AMD Radeon lernt FreeSync über HDMI und High Dynamic Range

In der vergangenen Woche trafen sich Mitarbeiter der Radeon Technologies Group im kalifornischen Sonoma. Vermutlich wurden hier viele Weichen für das kommende Jahr hinsichtlich neuer Grafikkarten gestellt – Details dazu werden aber bis auf absehbare Zeit intern bleiben. Mit einigen Details wollte man nun aber doch an die Öffentlichkeit und spricht über einige Neuheiten im Zusammenspiel zwischen GPU und Monitor, die im kommenden Jahr eine Rolle spielen sollen. Dazu gehören FreeSync über HDMI, die Unterstützung von High Dynamic Range, eine verbesserte Low Framerate Compensation sowie den kommenden Verbindungsstandard DisplayPort 1.3.

Auf einige Details werden wir auf den kommenden Seiten nun genauer eingehen, die Veränderungen erläutern und versuchen abzuschätzen, was das jeweilige Feature dem Nutzer bringen wird.

Den Anfang der Neuankündigung macht die Unterstützung von High Dynamic Range (HDR). HDR beschreibt eine höhere Darstellung von Helligkeitsunterschieden und einem größeren Dynamikumfang im Vergleich zu Standard Dynamic Range (SDR) HDMI 2.0a beispielsweise unterstützt grundsätzlich eine Übertragung in HDR, Amazon Prime Instant Video bietet einige Inhalte in den USA inzwischen damit an, die neuen 4K-Blu-rays sollen ebenfalls den höheren Dynamikumfang unterstützen. Netflix will Anfang 2016 ebenfalls erste Inhalte mit HDR-Unterstützung anbieten.

Um die Unterschiede zwischen HDR und SDR zu kennen, muss man folgendes wissen: Ähnlich wie bei den Bildwiederholungsraten von Monitor- und Fernseh-Panels schleppen die Hersteller auch bei den Übertragungstechniken noch Altlasten mit sich herum, die aus der Zeit der Röhrenmonitore stammen. Dazu gehört das Fehlen von Übertragungsstandards, die zusätzliche Informationen, wie eben zum Beispiel HDR, an die Ausgabegeräte liefern können. Also auch wenn Kino- und Fernsehproduktionen mit HDR-Informationen aufgenommen werden, werden diese Informationen bei der Übertragung wieder entfernt und heruntergerechnet. Dies betrifft den Farbraum ebenso wie Kontrast und Leuchtdichte, die aktuell bei maximal etwa 100 cd/m² liegt. Dies sorgt dafür, dass ein Schwarz nicht wirklich schwarz ist und bei zu hellen Darstellungen Informationen teilweise verloren gehen.

Nun gibt es aber mehrere Ebenen innerhalb der Erstellung von Video-Inhalten, die aufeinander abgestimmt werden müssen. Dazu gehören das Aufnahmeverfahren, die Bildbearbeitung, die Distribution in Form von Medien und eben die Darstellung auf dem Display selbst. Die Hersteller von Fernsehern und Monitoren versuchen dies mit eigenen Dynamic-Profilen und Anpassungen etwas abzufangen, doch verlorengegangene Informationen lassen sich im Nachhinein nicht mehr hinzufügen und so können diese Details allenfalls interpoliert werden. Auch technisch stehen die Hersteller dabei noch vor Herausforderungen, denn die Vorgaben von HDR lassen sich derzeit noch nicht direkt umsetzen. So bieten LC-Panels die notwendige Helligkeit, rechen beim Schwarzwert aber nicht an die Darstellungsqualität heran, wie sie OLED-Panels bieten. Auch die Hintergrundbeleuchtung muss weiter verbessert werden, um eine dynamischere Leuchtdichte zu erreichen. Einzelne Bereiche des Panels müssen deutlich granularer angesteuert werden, was die Hintergrundbeleuchtung deutlich komplexer und schwieriger macht als dies aktuell der Fall ist.

Für Darstellungen mit einer solch hohen Dynamic gibt es wie im Audio-Bereich auch bereits einen Standard namens Dolby Vision. Dieser sieht beispielsweise eine maximale Leuchtdichte von bis zu 4.000 cd/m² vor, was ein Vielfaches der aktuell möglichen Leuchtdichte entspricht. Bis wir solche Darstellungen auch im heimischen Wohnzimmer bewundern werden können, werden noch Jahre vergehen. Außerdem fehlt es an weiteren technischen Voraussetzungen, von denen HDMI 2.0a nun eine sein will.

So bietet HEVC derzeit als einziger "Consumer"-Codec die Möglichkeit, HDR-kodierte Inhalte wiederzugeben. Für solche Übertragungen wie sie Dolby Vision vorsieht, werden ebenfalls bestehende Codecs verwendet, die dann aber um weitere Daten erweitert werden. Nur Dolby-Vision-Geräte können damit überhaupt umgehen und auch die Datenrate steigt um bis zu ein Viertel an, was zusätzlich Probleme bereiten kann.

Nicht nur größere Helligkeitsunterschiede können via HDR übertragen und ausgegeben werden, auch der Dynamikumfang bei den Farben ist mit HDR größer. Der sRGB- und Adobe-RGB-Farbraum dürfte den meisten etwas sagen. Darüber hinaus definiert sind Rec. 2020 und Digital Cinema (DCI) HDR-10 UHD TV mit deutlich erweitertem Farbraum, die in weiten Bereichen den Farbraum des menschlichen Auges ausfüllt.

Auf die Übertragung und Darstellung von HDR folgt natürlich noch das Encoding. Hier will AMD in den nächsten Jahren ebenfalls neue Standards etablieren und bereits bestehende in seine eigenen Hard- und Software-Strategien einpflegen. Auch das Encoding folgt alten Vorgaben von 1930, die durch neue Standards wie dem 10-Bit ST 2084 ersetzt werden sollen.

Wie auch bei den Filmen ist HDR in Spielen keine neue Erfindung. Bei Spielen wurde mit HDR versucht, einen größeren Dynamikbereich zu simulieren, denn intern konnte zwar damit gerechnet werden, ausgegeben werden konnte die Darstellung aber nur auf dem klassischen Wege, denn weder die Ausgabeseite der Grafikkarten, noch die Übertragung und schon gar nicht die Displays könnten die mit HDR-gefüllten Informationen ausgeben. Damals noch wurde eine übersättigte Darstellung von Lichteffekten als HDR-Darstellung verstanden, die natürlich keineswegs einer echten HDR-Darstellung entsprechen konnte.

Über die Vorteile von HDR sind wir uns also sicherlich im klaren. AMD lässt aber noch zahlreiche Fragen offen. So ist keine aktuelle Grafikkarte mit AMD-GPU in der Lage, einen HDMI-2.0-Ausgang anzusteuern. Allerdings ist HDR auch per HDMI 1.4b möglich, was von einigen aktuellen Karten unterstützt wird. Während dies für die nächste GPU-Generation im Laufe des Jahres bei AMD allerdings erwartet wird, dürfte sich das Durchsetzen an HDMI-2.0a-Endgeräten für die volle Unterstützung in UltraHD bzw. 4K noch etwas hinauszögern. Anfang 2015 wurde die dazugehörige Spezifikation auf Seiten des HDMI-Konsortiums festgezurrt. Wann und in welcher Form erste Geräte mit HDMI 2.0a auf den Markt kommen werden, ist derzeit nicht bekannt. Ebenso offen ist die Frage, ob HDMI-2.0-Geräte zu HDMI 2.0a kompatibel sind.