Monitor-Bildwiederholraten: Alles, was Sie wissen müssen

Monitor-Bildwiederholraten: Alles, was Sie wissen müssen

Hohe Bildwiederholraten bei Displays machen nur zusammen mit schnellen Panel-Schaltzeiten richtig Sinn – wie beim Spieler-Display AOC Agon AG251FG. Ist das nicht der Fall, entstehen trotzdem Bildunschärfen.
Hohe Bildwiederholraten bei Displays machen nur zusammen mit schnellen Panel-Schaltzeiten richtig Sinn – wie beim Spieler-Display AOC Agon AG251FG. Ist das nicht der Fall, entstehen trotzdem Bildunschärfen.
Foto: AOC

Der Bildwiederholfrequenz kommt bei Monitoren eine Schlüsselbedeutung zu. Sie kann nicht hoch genug sein, bildet sie doch die Grundlage, damit sich Bewegungen auf dem Schirm flüssig darstellen lassen. Eine niedrige Bildwiederholrate sticht bei Videos und Spielen besonders ins Auge. Das Bild ruckelt. Doch auch sonst macht sich eine langsame Anzeige bemerkbar. So verschwimmt etwa die Schrift, wenn Sie im Browser schnell nach unten scrollen.

Bildwiederholraten werden in Hertz angegeben und beschreiben die Anzahl der Aktualisierungen des Anzeigebildes. Um die Trägheit des Auges zu überwinden, reichen bei Flachbildmonitoren bereits 60 Hertz aus. Hier aktualisiert sich das Monitorbild alle 16,7 Millisekunden oder jede Sechzigstel-Sekunde (1/60). Alle Ruckler in Bewegungen lassen sich damit jedoch nicht vermeiden.

Gerade bei Spielemonitoren gehen die Bildwiederholraten ständig in die Höhe. Neben 120 oder 240 Hertz begegnen Ihnen auch krumme Angaben wie etwa 144 oder 165 Hertz. Wie schnell diese Panels die Anzeige aktualisieren, sehen Sie in der Tabelle “Im Überblick: Bildwiederholraten und Aktualisierungsintervalle”. In diesem Ratgeber finden Sie Antworten, wie die Monitorfrequenzen zustande kommen .

Der Ursprung der Bildwiederholraten liegt in der Kinofilmproduktion und geht auf die 1920er Jahre zurück. Damals war Filmmaterial extrem teuer und sollte möglichst sparsam eingesetzt werden. Mit der Einführung des Tonfilms hat sich eine Standardrate von 24 Bildern pro Sekunde (Frames per Second oder fps) etabliert. Sie gilt seither als internationaler Standard. 24 fps ist ein Minimalkompromiss, um Bewegtbild fürs Auge flüssig und weitgehend ohne Flackern aufzunehmen und abzuspielen. Der Standard gilt immer noch als Grundlage für Kinoproduktionen, obwohl mit dem HFR-Verfahren (High Frame Rate) inzwischen Filme mit 48 fps möglich sind. Als erster HFR-Kinofilm gilt “Der Hobbit: Eine unerwartete Reise” von Peter Jackson von 2012. Neben dem Kino hat auch das Fernsehen einen entscheidenden Einfluss auf die Bildwiederholraten von Ausgabegeräten. So orientiert sich die US-Fernsehnorm NTSC an der amerikanischen Wechselstromfrequenz von 60 Hertz, während die hierzulande verwendete Norm – PAL – an die 50-Hertz-Stromfrequenz angeglichen ist. Entsprechend werden Inhalte auf Fernseher in 60 beziehungsweise 50 Bildern pro Sekunde gesendet.

Klassisches Kinomaterial wird mit 24 Bildern pro Sekunde aufgenommen. Doppelt so schnell geht es inzwischen auch, wie die Hobbit-Verfilmung zeigt, die als erster Kinofilm in HFR mit 48 fps entstand.
Klassisches Kinomaterial wird mit 24 Bildern pro Sekunde aufgenommen. Doppelt so schnell geht es inzwischen auch, wie die Hobbit-Verfilmung zeigt, die als erster Kinofilm in HFR mit 48 fps entstand.
Foto: Amazon

In beiden Fällen hat es sich ursprünglich jedoch nicht um Vollbilder gehandelt, sondern um Halbbilder. Sie wurden und werden eingesetzt, um Bandbreite beim Senden einzusparen und das Flimmern zu verringern. Üblich ist etwa das Halbbildoder Zeilensprungverfahren (Interlacing). Dabei wird das in 30 oder 25 Vollbildern aufgenommene Material halbiert. Die zwei Halbbilder lassen sich nacheinander senden und jeweils um eine Zeile versetzt am Bildschirm anzeigen. Im ersten Halbbild sind alle ungeraden Zeilen, im zweiten alle geraden Zeilen. Da das menschliche Auge die einzelnen Zeilen nicht als flimmernd, sondern eher als wandernd wahrnimmt, integriert es die Zeilensprünge im Idealfall zu einem Gesamtbild und nimmt so 60 oder 50 vollständige Bilder wahr.

Auf Bildwiederholraten von Monitoren hat neben der Kinofilmproduktion auch das Fernsehen Einfluss. Letzteres nutzt das Zeilensprungverfahren, um Vollbilder mit 25 oder 30 fps auf 50 oder 60 Halbbilder aufzuteilen.
Auf Bildwiederholraten von Monitoren hat neben der Kinofilmproduktion auch das Fernsehen Einfluss. Letzteres nutzt das Zeilensprungverfahren, um Vollbilder mit 25 oder 30 fps auf 50 oder 60 Halbbilder aufzuteilen.
Foto: Wikipedia

Die Bildraten aus Kino und Fernsehen finden sich in den Bildwiederholfrequenzen aktueller Monitore wieder. Oft entsprechen sie einem Vielfachen und basieren entweder auf den 24 fps aus der Kinowelt oder auf den 50/25 beziehungsweise 60/30 fps aus dem TV-Bereich. Zum Beispiel kommt die Bildwiederholrate von 144 Hertz durch 6 mal 24 Hertz zustande. Eine Bildfrequenz von 120 Hertz entspricht 5 mal 24 Hertz genauso wie 4 mal 30 Hertz oder 2 mal 60 Hertz. In der Tabelle “Hohe Monitor-Bildwiederholrate: Alte Standards vervielfacht” finden Sie einige gängige Beispiele aufgeführt.

Im Überblick: Bildwiederholraten und Schaltzeiten bei Monitoren

Bildwiederholrate

Bildaktualisierung alle

Bildaktualisierung in Sekunden

30 Hertz

33,33 Millisekunden

1/30 s

60 Hertz

16,66 Millisekunden

1/60 s

120 Hertz

8,33 Millisekunden

1/120 s

144 Hertz

6,94 Millisekunden

1/144 s

240 Hertz

4,16 Millisekunden

1/240 s

500 Hertz

2,00 Millisekunden

1/500 s

Obwohl der Röhrenmonitor (CRT) schon lange vom LC-Display abgelöst ist, gehen grundlegende Erkenntnisse zur Bildwiederholungsrate auch auf ihn zurück.

Eine Eigenschaft des CRT-Schirms liegt im Flimmern. Es entsteht, wenn Helligkeitsänderungen stark wahrgenommen werden. Bei Frequenzen von etwa 50 Hertz beginnt das Flimmern zu verschwinden – ein konstantes Licht tritt an seine Stelle. Deshalb bezeichnet man die Frequenz dieses Übergangpunktes auch als Flimmerverschmelzungsfrequenz (FVF).

Im ersten TCO-Prüfsiegel von 1992 galten Röhrenmonitore mit Bildfrequenzen von mindestens 72 Hertz als flimmerfrei.
Im ersten TCO-Prüfsiegel von 1992 galten Röhrenmonitore mit Bildfrequenzen von mindestens 72 Hertz als flimmerfrei.
Foto: TCO

Dieser Eindruck eines ruhigen Bildes sollte nicht nur für die Bildschirmmitte gelten, sondern vielmehr auch für die Ränder eines CRT-Schirms. Das seitliche Blickfeld setzt jedoch eine höhere Flimmerverschmelzungsfrequenz als 50 Hertz voraus.

Hier kommt die TCO ins Spiel. In der ersten Norm der schwedischen Angestellten-Gewerkschaft (TCO 92) zur Ergonomie am Arbeitsplatz wurde für einen CRT-Monitor festgelegt, dass er bei einer Bildwiederholungsrate von 72 Hertz weitgehend flimmerfrei arbeitet. Diese Erkenntnis wirkt bis heute nach. Sie gilt weiterhin als Minimum, auch wenn bei TFTs 60 Hertz eigentlich ausreichen. Die Verdoppelung dieser 72 Hertz begegnet Ihnen in den 144 Hertz von Gaming-Displays.

Flimmern gilt es unbedingt auch im 3D-Kino zu vermeiden – insbesondere, wenn die Shutter-Technik zum Einsatz kommt. Durch die Brille sieht der Kinobesucher getrennte Bilder für das rechte und linke Auge auf der Leinwand. Sie folgen zeitlich nacheinander und sind synchron mit dem Kinoprojektor abgestimmt. Während das rechte Auge ein Bild sieht, ist die Sicht des linken Auges versperrt und umgekehrt.

Bei Shutter-Brillen gilt: Nur mit einer hohen Bildwiederholfrequenz ist der 3D-Genuss ungetrübt. Im Kino haben sich 144 Hertz durchgesetzt. Das entspricht 72 Hertz pro Auge.
Bei Shutter-Brillen gilt: Nur mit einer hohen Bildwiederholfrequenz ist der 3D-Genuss ungetrübt. Im Kino haben sich 144 Hertz durchgesetzt. Das entspricht 72 Hertz pro Auge.
Foto: Samsung

Wichtig ist dabei, dass der Bildwechsel schnell passiert. Ist das nicht der Fall, kommt der 3D-Effekt nicht korrekt zustande, dem Betrachter wird meist schwindelig oder sogar übel. Auch ernstzunehmende Sehprobleme, Migräneattacken oder sogar temporäre Gesichtsfeldausfälle können die Folge sein. Um das zu vermeiden, hat sich bei 3D-Projektoren im Kino die Frequenz von 72 Bildern pro Sekunde für jedes Auge durchgesetzt.

Zusammengerechnet ergibt sich erneut eine Bildwiederholrate von 144 Hertz. Sie hat sich in der Praxis auch deshalb bewährt, weil empfindliche Betrachter bei Shutter-Brillen mit 120 Hertz noch ein Ruckeln wahrnehmen können oder ein Flimmern feststellen. Bei 3D-Brillen mit 144 Hertz Bildwiederholrate entfallen derartige Störfaktoren.

Da Flachbildmonitore und Grafikkarten Bildsignale digital verarbeiten, erhöhten sich Ende der 1990er Jahre die Bemühungen um eine Standardisierung. Nach mehreren Versuchen mit geringer Verbreitung schaffte der DVI-Anschluss (Digital Visual Interface) den Durchbruch. Er eignet sich, um die Brücke von analoger zu digitaler Übertragung zu schlagen und damit den analogen VGA-Anschluss perspektivisch abzulösen, ohne die Hardware – etwa Röhrenmonitore – unbrauchbar zu machen.

Für diesen Zweck gibt es DVI-Anschlüsse in drei Ausführungen: Als DVI-A für rein analoge Signale, als DVI-D ausschließlich für digitale Signale und schließlich DVI-I für beide Signaltypen.

Der DVI-Anschluss setzte sich für das Übertragen von digitalen Videosignalen flächendeckend durch. Im Maximum bei DVI-D-Dual-Link sind Full-HD-Auflösung bei 144 Hertz möglich.
Der DVI-Anschluss setzte sich für das Übertragen von digitalen Videosignalen flächendeckend durch. Im Maximum bei DVI-D-Dual-Link sind Full-HD-Auflösung bei 144 Hertz möglich.
Foto: Wikipedia

Zusätzlich gibt es die Varianten DVI-D und DVI-I in zwei Ausführungen. Sie unterscheiden sich in der Anzahl der eingebauten TMDS-Sender (Transition Minimized Differential Signaling). Während Single-Link-Ausführungen einen TMDS-Sender verwenden, sitzen im Dual-Link-Kabel deren zwei. Die Folge: Die Übertragungsleistung verdoppelt sich.

Über einen DVI-D-Dual-Link-Anschluss lassen sich bei maximaler PIN-Belegung Auflösungen von 2560 x 1600 Bildpunkten bei einer Bildwiederholfrequenz von 60 Hertz oder 1920 x 1080 Pixeln (Full-HD) bei 144 Hertz darstellen. Dabei bleibt noch etwas Bandbreite übrig, die bei DVI-D-Dual-Link bei zweimal 165 MHz liegt. Sie wurde von manchen Geräteherstellern für das Übertragen von Audiodaten verwendet.

Hohe Monitor-Bildwiederholrate: Alte Standards vervielfacht

Bildwiederholrate (in Hertz)

Vielfaches von Film-/TV-Standards

75

3 x 25 Hz

90

3 x 30 Hz

100

4 x 25 Hz / 2 x 50 Hz

120

5 x 24 Hz / 4 x 30 Hz / 2 x 60 Hz

144

6 x 24 Hz

Der technische Fortschritt sowohl bei Grafikkarten als auch bei Anschlüssen wie HDMI (High Definition Multimedia Interface) und Displayport nehmen immer noch Bezug auf die Tradition. Die Anschlüsse sind abwärtskompatibel und stellen so sicher, dass sich auch ältere Hardware weiter einsetzen lässt. Gleichzeitig ermöglichen technische Weiterentwicklungen steigende Bandbreiten, die sich bei Monitoren unter anderem in immer höheren Bildwiederholraten niederschlagen.

Inzwischen können die Hersteller das Maximale aus den Anschlüssen herausholen, da die Grafikeinheiten (GPUs) die Leistung stabil gewährleisten. Selbst ein gängiger Anschluss wie der Displayport 1.2 liefert eine maximale Übertragungsrate von 17,28 Gigabit pro Sekunde. Diese reicht für eine Bildwiederholrate von 165 Hertz bei WQHD-Auflösung (2560 x 1440 Pixel) locker aus, sodass sich diese Monitore vielfach auf 170 Hertz übertakten lassen.

Dass bei Monitor-Bildwiederholraten das Ende der Fahnenstange noch nicht erreicht ist, zeigt der Asus ROG Swift 500 Hz, der auf der Computermesse Computex angekündigt wurde und sagenhafte 500 Hertz schaffen soll.
Dass bei Monitor-Bildwiederholraten das Ende der Fahnenstange noch nicht erreicht ist, zeigt der Asus ROG Swift 500 Hz, der auf der Computermesse Computex angekündigt wurde und sagenhafte 500 Hertz schaffen soll.
Foto: Nvidia

Für E-Sportler setzt Asus mit dem ROG Swift 500 Hz aktuell eine neue Höchstmarke. Der Monitor mit TN-Panel soll eine Bildwiederholungsrate von 500 Hertz schaffen. Sie soll sich dank Nvidia G-Sync mit der Grafikkarte adaptiv synchronisieren lassen.

Das hin und her des 24-FPS-Kinoformats

Um Kinofilme mit 24 Vollbildern pro Sekunde ins NTSC-Format mit 60 Halbbildern zu bringen, muss mit einem Bildwiederholungstrick gearbeitet werden – dem 3:2-Pulldown-Verfahren. Hier werden aus zwei Filmbildern fünf Halbbilder erstellt, die im Wechsel 3:2:3:2 gezeigt werden. Um beim Farbfernsehen Frequenzüberlagerungen (Interferenzen) von Bild und Ton zu minimieren, wurde die Bildwiederholrate minimal verringert. Sie begegnet uns bis heute etwa bei Spielfilmen auf Blu-ray-Disks, die mit einer Frequenz von 23,976 fps laufen. Die Verlangsamung ist jedoch so minimal, dass Fernseher und Abspielsoftware von PCs sie als 24p (progressiv) erkennen.

Der ins NTSC-Format konvertierte Kinofilm wird durch Deinterlacing (Zeilenentflechtung) wieder ins Kinoformat gebracht, sobald er auf einem TFT-Bildschirm angezeigt wird, da dieser mit Vollbildern arbeitet. Aufgrund des Konvertierungsprozesses (Inverse Telecine) kann der Bewegungseindruck leiden, wenn der 3:2-Pulldown nicht korrekt erkannt wird.

Um einen 24-fps-Kinofilm ins PAL-Format zu bringen, muss er leicht beschleunigt werden. Dazu kommt das Verfahren PAL Speed-Up zum Einsatz. Hier wird der Film etwa um vier Prozent beschleunigt, damit er mit 25 Bildern pro Sekunde läuft. Damit lässt er sich auch in 50 Halbbildern abspielen. Die Frequenzen von Sprache und Musik sind jedoch minimal angehoben.

(PC-Welt)

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