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das Kernstück der digitalen Lichtverarbeitung – des Digital
Light Processing DLP. Die Chips mit diesen Digital Micromirror
Devices DMD werden in Projektoren für die Bildwiedergabe
eingesetzt.
1975 kam Dolby mit dem Dolby-Stereo-Format in die Lichtspielhäuser. Eigentlich ein analoges 2-Kanal-Format, das neben dem Bild als Licht-Ton-Format mit auf den Film kopiert wurde. Durch das matrixartige Codieren fanden aber in den zwei Tonspuren insgesamt vier Kanäle Platz. Wobei folgendermassen codiert bzw. decodiert wurde: gleicher Pegel und gleiche Phase entspricht dem Center-Kanal, gleicher Pegel sowie umgekehrte Phase entspricht dem Rear-Kanal. Das 4.0-Surroundsystem war erfunden und ermöglichte erstmals auch rückwärtige Soundeffekte, wenn auch nur mit einem Kanal.
Die Mikrospiegel-Technik ist von Texas Instruments
entwickelt worden. Basis des Spiegel-Chips ist ein statisches
RAM, das über jeder Speicherzelle einen quadratischen
Spiegel mit einer Seitenlänge von 16 mm trägt. Durch die
Adressierung eines Speicherelementes kann jeder Spiegel
unabhängig vom anderen um +/- 10° gedreht werden. Auf
den Spiegel auftreffendes Licht wird so entweder auf die
Projektionsoptik oder auf einen Lichtabsorber gelenkt. Die
Spiegel arbeiten also als Schalter für „Licht ein“ und „Licht
aus“. Die Dauer, während der ein einzelnes Bildelement ein-
beziehungsweise ausgeschaltet ist, bestimmt die
Grauabstufung (Pulsweitenmodulation). Dank der hohen
Schaltgeschwindigkeit – der Spiegel braucht für die Drehung
lediglich 20 ms – ist während der für ein Vollbild zur
Verfügung stehenden Zeit eine Abstufung von 8 bis 10 Bit
möglich. Bei einer Tiefe von 8 Bit ergeben sich 256
Grauwerte. Dies entspricht bei der Projektion der drei
Farbauszüge für Rot, Grün und Blau 16,7 Millionen
darstellbaren Farben.
Die Ansteuerung der Spiegel über ein RAM und die
Helligkeitsbestimmung mittels Pulsweitenmodulation machen
das DMD zu einer digitalen Bildwiedergabeeinheit. Damit ist
es möglich, ein Videobild von der Aufnahme über die
Bearbeitung bis zur Projektion digital zu fahren. Der Aufbau
rund um das DMD ist ein optischer, mit Lichtquelle und
Farbfilterung vor sowie der Projektionslinse nach dem Chip.
Ein - oder Mehrchip-Technik
Die Farbdarstellung unterscheidet sich, je nachdem ob dasGerät mit einem, zwei oder drei Chips arbeitet. Beim
1-Chip-Projektor gelangen die als RGB-Daten übertragenen
Bildinformationen für jede Farbe nacheinander auf den Chip.
Synchron dazu wird das weisse Licht der Lampe über ein
rotierendes Filter in den Primärfarben auf die Spiegel
geworfen. Im NTSC-Format stehen für jede der
Primärfarben pro Frame 5,6 ms zur Verfügung. Bei einer
Schaltdauer der Spiegel von weniger als 20 ms sind so mit
dieser 1-Chip-Anordnung 256 Stufen pro Farbe darstellbar.
Bei der 3-Chip-Anordnung wird das weisse Licht der
Projektionslampe durch ein Prisma in die drei Primärfarben
aufgetrennt und darauf kontinuierlich auf je einen Chip
gegeben. Dadurch erhöht sich einerseits die
Gesamthelligkeit des Bildes und andererseits ist eine
Grauabstufung mit 10 Bit möglich, da pro Farbauszug nun
die dreifache Projektionszeit zur Verfügung steht.
Die 2-Chip-Technik benutzt sowohl ein Filter als auch ein
Prisma zur Farbentrennung. Das Filter hat die beiden
Komponenten Magenta und Gelb. Magenta lässt sowohl Rot
als auch Blau passieren, während beim gelben Filter Rot und
Grün hindurchtreten. Damit passiert Rot das Filter
kontinuierlich, Grün und Blau je während der halben Zeit.
Das Farbengemisch wird anschliessend durch ein Prisma
aufgeteilt in Rot beziehungsweise Grün und Blau. Der eine
Chip steht dann die ganze Zeit für Rot zur Verfügung, der
andere alternierend für Grün und Blau.
DLP und LCD
DTS (Digital Theatre Sound) sorgt wie auch Dolby in den grossen Kinos für guten Sound und brachte im selben Zeitraum auch ein 5.1-Format in die heimischen Kinos. Die Kanäle sind wie bei Dolby Digital in drei Front-, zwei Rear- und einen Subwoofer-Kanal – im Fachjargon LFE (Low Frequence Effects) – aufgeteilt. Wegen der geringeren Kompressionsrate war (und ist) DTS bei vielen Filmliebhabern die erste Wahl. Sie lesen richtig: Während sich im Stereo-Bereich MP3 erst ein paar Jahre später etablieren konnte, war seit der Einführung der beiden digitalen Surround-Formate die Komprimierung des Tons bereits ein Standard.
Von der LCD-Technologie, die auch mit „Lichtschaltern“arbeitet, unterscheidet sich DLP dadurch, dass es kein
polarisiertes Licht benötigt und damit eine höhere
Lichtausbeute erzielt. Ein wesentlicher Unterschied besteht
zudem im Aufbau der einzelnen Bildelemente. Die
quadratischen Spiegel des DMD sind durch einen Abstand
von 1 mm voneinander getrennt; bei den LCD-Elementen
engen die Adressierleitungen und die Transistoren den
lichtdurchlässigen Bereich ein. Ein LCD-Panel erreicht einen
Füllfaktor der effektiven Pixelfläche zur Panelfläche von
60%, während das Pixel-zu-Spiegel-Verhältnis beim DMD
90% beträgt. Auf der Projektionsfläche ist die Pixelstruktur
des DMD dadurch weniger auffällig, was bei gleicher
Pixelzahl die Auflösung subjektiv höher erscheinen lässt.
Dank der Projektion der drei Farben über eine Optik benötigt
der DLP-Projektor – wie der LCD-Projektor – keine
Justierung. Die Konzentration des Lichtes auf die kleine
Chipfläche erfordert eine Kühlung mit (hörbarem) Ventilator.
Um die Jahrtausendwende waren noch immer die meisten Quellen – mit Ausnahme der DVD – nur im Stereo-Format vorhanden, allen voran das analoge Fernsehen. Da sich viele Konsumenten aber an die gute Surround-Kulisse der DVD gewohnt hatten, brachten sowohl Dolby wie auch DTS neue Upmixer auf den Markt, welche aus zwei vorhandenen Kanälen ein echtes Surround-Erlebnis erzeugen: Dolby Surround ProLogic II und DTS Neo:6. Diese Algorithmen können aus zwei Kanälen ein 7.1-Format erzeugen, sodass der Abstand zu den digitalen Quellen wieder etwas kleiner wird.
Es folgten später noch zwei Upgrades bei den Upmixern. 7.1-Kanäle kamen mit zwei Back-Surround-Lautsprechern (Dolby ProLogic II x bzw. bei DTS ohne Namensänderung) und im Jahre 2009 erschienen dann Dolby ProLogic II z und DTS neo X. Hinzu kamen virtuelle Höhenkanäle: bei Dolby zwei und bei DTS gleich vier Stück davon. Beide Formate haben sich nicht richtig durchgesetzt, wohl, weil es eben keine echten (diskreten) Kanäle waren.
Die Upmixer können natürlich auch eingesetzt werden, um 5.1-Kanäle auf 7.1-Kanäle oder mehr zu erweitern. Ein Grossteil der älteren Filme auf DVD sind im 5.1-Format abgemischt. Wenn schon zwei Surround-Back-Kanäle vorhanden sind, macht es Sinn, diese nicht ungenutzt zu lassen. Auch wenn die Kanäle nur «errechnet» werden, profitiert der Surroundsound in der Regel merklich davon.
Das auch heute am weitesten verbreitete Verfahren istDolby Surround, und zwar aus dem einfachen Grund, weil es
auf ein analoges Stereosignal passt, also auf eine
VHS-Kassette oder in ein Fernsehsignal. Dolby Surround
arbeitet mit vier Kanälen. Sie werden in die zwei
Stereokanäle matriziert und müssen bei der Wiedergabe mit
dem Dolby Surround-Decoder aufgeschlüsselt werden. Für
den mit dem Bildgeschehen vorn zusammengehenden Ton
werden drei Kanäle eingesetzt: links, Mitte und rechts. Für
den umgebenden Ton bleibt ein Surround-Kanal, der über
zwei hinten aufgestellte Lautsprecher wiedergegeben wird.
Die Auftrennung in die zwei identischen Rear-Kanäle erfolgt
meist bereits im Decoder oder im Endverstärker. Die aktiv
gesteuerte Version des Dolby Surround-Decoders heisst
Dolby Pro Logic. Seine Einführung verhalf dem räumlichen
Kinoton zum Durchbruch.
