem Markt erhältlich (Stand Juli 2011) und können dreidimensionale Photographien erzeugen und in MPO Dateien speichern:

  • von FujiFilm: die Digitalkameras FinePix Real 3D W1 (Abbildung 6) und FinePix Real 3D W3
  • von Panasonic: die Digitalkamere Lumix DMC-TZ20
  • von Sony: die Digitalkamera DSC-HX7V
  • von HTC: das Mobiltelephon EVO 3D (Abbildung 5)
  • von JVC: der digitale Camcorder JVC GY-HMZ1U
  • von Nintendo: die portable Spielkonsole Nintendo 3DS

MPO-faehiges Mobiltelephon

Abbildung 5: MPO-fähiges Mobiltelephon EVO 3D von HTC (Quelle: Wikimedia Commons).

Digitalkameras, welche dreidimensionale Photographien im MPO Format erzeugen, verfügen üblicherweise, im Gegensatz zu traditionellen Digitalkameras, über zwei Objektive statt nur einem (siehe Abbildung 6). Die beiden Objektive repräsentieren dabei die beiden menschlichen Augen und sind in typischem Augenabstand auf den Geräten angebracht. Wird der Auslöser der Kamera betätigt, so wird durch beide Objektive gleichzeitig jeweils ein digitales Bild erzeugt, welche dann im Inneren der Kamera zu einer einzelnen MPO Datei kombiniert werden und im internen Speicher oder auf einer Speicherkarte als solche gespeichert werden.

FujiFilm FinePix Real 3D

Abbildung 6: FujiFilm FinePix Real 3D W1: Zwei Objektive statt nur einem einzelnen (Quelle: fujifilm.com).

Die Geräte der Hersteller FujiFilm, HTC und Nintendo verfügen über ein spezielles Display, welches es ermöglicht, die Photographien ohne weitere Hilfsmittel in dreidimensionaler Form direkt auf dem Gerät zu betrachten (siehe hierzu auch das folgende Unterkapitel). Außer den Geräten, welche die Dateien erzeugen, sind mittlerweile verschiedene Geräte, auch solche die nicht über ein spezielles Display verfügen, fähig, MPO Dateien anzuzeigen. Zur Liste derer Geräte, welche MPO Dateien ohne zusätzliche Hardware in dreidimensionaler Form anzeigen können, zählen unter anderem die aktuellen 3D HD-TV Geräte der großen Hersteller Panasonic (siehe Abbildung 7), Sony, LG und Samsung.

MPO Full HD TV

Abbildung 7: MPO-kompatibles HD TV Gerät TX-P50GT30E (Quelle: panasonic.de / burosch.de)

Die MPO Dateien werden über USB Sticks, über Speicherkarten oder durch eine Kabelverbindung mit der Digitalkamera in die TV Geräte eingespeist und über den internen Medien-Player auf dem Bildschirm wiedergegeben (siehe Abbildung 8). Viele Geräte, unter anderem die aktuellen Panasonic TV Geräte der 'Viera' Reihe (siehe Abbildung 7) ermöglichen mittlerweile auch eine kabellose Übertragung der Daten direkt vom Aufnahmegerät oder von einem Heimserver über WLAN.

MPO Medienplayer

Abbildung 8: Typischer Weg einer MPO Datei: Die Digitalkamera (links-oben) erzeugt eine MPO Datei (rechts-oben) und spechert diese auf einer Speicherkarte (rechts-unten). Die Speicherkarte wird in einen 3D fähigen HD Fernseher (links-unten) gesteckt, dort das Bild mittels des internen Medienplayers abgespielt.

Darstellung von MPO auf 3D Displays

3D TVs verfügen über spezielle Displays, welche die Wiedergabe von MPO und anderen stereoskopischen Inhalten in einer Form ermöglichen, die beim Betrachter einen tatsächlichen dreidimensionalen Eindruck schafft. Außer bei TV Geräten kommen solche speziellen Displays auch bei anderen Geräten der Unterhaltungselektronik zum Einsatz, etwa Computer-Monitoren, Handydisplays, auf portablen Konsolen und den Displays von Digitalkameras. Bilder im MPO Format und andere stereoskopische Inhalte können nur durch ein 3D Display in ihrer vollen Farbvielfalt dreidimensional dargestellt und wahrgenommen werden.

Von Bedeutung sind im Bereich der 3D Displays heute hauptsächlich drei unterschiedliche Technologien: Shutterbrillen, Polarisationsfilter und autostereoskopische Displays. Gemeinsam ist diesen drei Technologien nur eines: Die beiden Ansichten eines stereoskopischen Bildes werden zwar (annähernd) gleichzeitig auf dem Display angezeigt, jedoch wird das Bild so gefiltert, dass die Ansicht des rechten Auges vor dem linken Auge und die Ansicht des linken Auges vor dem rechten Auge verborgen bleibt. Die Shutterbrillen- und die Polarisationsfilter-Technik kommt auch auf Leinwänden zum Einsatz.

Die Shutterbrillen-Technik nutzt die Trägheit des menschlichen Auges bei der Wahrnehmung einzelner Bilder. Die an das linke und das rechte Auge gerichteten Bilder werden nicht gleichzeitig, sondern abwechselnd in schneller Reihenfolge auf dem Display oder der Leinwand dargestellt. Die Betrachter tragen Shutterbrillen, die eine Stromversorgung enthalten und deren Gläser aus zwei Flüssigkristallflächen bestehen. Die Flüssigkristallflächen werden abwechselnd zwischen durchlässig und undurchlässig umgeschaltet. So wird entweder das linke oder das rechte Auge abgedeckt und das jeweils angezeigte Bild ist nur durch ein Auge wahrnehmbar. Damit dies synchron mit dem dargestellten Bild auf dem Display oder der Leinwand geschieht, jedes Auge also nur das ihm zugeordnete Bild wahrnimmt, muss eine Verbindung zwischen dem darstellenden Gerät (i.d.R. TV oder Projektor) und der Shutterbrille bestehen. Diese wurde früher durch ein Kabel realisiert, heute hauptsächlich durch ein Infrarot-Signal (siehe Abbildung 9). Der menschliche Betrachter bemerkt von den Vorgängen hinter der Technik nichts und nimmt nur das dreidimensionale Bild war.

Bei der Shutterbrillen-Technik können sogenannte 'Crosstalk'-Effekte auftreten, wenn die Brille das jeweilige Auge nicht völlig synchron mit dem angezeigten Bild abdunkelt. In diesem Fall wird z.B. die für das rechte Auge bestimmte Ansicht minimal zu lange angezeigt, während die Shutterbrille bereits für das linke Auge öffnet – das linke Auge nimmt dann noch kurz die für das rechte Auge bestimmte Ansicht wahr und es entstehen störende Doppelkonturen. Ob und wie stark ein Gerät von Crosstalk betroffen ist kann mit geeigneten Testbildern, überprüft werden. Entsprechende Testbilder sind verfügbar auf den Seiten der Firma Burosch unter

http://www.burosch.de/store/index.php?route=product/product&path=4&product_id=8.

 

Shutterbrille

Abbildung 9: Panasonic Shutterbrille TY-EW3D10E: Synchronisation durch Infrarot-Signal (Quelle: panasonic.de)

Im Home Entertainment Bereich kommt die Shutterbrillen-Technik bereits längere Zeit zum Einsatz. Diverse Shutterbrillen und entsprechende Grafikkarten für PCs, welche die dreidimensionale Darstellung von Spielen erlaubten, waren bereits um das Jahr 2000 auf dem Markt. Heute ist die Shutterbrillen-Technik die dominierende Technik bei 3D TVs im Heimbereich. Allgemein hat sie den Vorteil, dass sie praktisch auf jedem Gerät realisierbar ist, dessen Display eine genügend hohe Bildwiederholfrequenz aufweist und das über einen geeigneten Weg zur Synchronisation mit den Shutterbrillen verfügt. Shutterbrillen-Kompatibilität erhöht dementsprechend die Produktionskosten der Anzeigegeräte nur in geringem Maße. Die Brillen selbst sind, aufgrund der Flüssigkristallflächen und der notwendigen Komponenten zur Synchronisation nicht billig herstellbar. Für ein größeres Publikum wie z.B. im Kino ist die Shutterbrillen-Technik nur bedingt geeignet, da Beschädigung und Diebstahl ein finanzielles Risiko darstellen. Auch für portable Geräte ist die Technik aufgrund der Notwendigkeit des Mitführens und Tragens der zugehörigen Brillen nur wenig geeignet.

Im Bereich der Leinwand-Projektion, insbesondere in 3D Kinos, ist die Polarisationsfilter-Technik die am weitesten verbreitete Technik. Bei dieser Technik werden die beiden Ansichten des stereoskopischen Bildes gleichzeitig mittels unterschiedlichen polarisierten Licht dargestellt. Die Gläser der zugehörigen Brillen bestehen aus Polarisationsfiltern, welche jeweils nur für das polarisierte Licht einer Ansicht durchlässig sind und die andere Ansicht blockieren (siehe Abbildung 10). Diese Technik kam bereits lange vor dem 3D Boom im Jahre 2009 in IMAX 3D Kinos zum Einsatz.

Die Polarisationsfilter-Technik stellt eine Herausforderung für Anzeigegeräte dar: Projektionsgeräte müssen polarisiertes Licht erzeugen, herkömmliche Leinwände auf Textilbasis können aufgrund der Zerstreuung des Lichts nicht verwendet werden, entsprechende Displays müssen - ohne Verlust von Schärfe oder Kontrast - aus zwei Schichten (eine für jede Polarisation) aufgebaut sein. Die Polarisationsfilter-Technik ist aus diesen Gründen allgemein im Bereich des Home Entertainment, bei 3D TVs und bei portablen Geräten heute (Stand 2011) noch eher selten. Ihr klarer Vorteil liegt in der Einfachheit der notwendigen Brillen. Diese enthalten keine komplizierten Komponenten und sind daher als Wegwerfprodukte herstellbar. Verlust und/oder Diebstahl sind im Gegensatz zur Shutterbrillen-Technik keine finanzielle Gefahr.

Polarisationsfilterbrille

Abbildung 10: 'Real D' Polarisationsfilterbrille: wird eingesetzt unter anderem in Cinemaxx Kinos (Quelle: Wikimedia Commons)

Autostereoskopische Displays schließlich ermöglichen als einzige Technologie die dreidimensionale Darstellung von Bildern ohne weitere Hilfsmittel – Brillen wie bei der Shutterbrillen- und Polarisationsfilter-Technik sind nicht notwendig. Über der Darstellungsfläche enthalten diese Displays ein Linsenraster oder eine Streifenmaske, welche sicherstellen dass die dargestellten Pixel immer nur das jeweils passende Auge erreichen.  Die dreidimensionale Darstellungsqualität autostereoskopischer Displays ist stark von der Kopfposition des Betrachters abhängig: Bereits eine kleine Änderung dieser Position kann zu einer merklichen Verschlechterung oder Verbesserung der wahrgenommenen Qualität führen. Manche Geräte können diese Effekte teilweise ausgleichen, indem sie mittels Head Tracking oder Eye Tracking die Kopfbewegungen des/der Betrachter verfolgen und entsprechend das Linsenraster oder die Streifenmaske anpassen.
Die Technik lässt sich nicht auf Leinwände übertragen, für ein größeres Publikum wie z.B. im Kino sind autostereoskopische Displays aus den genannten Gründen ohnehin ungeeignet. Auch im Home Entertainment Bereich hat die Technik bislang praktisch keine Bedeutung. Sehr gut geeignet ist die Technik hingegen für portable Geräte, da dort von nur einem einzelnen Betrachter ausgegangen werden kann und das Mitführen und Tragen von 3D Brillen unterwegs eher unpraktisch ist. Autostereoskopische Displays sind heute im Einsatz unter anderem in den 3D Digitalkameras FujiFilm Real 3D W1 und FujiFilm Real 3D W3, in Nintendos portabler Spielekonsole Nintendo 3DS und im 3D Mobiltelephon HTC EVO 3D (Stand 2011).

Darstellung von MPO auf 2D Displays

Stereoskopische Bilder im MPO Format können auch auf klassischen zweidimensionalen Displays betrachtet werden. Eine Reihe unterschiedlicher Darstellungsmodi bietet sich dazu an:

  • JPEG Komaptibilitätsmodus (nur eine Ansicht)
  • Anzeige in zeitlicher Abfolge (Diashow)
  • Anzeige neben- oder übereinander (Side-by-Side, Top-and-Bottom)
  • Anzeige als Grau- oder Farb-Anaglyphen-Bild

Der einfachste der genannten Darstellungsmodi ist der JPEG-Kompatibilitätsmodus. Dieser kann auf Geräten und mit Anzeigeprogrammen genutzt werden, die zwar nicht mit MPO, aber dafür mit JPEG kompatibel sind. Aufgrund des speziellen Aufbaus einer MPO Datei (der Verkettung mehrerer JFIF/JPEG Dateien innerhalb einer einzelnen Datei) ist es mit Einschränkungen möglich, die Bilder auch auf solchen inkompatiblen Plattformen wiederzugeben. Im JPEG-Kompatibilitätsmodus wird nur die das erste Bild in der Verkettung angezeigt, der Rest der Datei ignoriert. Üblicherweise ist das erste Bild in der Datei die linke Ansicht des stereoskopischen Bildes (siehe Abbildung 11).

JPEG-Kompatibilitätsmodus

Abbildung 11: Darstellung einer MPO Datei im JPEG-Kompatibilitätsmodus

Theoretisch kann jede JPEG kompatible Plattform MPO Dateien im Kompatibilitätsmodus anzeigen. Da Medien-Player und Betrachtersoftware jedoch häufig auch von der Dateierweiterung der anzuzeigenden Dateien abhängig sind, MPO Dateien aber statt .JPG die (in diesem Fall unbekannte) Erweiterung .MPO haben, funktioniert diese Art der Anzeige in vielen Fällen nicht ohne ein manuelles Ändern der Dateierweiterung seitens des Nutzers.

MPO Datei im Bildbetrachtungsprogramm

Abbildung 12: Anzeige einer MPO Datei im Bildbetrachtungsprogramm Irfanview: Umschalten zwischen den Ansichten / Seiten

Viele Betrachterprogramme für Heimcomputer sind mittlerweile MPO-kompatibel, verfügen aber über keinen geeigneten Modus zur gleichzeitigen Anzeige der beiden Ansichten. Eine Behelfslösung ist daher die Anzeige in zeitlicher Abfolge, auch bekannt als Diashow. Der Nutzer kann bei dieser Lösung zwischen den Anzeigen hin- und herschalten (siehe Abbildung 11).

Bildbetrachtungs- und Bearbeitungsprogramme, die auf stereoskopische Bilder spezialisiert sind, bieten zumeist verschiedene Modi für die gleichzeitige zweidimensionale Darstellung von MPO Dateien an. Zwei einfache Fälle sind der Side-by-Side (Abbildung 13) und der Top-and-Bottom (Abbildung 14) Modus für die Darstellung der beiden Ansichten neben- bzw. übereinander.

Side-by-Side

Abbildung 13: Side-by-Side Ansicht eines in einer MPO Datei gespeicherten stereoskopischen Bildes. Man beachte die Unterschiede zwischen den beiden Ansichten, besonders gut erkennbar an den Bildrändern.

Top-and-Bottom

Abbildung 14: Top-and-Bottom Ansicht eines in einer MPO Datei gespeicherten stereoskopischen Bildes. Man beachte die Unterschiede zwischen den beiden Ansichten, besonders gut erkennbar an den Bildrändern.

Die beiden Darstellungsmodi machen insbesondere dann Sinn, wenn das stereoskopische Bild bearbeitet werden soll, also etwa Manipulation von Bildschärfe, Kontrast, Helligkeit oder Zuschneidung vorgenommen wird. Durch gleichzeitige Darstellung behält der Nutzer die Übersicht über beide Ansichten und sieht die Auswirkungen etwaiger Veränderungen sofort.

Die letzten beiden Darstellungsmodi in der Liste, die Anzeige als Grau- oder Farb-Anaglyphen-Bild, ermöglichen mit Hilfe einer entsprechenden Brille die dreidimensionale Darstellung auf eigentlich ungeeigneten Displays, Projektoren und Leinwänden. Bei der Anaglyphen-Technik werden die beiden Ansichten eines stereoskopischen Bildes jeweils mit Rot- und Cyan-Filtern eingefärbt und übereinandergelegt.  Der Betrachter trägt eine spezielle Anaglyphenbrille, deren Gläser wiederum jeweils aus einem Rot- und einem Cyan-Filter bestehen (siehe Abbildung 15). Die Filter in der Brille sind jeweils nur für die in einer Farbe eingefärbte Ansicht durchlässig und es entsteht ein dreidimensionaler Eindruck. Die Anaglyphen-Technik war auch die dominierende Technik während des ersten 3D Booms in den Kinos ab der Mitte der 50er Jahre des letzten Jahrhunderts und wurde seither immer wieder im Kino, im Fernsehen und in der frühen 3D Photographie eingesetzt.

Anaglyphenbrille

Abbildung 15: Typische Anaglyphenbrille: Rot- (links) und Cyan-Filter in den Gläsern (Quelle: Wikimedia Commons)

Aufgrund der zu verwendenden Farbfilter reduziert die Anaglyphen-Technik die Farbvielfalt des ursprünglichen Bildes. Da die Farben Rot und Cyan verwendet werden um die Tiefeninformation im Bild zu kodieren kann die ursprüngliche Farbtreue nicht beibehalten werden. Der bestmögliche 3D Effekt wird tatsächlich nur dann erreicht, wenn auf Farbe gänzlich verzichtet wird und zunächst in Graustufen konvertiert wird (siehe Abbildung 16).

Einen Kompromiss stellt das Farb-Anaglyphen-Bild dar: Bei dieser Form der Darstellung  werden die beiden Ansichten ebenfalls mit Rot- und Cyan-Filtern eingefärbt, es wird jedoch ein Teil der ursprünglichen Farben beibehalten (siehe Abbildung 17). Der dreidimensionale Eindruck eines Farb-Anaglyphen-Bildes ist in der Regel etwas schwächer als bei einem enstsprechenden Grau-Anaglyphen-Bild.

Die Anaglyphen-Technik stellt kaum Anforderungen an das darstellende Medium und ist heute auf allen Arten von Farbdisplays, Leinwänden und Projektoren möglich, so lang eine ausreichende Farbtiefe gewährleistet ist. Anaglyphen-Brillen sind billig als Wegwerfartikel herstellbar. Dennoch kann der Anaglyphen-3D-Effekt die Darstellung auf echten 3D Displays, insbesondere für das Shutterbrillen- oder Polaristionsfilter-verwöhnte Auge, kaum ersetzen – zu störend sind die Abstriche im 3D Effekt, der Verlust an Farbtreue und der durch die unterschiedlich gefärbten (Rot und Cyan) Ansichten verwirrende Effekt auf die menschliche Wahrnehmung.

Grau-Anaglyphen-Bild

Abbildung 16: Ein aus einer MPO Datei mittels Rot- und Cyan Filtern erzeugtes Grau-Anaglyphen-Bild

Farb-Anaglyphen-Bild

Abbildung 17: Ein aus einer MPO Datei mittels Rot- und Cyan Filtern erzeugtes Farb-Anaglyphen-Bild

''JPEG – Das Bildformat'' von Matthias Stirner: Eine detailierte Kurzübersicht über das JPEG Format, welche auch für den Laien verständlich die inneren Vorgänge und die praktische Nutzung des Formats beschreibt. Frei zugänglich und zu finden auf den Seiten der Firma Burosch unter http://www.burosch.de/technische-informationen.html.

Literaturempfehlungen & Quellen

Die verwendeten Bilder wurden dort wo nicht anders beschrieben von der Firma Burosch Audio-Video-Technik bereitgestellt. Die Firma ist im WWW zu finden unter: www.burosch.de. Dem interessierten Leser seien zur weiterführenden Recherche folgende Werke empfohlen:

''JPEG – Das Bildformat'' von Matthias Stirner: Eine detailierte Kurzübersicht über das JPEG Format, welche auch für den Laien verständlich die inneren Vorgänge und die praktische Nutzung des Formats beschreibt. Frei zugänglich und zu finden auf den Seiten der Firma Burosch unter

JPEG - Das Bildformat Teil 1: Theorie und Grundlagen

JPEG - Das Bildformat Teil 2: Praxis

''JFIF Spezifikation v1.02'' von Eric Hamilton: Die Spezifikation des JFIF Formats, auf dem MPO basiert. Frei erhältlich unter http://www.jpeg.org/public/jfif.pdf.

''Multi Picture Format'' von verschiedenen Autoren: Die Spezifikation des MPO Formates. Enthält Illustrationen für die verschiedenen Einsatzmöglichkeiten des Formates. Zu beziehen unter: www.cipa.jp/english/hyoujunka/kikaku/pdf/DC-007_E.pdf.

Falls Sie durch diesen Bericht auf den Geschmack gekommen sind, und nun selbst MPO Dateien erzeugen, bearbeiten oder konvertieren möchten, empfehlen wir Ihnen dieses Programm:

''Stereo Photo Maker'' für MS Windows, ein Programm speziell zur Manipulation stereoskopischer Bilder: Das Programm ermöglicht das Konvertieren von MPO Dateien in eine Reihe anderer Formate, etwa das JPS Format oder, als Anaglyphen-Bild, das JPEG Format. Einige Basis-Manipulationen wie Änderung von Kontrast, Helligkeit, Bildschärfe oder Zuschneiden des Bildes sind ebenfalls möglich. Wenn Sie momentan (noch) kein MPO-fähiges Aufnahmegerät besitzen, dann können Sie die beiden Ansichten mit einer herkömmlichen Digitalkamera einzeln aufnehmen und mit Stereo Photo Maker zu einer MPO Datei kombinieren. Das Programm ist kostenfrei erhältlich auf der Seite der Autors unter http://stereo.jpn.org/ger/stphmkr/index.html.

 

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