Bildwiederholrate

Die Bildwiederholfrequenz oder Bildwiederholrate ist ein Begriff aus der Film-, Fernseh- und Computertechnik. Sie bezeichnet die Anzahl der Einzelbilder pro Sekunde, die z. B. auf eine Kinoleinwand projiziert werden oder auf einen Fernsehbildschirm oder Monitor durch dessen Elektronenstrahl geschrieben werden. Man gibt diese i. A. in der Einheit Hertz (Hz) an.

Man beachte, dass manche Displays (LCD, Projektoren) nicht mit der von der Grafikkarte ausgegebenen Frequenz aufgefrischt werden, was für die Frequenzkonvertierung einen Bildspeicher im Display voraussetzt. Während diese Displays mit diversen Bildwiederholfrequenzen im Eingangssignal klarkommen, wird das beste Bild durch Anpassung von Eingangsfrequenz und eigentlicher Auffrischfrequenz erreicht - bei fast allen heutigen Geräten ist dies 60 Hz.

Bei der Darstellung im Zeilensprungverfahren, wie es bei PAL oder NTSC (Analoges Fernsehen) verwendet wird, wird als Bildwiederholfrequenz i. A. die Halbbildfrequenz genannt, also bei PAL 50 Hz und ca. 59,94 Hz (genau 60000/1001 Hz) bei NTSC. Die Vollbildfrequenz ist jeweils nur halb so hoch. Das so mit Bildröhren erzeugte Bild wird von den meisten Menschen als flimmernd empfunden. Bei modernen Geräten wird die Wiederholfrequenz mit Hilfe eines Bildspeichers deshalb auf 100 Hz erhöht.

Bei der Video- bzw. Bewegtbildwiedergabe wird die physiologische Eigenschaft des menschlichen Sehvermögens ausgenutzt, dass sich Änderungen des Bildinhaltes mit dem im Millisekundenbereich weiterbestehenden Nachbild des vorherigen Bildinhaltes vom Seheindruck her vermischen.

Hierbei ist eine Unterscheidung zwischen Bildrate und Bildwiederholfrequenz wichtig, da diese nicht identisch sein müssen. Die Bildrate sollte einen Wert von ca. 20 Bildern/Sekunden nicht unterschreiten, um dem menschlichen Auge einen flüssigen Bildeindruck bei bewegten Bildinhalten vermitteln zu können. Dabei ist die Grenze zur Wahrnehmung einer fließenden Bewegung individuell von Mensch zu Mensch leicht verschieden. Die heute im Kino übliche Bildrate von 24 Hz begrenzt die Bewegtbilddarstellung, was dazu führt, dass sich Objekte, die sich mit ungünstiger, mittlerer Geschwindigkeit auf dem Bild bewegen, als 'ruckelnd' wahrgenommen werden. Eine gute Regie weiß dies jedoch zu vermeiden, indem beispielsweise Kameraschwenks nur sehr langsam oder ausreichend schnell erfolgen. Die Aufzeichnung mit Studiokameras oder Camcordern verwendet das Zeilensprungverfahren, was durch die höhere Bildrate mit 50 bzw. 60 Bewegungsphasen pro Sekunde deutliche Vorteile z. B. bei Sportaufnahmen bietet.

Die Bildwiederholfrequenz eines Bildschirms trägt entscheidend zum Flimmereindruck bei. Das hängt jedoch auch von der verwendeten Bildschirmtechnologie ab. So wird beispielsweise im Kino jedes der 24 Bilder pro Sekunde (= 24 Hz Bildrate) dreimal mit einem Shutter projiziert, also mit einer Bildwiederholfrequenz von 72 Hz abwechselnd an und dunkel geschaltet. Würde man jedes Bild nur zweimal mit 48 Hz projizieren, wäre durch den Hell-Dunkelwechsel bereits ein deutliches Bildflimmern wahrnehmbar. Bei Flüssigkristallbildschirmen hingegen wirkt sich die Bildwiederholfrequenz kaum auf den Flimmereindruck aus, da prinzipbedingt die Helligkeit jedes Bildpunktes zwischen den Bildwechseln nahezu konstant bleibt, was Hell-Dunkelwechsel vermeidet. Bemerkenswert ist, dass das menschliche Sehvermögen in den Außenbereichen durch die Stäbchen empfindlicher bei Helligkeitsänderungen reagiert. Flimmern wird daher eher wahrgenommen, wenn man z. B. einen Röhrenmonitor im Augenwinkel betrachtet.

Für schnell bewegte Bilder (Sport, Videospiele, etc.) haben Bildschirmtechnologien Vorteile, die eine ausreichend hohe Bildwiederholfrequenz mit mind. 50 Hz und eine möglichst kurze Bildpunktleuchtdauer aufweisen. Kathodenstrahlröhrenbildschirme haben hier prinzipbedingte Vorteile gegenüber LCD-Technologien, da jeder Bildpunkt innerhalb der Bildperiodendauer (= 1/Bildwiederholfrequenz) nur kurzzeitig aufblitzt und somit Bewegungen einen sehr scharfen Bildeindruck beim Betrachter hinterlassen. Im menschlichen Sehapparat entsteht schließlich aus diesen kurz aufleuchtenden Einzelaufnahmen eine flüssige Bewegung. Die Forschung im Bereich der LCD-Technik versucht dies durch Techniken wie „scanning backlight“ oder „black stripe insertion“ (Flüssigkristallbildschirm) zu verbessern, was eine effektive Verkürzung der Bildpunktleuchtdauer (wie beim Kathodenstrahlröhrenbildschirm) bewirkt. Natürlich kann dadurch wieder Bildflimmern entstehen, was aber durch eine ausreichend hohe Bildwiederholrate größer ca. 80 Hz nicht wahrgenommen wird. Ein Ansatz der Displayindustrie, die Bewegtbilddarstellung durch die Verkürzung der LCD-Schaltzeit zu verbessern, bringt bei LCD-Schaltzeiten kleiner ca. 10 ms keine sichtbare Verbesserung mehr.

Berechnung

Die Bildwiederholfrequenz fV von Computermonitoren lässt sich näherungsweise folgendermaßen berechnen:

 f_V = \frac{f_H}{n \cdot 1{,}05}

Wobei fH die Horizontalfrequenz (Anzahl der Zeilen pro Sekunde) und n die Anzahl der Zeilen (vertikale Auflösung) ist.

Übliche Bildwiederholraten

  • PC Röhrenmonitore (ca. 1982…1987): 50…60 Vollbilder/Sekunde
  • PC Röhrenmonitore (ab ca. 1990): 70…85 Vollbilder/Sekunde (teilweise auch bis 150 Vollbilder/Sekunde)
  • PC LC-Display: 60 Vollbilder/Sekunde

Siehe auch

Vertikalfrequenz, Bildfrequenz, VESA, 100-Hz-Technik, PAL Speedup, Regenbogeneffekt


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