750 GB pro Match: So kommt die WM in 4K nach Österreich

Erstmals bietet der ORF in seiner TVThek im Rahmen der WM auch Streams in Ultra-HD an. Das Testprojekt mit dem neuen Fernsehstandard ist auch technisch eine Herausforderung. Es gilt das Original-Signal aus Moskau entsprechend aufzubereiten und mit möglichst wenig Verzögerung auf die 4K-fähigen Endgeräte der Kunden zu bringen.

 „Das Projekt dient der Vorbereitung und Ausarbeitung von TV-Standards, die der ORF seinen Kunden künftig anbieten wird. Die Durchführung von UHD-Tests stellt ein Innovationsprojekt der technischen Direktion dar“, heißt es vonseiten des ORF gegenüber der futurezone.  

Der ORF betont auch, dass es beim neuen Standard nicht nur um mehr Pixel geht. Erweiterte Farbräume und Helligkeitsstufen würden auch völlig neue Möglichkeiten in der Produktion eröffnen.

Der Weg des Signals

Das Originalsignal wird auf vier 3G-SDI-Leitungen vom IBC Moskau zum ORF-Studio in Moskau übertragen. Jede dieser Leitungen enthält das komplette Bild mit einem Viertel der Zusammensetzung. Anschließend muss das Signal dann zum fertigen UHD-Bild wieder zusammengesetzt werden.

Die Datenrate des Originalsignals liegt bei zwölf Gigabit pro Sekunde. Im ORF-Studio in Moskau wird das Signal mit dem Kompressionsstandard j2k – jpeg2000 auf 800 Megabit pro Sekunde komprimiert und über eine 10-Gbit/s-Netzwerkleitung nach Wien transportiert. Die Leitung ist darum überdimensioniert, weil sie redundant aufgebaut ist und gleichzeitig auch alle HD-Signale nach Wien überträgt. Die Übertragung eines Spiels kommt so auf eine Dateigröße von 750 Gigabyte, wie es vom ORF heißt.

Skalieren, skalieren, skalieren

Vollständig echtes 4K liefern allerdings auch die russischen Produzenten nicht. Pro Spiel sind nur acht UHD-Kameras im Stadion im Einsatz. Bilder, die mit gewöhnlichen HD-Kameras gemacht werden, werden hochskaliert. Dabei handelt es sich meistens um nicht-stationäre Kameras direkt am Spielfeldrand. Sieht man sich das 4K-Originalsignal an, bemerkt man den Qualitätsunterschied zwischen den Schnitten recht deutlich. Der Standard, in dem bei der Weltmeisterschaft UHD produziert wird, ist Hybrid Log-Gamma (HLG). Grund dafür ist, dass jener auch rückwärtskompatibel mit SDR (Standard Dynamik Range) sein kann.

Hochskaliert werden auch die Bilder aus dem ORF-Sportstudio, da der ORF noch keine UHD-Kameras im Einsatz hat. Ein entsprechendes Upgrade sei vorerst auch nicht geplant, wie Karl Petermichl aus der technischen Direktion gegenüber der futurezone erklärt. Man werde den Lebenszyklus der sich im Einsatz befindlichen Kameras ausnutzen und dann einen entsprechenden Umstieg auf UHD prüfen.

Encoding

Innerhalb des ORF-Zentrums wird das Signal über vier 3G-SDI-Leitungen verteilt und passiert so Bildmischer, um dann an den Encoder für das Online-Streaming weitergegeben zu werden. Der ORF hat zwei Encoder im Einsatz, einen für den Standard HLG und einen für HDR10 (erhöhter Kontrast durch die bessere Darstellung von gesättigten hellen und dunklen Farben). Unterstützt das Endgerät des Kunden HDR10, kommt dieser an. Alle anderen erhalten den Stream in HLG. Die Streams werden in folgender Auflösung und Bitraten zur Verfügung gestellt:

• 3840x2160p50 mit 36 Mbit/s
• 2560x1440p50 mit 16 Mbit/s
• 1920x1080p50 mit 10 Mbit/s
• 1280x720p50 mit 7 Mbit/s

Die entsprechende Hardware für das Codieren war teilweise vorhanden und wurde teilweise angemietet. Zu den Kosten wollte der ORF keine Angaben machen. Man sei jedoch der einzige TV-Anbieter in Europa, der sowohl HLG als auch HDR10 unterstützt. 

Die Spitzenlast beim lag mit Stand 27. Juni bei knapp 200 Gbit/s, wovon rund 20 GB/s für UHD anfallen. 1000 Menschen gleichzeitig haben den UHD-Stream genutzt.

Internetanbindung ist Schlüssel

Um den Stream in höchster Auflösung auch zuhause ruckelfrei genießen zu können, ist laut dem ORF eine Internetanbindung mit durchgehend 40 Mbit/s notwendig. Aber bereits bei geringen Bitraten von zehn Mbit/s ist mit der neuen Technik eine Qualitätsverbesserung ersichtlich.

Bei der Übertragung eines Spiels in höchster Auflösung fällt ein Datentransfer von insgesamt rund 30 Gigabyte an.

Direkter Vergleich

Die futurezone konnte sich im ORF-Zentrum bei einem Spiel ein Bild zwischen den verschiedenen Signalen machen. Der optische Unterschied zwischen dem Original-Signal aus Moskau und der mit HLG komprimierten Variante war dabei überraschend gering. Lediglich dann, wenn man besonders nah an den Screen herangeht, ist ein Unterschied bei der Schärfe wahrnehmbar.

Ein wichtiges Thema ist hier auch immer die Verzögerung des Signals. Jene hängt in erster Linie vom Puffer-Verhalten des jeweiligen Endgerätes ab. So ist man im direkten Vergleich zwischen AndroidTV und AppleTV mit Android etwa zehn Sekunden früher dran. Im Vergleich zum Original-Signal, wie es im ORF-Zentrum eintrifft, ist der UHD-Stream in der TVThek beim futurezone Augenschein 35 bis 40 Sekunden später dran. Am schnellsten ist man per Satellit, hier liegt die Verzögerung im Vergleich zum Originalsignal bei rund fünf Sekunden.

Auffällig beim Vergleich von FullHD- und UHD-Signal ist auch die Positionierung des ORF-Logos. Bei FullHD befindet es sich links oben, bei UHD rechts. Das liegt laut dem ORF an der Spielstandsanzeige. Beim UHD-Signal wird jenes unveränderbar am linken oberen Rand aus Russland mitgeliefert, beim FullHD-Signal produziert man es selbst, weswegen man sich die Position aussuchen könne.

Ein weiterer Unterschied liegt im Bildausschnitt. So sind die UHD-Kameras in Russland mit Objektiven mit geringerer Brennweite ausgestattet. Das führt dazu, dass auf den entsprechenden Aufnahmen ein größerer Teil des Spielfeldes bzw. des Stadions zu sehen sind.

Erkenntnisse und künftige Projekte

Vom ORF heißt es, man wolle mit dem Projekt vor allem Produktionsabläufe mit der hohen Auflösung testen. Dabei gilt es Erfahrungen bei der Übergabe, Nachbearbeitung, Qualitätssicherung, Encodierung und Speicherung zu sammeln. Auch will man testen, wie die Mischung verschiedener Formate sowie das notwendige Hochskalieren in der Praxis funktioniert.

Bis man selbst in großem Stil UHD-Inhalte produziere, wird es allerdings noch dauern. Ein Übertragungswagen ist aber bereits in Arbeit. Bis Ende des Jahres sollen außerdem in der TVThek weitere UHD-Streams verfügbar gemacht werden. Darunter etwa Universum, wie es heißt.