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Lebendigere Spielerlebnisse und brillantere Farben - Das Geheimnis hinter der HDR-Technik

Links mit HDR, Rechts ohne HDR (Quelle: Dolby Vision)

HDR macht Spiele noch lebendiger

Kürzlich wurde ein neuer VESA-Standard verabschiedet: DisplayHDR - also High Dynamic Range für PC-Monitore. Dieser Standard definiert Spezifikationen für HDR auf Computer-Bildschirmen.- sorgt mit seinem hohen Kontrastumfang für brillantere und vor allem natürlichere Farben. Das geschieht durch tiefere Schwarzwerte und höhere Weißwerte. Dadurch werden Farben detaillierter dargestellt und vom menschlichen Auge deutlich naturgetreuer wahrgenommen. Auf modernen TVs ist HDR bereits weit verbreitet. Bei Computer-Bildschirmen ist dies bislang noch nicht der Fall, wenngleich die Verbreitung in den letzten Monaten rasant zunimmt. HDR spielt aber nicht nur bei der optimalen Wiedergabe von TV-Bildern eine entscheidende Rolle, denn inzwischen wird die Liste der Spiele mit HDR-Unterstützung immer länger.

Neuer HDR-Standard sorgt für Ordnung

Mit HDR werden dunkle Ecken in Spielen besser ausgeleuchtet, Explosionen krachen farbenfroher und Wälder, Berge, Wiesen, Wasser und Untote werden naturgetreuer und - Pardon - lebendiger abgebildet. Die Immersion in einem Spiel erhält dadurch einen deutlichen Schub. Und weil immer mehr Entwickler Spiele mit HDR anbieten, steigt auch bei den Hardware-Herstellern die Zahl der angebotenen Computer-Monitore mit HDR-Unterstützung. 
Dazu braucht es aber auch Richtlinien, die nun in dem neuen VESA-Standard festgelegt wurden. Bislang gibt es HDR10 / HDR10+ mit einer Abtastung von 10 Bit pro Farbkanal und Dolby Vision mit 12 Bit pro Farbkanal. Der VESA-Standard soll künftig für eine einheitliche Zertifizierung sorgen. Dieser versteht sich als öffentlicher und transparenter Standard für die PC-Industrie und liefert aussagekräftige Kennzahlen für Performance sowie Eigenschaften von HDR-fähigen Geräten.
DisplayHDR Logo

DisplayHDR: Hoher Kontrast durch hohe Mindesthelligkeiten

Die erste Version der DisplayHDR-Spezifikation wurde im Dezember 2017 veröffentlicht und brachte drei Stufen mit sich. Das wichtigste Kriterium der Einstufung ist die Helligkeit, die hier gleichzeitig den Namensgeber für die einzelnen Stufen darstellt.
Die niedrigste Stufe DisplayHDR 400 erwartet beispielsweise eine Mindesthelligkeit von 400 cd/m², in der zweiten Stufe DisplayHDR 600 schon 600 cd/m² und in der höchsten Stufe, dem DisplayHDR 1000, muss der Bildschirm enorme 1000 cd/m² liefern. Dabei handelt es sich allerdings nur um Spitzenwerte, die über 10 Prozent des Panels für 30 Minuten gehalten werden müssen. Statische Bildinhalte über die gesamte Fläche müssen bei DisplayHDR 400 mit 320 cd/m² wiedergeben werden, bei DisplayHDR 600 sind es 350 cd/m² und bei DisplayHDR 1000 sind 600 cd/m² gefordert.

Um diese dennoch hohen Werte zu erreichen, setzen die Hersteller bei ihren LCDs auf eine sehr kräftige Hintergrundbeleuchtung. Das Resultat ist ein sehr helles Weiß und somit ein hoher Kontrast. Dieser kann in Verbindung mit der Local Dimming-Technologie noch weiter gesteigert werden. Bildschirme mit dieser Technik können die LEDs der Hintergrundbeleuchtung einzeln ansteuern, dimmen und auch gänzlich abschalten, was für ein möglichst tiefes Schwarz sorgt. Hier sind hintergrundbeleuchteten Displays jedoch Grenzen gesetzt: Das tiefste Schwarz eines LCDs ist eher ein sehr dunkles Grau. Ein wirklich kräftiges Schwarz kann aufgrund der Hintergrundbeleuchtung daher nicht wiedergegeben werden.
DisplayHDR True Black-Logo

DisplayHDR True Black: Hoher Kontrast durch tiefes Schwarz

Die DisplayHDR-Spezifikation 1.0 von 2017 orientiert sich jedoch ausschließlich an Monitoren mit Flüssigkristallen samt verbauter Hintergrundbeleuchtung. Im Januar 2019 veröffentlichte die VESA daher mit der DisplayHDR True Black-Spezifikation einen weiteren Standard bzw. ein Update für die bisherigen Einstufungen.
Die neue Spezifikation ergänzt die bisherigen um zwei neue Stufen speziell für OLED- und microLED-Displays. Da diese Technologien auf selbstleuchtende Panels setzen, erreichen sie deutlich tiefere Schwarzwerte und dadurch einen noch größeren Kontrast und Dynamikumfang als herkömmliche LCDs. Die neuen True Black-Stufen orientieren sich in der Namensgebung an den bisherigen Einstufungen, setzen jedoch andere Zahlen bei Schwarzwert und Helligkeiten voraus. Für die neuen Einstufungen schreibt die VESA einen Schwarzwert von maximal 0,0005 Candela pro Quadratmeter (cd/m²) vor. Durch die Möglichkeit ein so sattes Schwarz darzustellen, ergeben sich ein extrem hoher Kontrast und Dynamikumfang, welche die der LCDs bei weitem übertreffen.

Der Vorteil von OLED- und microLED-Displays in der Darstellung tieferer Schwarzwerte wird jedoch durch eine geringere Leuchtkraft erkauft, weshalb Displays mit DisplayHDR True Black-Spezifikation geringere Helligkeiten vorweisen müssen als LCDs in der entsprechenden DisplayHDR-Stufe. Ein Anzeigegerät muss für die DisplayHDR 400 True Black-Einstufung eine Mindesthelligkeit von 400 cd/m² (10 Prozent des Panels für 30 Minuten) aufweisen. Beim Dauerleuchten müssen 250 cd/m² erreicht werden. Für die DisplayHDR 500 True Black-Einstufung muss hingegen eine Mindesthelligkeit von 500 cd/m² erreicht und statische Inhalte dauerhaft mit 300 cd/m² wiedergegeben werden.

Im Zuge der Veröffentlichung der neuen DisplayHDR True Black-Spezifikationen wurde auch eine weitere Stufe für LC-Bildschirme eingeführt: DisplayHDR 500. Hier muss eine Mindesthelligkeit von 500 cd/m² aufgewiesen und einen Wert von 320 cd/m² beim Dauerleuchten gehalten werden. Gerüchten zufolge ist diese Stufe eigens für kompakte Laptops geschaffen worden. Aufgrund der schmalen Bauweise könnte es dort sonst zu Problemen mit der Wärmeentwicklung bei der hohen Helligkeit von 600 cd/m² kommen.

Die Einstufungen der VESA DisplayHDR (True Black)-Spezifikation im Überblick:

Einstufung Spitzenhelligkeit (cd/m²) Minimalhelligkeit (cd/m²) Dauerleuchten (cd/m²) Schwarzwert (Max., cd/m²) S-W-Wechsel (Frames)
DisplayHDR 400 400 400 320 0,40 8
DisplayHDR 500 500 500 320 0,10 8
DisplayHDR 600 600 600 350 0,10 8
DisplayHDR 1000 1000 1000 600 0,05 8
DisplayHDR 400 True Black 400 250 250 0,0005 2
DisplayHDR 500 True Black 500 300 300 0,0005 2

Milliarden Farben und schnelle Reaktionszeiten

Das zweite wichtige Kriterium für die DisplayHDR-Zertifizierung ist die Farbtiefe, die bei allen Stufen 10-Bit mit 1,07 Milliarden Farben oder mehr betragen muss. Die Hersteller haben sich mit der VESA darauf geeinigt, dass lediglich native 8-Bit dargestellt werden müssen, die fehlenden 2 Bit können per Dithering hinzugerechnet werden, wie es heute bereits bei vielen High-End-Monitoren üblich ist. Ein weiteres Kriterium sind die Reaktionszeiten des Panels - hier Rise Time genannt. Für DisplayHDR und DisplayHDR True Black werden sie nicht in Grau-zu-Grau, sondern zwischen Schwarz und Weiß gemessen. Hier gilt für LCDs aller Stufen der gleiche Wert: Der Wechsel muss innerhalb von 8 Frames erfolgen, was bei einem 144-Hz-Panel 56 Millisekunden dauern würde.

Die VESA geht hiermit von Werten aus, die der Reaktionszeit des menschlichen Auges entsprechen. OLED-Bildschirme und microLED-Displays müssen den Schwarz-Weiß-Wechsel in deutlich geringeren 2 Frames vollziehen um dem VESA DisplayHDR True Black-Standard zu entsprechen.
Farbraumabdeckung

Andere Farbräume

Für die Definition der Farbtreue wird bei DisplayHDR / DisplayHDR True Black nicht mehr der RGB-Farbraum verwendet, stattdessen kommen die für die digitale Filmprojektion verwendete Norm DCI-P3 65 und die beim HDTV verwendete Norm ITU-R BT.709 zum Einsatz. Letztere muss bei der kleinsten DisplayHDR-Stufe 95 % betragen, bei den drei höheren und den True Black-Stufen ganze 99 %. Hier muss auch der Mindestwert von 90 % für DCI-P3 65 erreicht werden.

HDR Monitore bei Caseking

Bei Caseking gibt es bereits etliche HDR-fähige Bildschirme zu kaufen, auch wenn sie nicht alle vollständig den verabschiedeten DisplayHDR / DisplayHDR True Black-Standards folgen:
 

 

Freesync 2 HDR G-Sync HDR

Moderne Grafikkarten können längst HDR

Besonders die Helligkeit und Reaktionszeit verlangt der Hardware einiges ab. Dementsprechend muss auch die Grafikkarte mithalten können. Alle Nvidia-Karten der GTX 900er-, GTX 1000er- und der RTX-2000er-Reihe schaffen HDR, sind also HDR-Grafikkarten. Bei AMD sind es bereits einige Karten der Radeon-HD-79er-Serie und alle Grafikkarten ab der Polaris-Reihe.
Die in Intel CPUs integrierten Grafikchips kommen ab der Kaby-Lake-Reihe mit HDR zurecht. In den Treibereinstellungen lässt sich das überprüfen und gegebenenfalls einstellen. Kabel müssen entweder für HDMI 2.0, DisplayPort 1.3 oder höher zertifiziert sein, um HDR korrekt auf den Monitor übertragen zu können.

Mit Freesync 2 HDR und G-Sync-HDR haben AMD und Nvidia eigene Gütesiegel beziehungsweise Label ins Leben gerufen, die unabhängig von den VESA DisplayHDR-Standards sind. Diese werden an PC-Bildschirme vergeben, die mit entsprechenden Werten in Auflösung, Refresh-Rate, Helligkeit, Farbumfang und Farbtiefe aufwarten können. Die Label sollen bei der Kaufentscheidung für oder gegen einen Monitor zusätzliche Unterstützung leisten, um aus dem großen Angebot von HDR-tauglichen Geräten die bestmögliche Wahl fürs Gaming zu treffen.
Übrigens können auch aktuelle Spielekonsolen mit HDR umgehen. Microsofts Xbox One S und X sind sowohl HDR10 als auch Dolby Vision kompatibel, während die Playstation 4-Modelle von Sony bisher ausschließlich HDR10 unterstützen.

Spiele, die HDR unterstützen

Soweit zur Hardware, aber wie sieht es denn mit Spielen aus, die HDR unterstützen? HDR ist nahezu vollständig in der Spieleindustrie angekommen und immer mehr kleine und große Titel unterschiedlicher Spieleentwickler und Publisher unterstützen hohe Kontraste und Farbumfänge. Dazu gehören unter anderem (Stand 01.03.19):
  • Agents of Mayhem
  • Anthem
  • ARK: Survival Evolved
  • Assassin's Creed Origins
  • Assassin's Creed Odyssey
  • Battlefield 1
  • Battlefield V
  • Call of Duty: Black Ops 4
  • Call of Duty WWII
  • Crackdown 3
  • Destiny 2
  • Far Cry New Dawn
  • Final Fantasy XV
  • Forza Horizon 4
  • Forza Motorsport 7
  • Hitman
  • Hitman 2
  • Injustice 2
  • Mass Effect: Andromeda
  • Metro Exodus
  • Middle Earth: Shadow of War
  • Monster Hunter: World
  • Pro Evolution Soccer 2019
  • Resident Evil 2 (2019)
  • Resident Evil 7: Biohazard
  • Shadow Warrior 2
  • Shadow of the Tomb Raider
  • Star Wars Battlefront II (2017)
  • The Elder Scrolls Online
  • Tom Clancy's The Division 2
 
 

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