Bildqualität bei TV-Sendern

Von der digitalen Fotografie wissen wir, dass die Dateigrößen einzelner Aufnahmen erheblich voneinander abweichen, obwohl alle Bilder gleichermaßen brillant wirken. Denn das Datenvolumen wird vom Bildinhalt bestimmt.

Was man über Datenraten wissen sollte

Diese Gesetzmäßigkeit trifft auch auf das Fernsehen zu, das sich ja auch „nur“aus unzähligen Einzelbildern, gewöhnlich 25 pro Sekunde, zusammensetzt. Allerdings kommt beim TV ein zusätzlicher Aspekt hinzu: So sorgt etwa ein Nachrichtensprecher für ein ungleich geringeres Datenaufkommen als eine Sportübertragung mit reichlich Bewegung.

Die Übertragungskapazität eines Satellitentransponders ist begrenzt. Je nach gewählten Übertragungsparametern bewegt sie sich auf Astra 19,2 Grad Ost in etwa zwischen 30 und 40 MBit/s. Diese Kapazität wird auf alle über einen Transponder zu übertragenden Dienste aufgeteilt. In welchem Verhältnis dies geschieht, ist variabel. So können einzelne Programme mit mehr oder weniger Datenrate ausgestattet werden. Grundsätzlich sorgen höhere Datenraten für detailreichere Darstellung.

Grundlagen digitaler Bildübertragung

Beim Digitalfernsehen wird nicht jedes TV-Bild zur Gänze übertragen. Dies erfolgt nur nach je etwa einer halben Sekunde. Bei allen dazwischen liegenden Bildern werden nur die Änderungen von einem Bild zum nächsten übertragen. Stellen wir uns dazu eine Landschaft vor, durch die ein Auto fährt. Da nur das Fahrzeug ständig seine Position verändert, müssen nur die von ihm belegten Bildpunkte kontinuierlich übertragen werden, während der große Rest des Bildes unverändert bleibt und so nur alle rund 0,5 Sekunden zur Ausstrahlung gelangt. Da im Gegenzug bei einem Kameraschwenk der gesamte Bildinhalt fortlaufenden Änderungen unterworfen ist, müssen bei ihm stets alle Bilder im vollen Umfang übertragen werden. Was ein Ansteigen der Datenrate um ein Mehrfaches zur Folge haben kann.

Dynamische Datenübertragung

Schauen wir ein TV-Programm, nehmen wir dessen Bildqualität unabhängig von dem, was gerade gezeigt wird, im Wesentlichen als immer gleich gut wahr. Die Ursache liegt in der dynamischen Datenübertragung. Was so viel heißt, dass die von einem Sender genutzte Datenrate ständigen Schwankungen ausgesetzt ist. Vor allem für SD-Ausstrahlungen wird die dynamische Datenrate großteils eingesetzt. Auch bei HD-Sendern wird sie mehrheitlich genutzt. Bei ihr fasziniert, in welch großem Ausmaß die dynamische Zuteilung der zur Verfügung stehenden Gesamtdatenrate erfolgen kann. Sie lässt sich zum Beispiel sehr gut mit der PC-Software 4T2 Content Analyser grafisch darstellen. Wobei das Kurvendiagramm jeweils eine Zeitspanne von 100 Sekunden abdeckt. Das genügt, um gut Tendenzen zu erkennen. Eine verbindliche Aussage darüber, welche minimalen und maximalen Datenraten von einzelnen Programmen genutzt werden, ist damit allerdings nicht möglich. Dies hängt zu stark von den gerade gezeigten Inhalten der in einem Multiplex zusammengefassten Programmen ab.

Vor allem die deutschen Privatsender lassen extreme Schwankungen zu, die sich bei den Hauptprogrammen zwischen etwa 2 und 9 MBit/s bewegen können. Kleinere Spartensender, wie etwa RTLplus, bewegen sich auf niedrigerem Niveau mit Spitzen bis etwa 5 MBit/s. Bei den Öffentlich-Rechtlichen hält sich die Schwankungsbandbreite auf den SDTranspondern etwas mehr in Grenzen. So liegt sie etwa auf dem ARD-Transponder auf der 11,836 GHz und dem des ZDF auf 11,954 GHz, beide horizontal, im Bereich von rund 3,5 bis 9 MBit/s.

Starre Datenübertragung

Bei ihr wird einem TV-Programm eine feste Datenrate zugewiesen, die ihm jederzeit unabhängig von den zu übertragenden Inhalten zur Verfügung steht. Ist die starre Datenrate zu gering bemessen, kann sie zwar bei geringen Bewegungen für ausgezeichnete Bildqualität sorgen. Bei Schwenks kann es aber zu gefürchteten Klötzchenbildungen kommen, die das Bild bis nahe der Unkenntlichkeit zerstören können.

Der Einsatz von starren Datenraten ist bei HD-Signalen auf Astra 19,2 Grad Ost

gar nicht so selten. Absolut üblich ist sie bei den deutschen UHD-Sendern. RTL UHD kommt etwa mit 24MBit/s und Sky Sport UHD mit fast 25 MBit/s. UHD1 und QVC UHD sind mit starren 20MBit/s immer noch recht gut ausgestattet. So sind uns etwa auf UHD1 während der Fußball EM und den Olympischen Sommerspielen keine Mängel in der Bilddarstellung aufgefallen.

Auch bei HD ist die starre Datenrate immer wieder anzutreffen. Etwa bei Servus TV HD in der deutschen und österreichischen Version auf 11,303 GHz horizontal. Während sie mit kontinuierlichen 10MBit/s ausgestattet sind, nutzen die auf demselben Transponder ebenfalls aufgeschalteten ORF-Kanäle die dynamische Datenrate mit einem Schwankungsbereich von etwa 5,5 bis 15,5MBit/s. In Summe belegen ORF1 und 2 HD dabei jeweils 20 MBit/s. Was sich sehr gut aus dem mit 4T2 ermittelten Kurvenverlauf erkennen lässt.

Weiter setzen ZDF HD und ZDF Neo HD auf starre Datenrate auf der Frequenz 11,362GHz horizontal, wobei man sich je 15,5MBit/s leistet. Platz genug ist ja auf dem Transponder, da er selbst so nur zu etwa 72 Prozent ausgelastet ist und noch genügend Platz für ein weiteres HDProgramm hätte.

Selbst bei SD-Sendern ist die starre Datenrate mitunter anzutreffen. So etwa auf der Frequenz 11,273GHz horizontal, auf der alle anderen Programme außer die des ORF mit konstanter Datenrate übertragen werden. Da es sich hier um kleinere Spartenkanäle handelt, sind diese generell mit geringer Übertragungskapazität von etwa 1 bis 2 MBit/s ausgestattet, was sich im Bild durchaus schon bemerkbar macht.

SD, HD, UHD

Hinter SD, HD und UHD verbergen sich nicht nur unterschiedliche Auflösungen, sondern auch voneinander abweichende

Übertragungstechniken. So nutzt man etwa für SD-Ausstrahlungen hauptsächlich den inzwischen seit 25 Jahren eingesetzten DVB-S-Standard mit MPEG2-Komprimierung. Für das viermal so scharfe HD kommt das modernere DVBS2 mit MPEG-4-Komprimierung zum Einsatz. Was dazu führt, dass die für HD erforderlichen Übertragungskapazitäten in etwa jenen für SD entsprechen oder bei Premiumkanälen nur marginal darüber liegen können. Damit lassen sich auf einem Transponder in etwa gleich viele SD- oder HD-Programme übertragen, obwohl HD ja eigentlich vom Prinzip her höhere Datenraten veranschlagen müsste.

Der Vergleich führt uns aber auch die Ineffizienz von SD vor Augen, die sich die Öffentlich-Rechtlichen und Privaten nach wie vor eine Menge Geld kosten lassen. Lediglich für UHD, das in DVB-S2 mit HEVC-Komprimierung ausgestrahlt wird, kommt in etwa die doppelte Datenrate wie bei HD zum Einsatz.

Wirtschaftlichkeit

Ohne bei der Bildqualität Abstriche machen zu müssen, erlaubt es die dynamische Datenrate, mehr Programme auf einem Transponder unterzubringen als mit kontinuierlichem Datenstrom. Grundlage ist dabei die Tatsache, dass kaum mehrere Programme gleichzeitig datenintensive Bildinhalte übertragen. Damit kann das zur Verfügung stehende Datenvolumen individuell auf jene Kanäle aufgeteilt werden, die es gerade am meisten benötigen. Gleichzeitig wird es andere Sender geben, bei denen sich bei den Bildinhalten gerade so gut wie gar nichts tut und diese so mit geringem Datenstrom das Auslangen finden. Nur so ist es etwa möglich, auf einem Transponder bis zu etwa zehn HD-Kanälen bei immer noch guter Bildqualität unterzubringen. Bei starrer Datenrate wäre etwa bei der Hälfte Schluss.