Gaming am Fernseher: Input-Lag, VRR und die HDMI-Bandbreite

Ein Fernseher, der Filme großartig zeigt, kann am Controller eine Zumutung sein. Das liegt fast nie am Panel, sondern an der Bildverarbeitung davor und an ein paar Schaltern in Untermenüs, die ab Werk falsch stehen. Wer spielt, braucht andere Eigenschaften als wer schaut. Die Datenblätter werben mit Zahlen, die im Spielbetrieb wenig bedeuten, und verschweigen die, auf die es ankommt.

Input-Lag und der Spielmodus

Die wichtigste Größe beim Spielen steht auf keinem Karton. Input-Lag ist die Spanne zwischen Tastendruck und sichtbarer Reaktion auf dem Schirm. Ein Teil davon gehört dem Spiel, ein Teil dem Controller, der Rest entsteht im Fernseher.

Dort wartet eine Kette von Rechenschritten: Rauschunterdrückung, Skalierung, Nachschärfung, Farbmanagement, Zwischenbildberechnung. Manche arbeiten zeilenweise und kosten kaum Zeit. Andere brauchen ein vollständiges Bild im Speicher, die Zwischenbildberechnung sogar das darauffolgende dazu. Bei 60 Hz dauert ein Bild 16,7 Millisekunden. Wo sich zwei oder drei gepufferte Bilder summieren, vergehen 30 bis 50 Millisekunden, bevor ein Pixel leuchtet. In einem Rennspiel ist das der Unterschied zwischen Kurve und Leitplanke.

Der Spielmodus vollbringt kein Wunder: Er schaltet diese Kette weitgehend ab und schickt das Signal auf kurzem Weg zum Panel. Im Filmmodus kann dasselbe Gerät ein Vielfaches davon brauchen. ALLM (Auto Low Latency Mode) nimmt Ihnen das Umschalten ab: Die Quelle meldet über HDMI, dass jetzt gespielt wird; der Fernseher wechselt selbstständig und kehrt hinterher zurück. Lässt sich im Spielmodus weiterhin die Zwischenbildberechnung zuschalten, ist Misstrauen angebracht. Sie kostet bauartbedingt Vorlauf.

120 Hz, 144 Hz und die Frage, wer die Bilder liefert

Ein 120-Hz-Panel baut sein Bild alle 8,3 Millisekunden neu auf statt alle 16,7. Das wirkt zweifach: Ihre Eingabe kann früher sichtbar werden, und jedes Bild steht nur halb so lange still, was die Bewegungsunschärfe verringert. Vorausgesetzt, die Quelle liefert tatsächlich 120 verschiedene Bilder pro Sekunde. Tut sie das nicht, wiederholt das Panel, und Sie sehen 60 Hz mit Kopien dazwischen.

Jenseits von 120 wird die Luft dünn. Höhere Raten, 144 Hz und darüber, stammen aus dem Monitorbereich und finden sich bei einzelnen Spitzenmodellen. Der Sprung von 60 auf 120 fällt jedem sofort auf. Der von 120 auf 144 ist Feinschliff, den man suchen muss. Prüfen Sie lieber, ob Ihre Quelle 120 überhaupt ausreizt; die Grundlagen stehen unter Bildwiederholrate und VRR.

VRR: eine Idee, mehrere Namen

Spiele rendern nicht im Takt. Ihre Bildrate schwankt mit jeder Explosion und jedem Sichtwechsel. Ein Panel mit starrer Frequenz muss darauf reagieren: Entweder zeigt es zwei halbe Bilder übereinander, sichtbar als Riss quer durchs Bild (Tearing), oder es wartet per V-Sync und wiederholt so lange das alte. Das eine kostet Sauberkeit, das andere Gleichmaß und Reaktionszeit.

Die variable Bildwiederholrate dreht das Verhältnis um: Nicht die Quelle richtet sich nach dem Panel, sondern das Panel nach der Quelle. Es dehnt die Austastlücke zwischen zwei Bildern, bis das nächste fertig gerendert ist. Umgesetzt wird das in mehreren Ausprägungen, die fast dasselbe leisten:

• HDMI Forum VRR: der herstellerneutrale Weg, als optionaler Bestandteil in HDMI 2.1 beschrieben und das, was Konsolen üblicherweise sprechen.
• AMD FreeSync: aus dem PC-Umfeld gewachsen, ursprünglich über DisplayPort, später auch per HDMI.
• Nvidia G-Sync Compatible: kein eigener Baustein im Fernseher, sondern eine Freigabe für Geräte, deren Adaptive-Sync-Umsetzung Nvidias Prüfung besteht.

Wichtiger als der Name ist das Arbeitsfenster. Unterhalb einer Untergrenze, die je nach Gerät bei etwa 40 bis 48 Bildern liegt, greift die Synchronisation nicht mehr; brauchbare Geräte verdoppeln die Bilder dann intern. Ein Vorbehalt gehört dazu: Weil die Helligkeit eines Pixels leicht davon abhängt, wie lange er zwischen zwei Auffrischungen gehalten wird, kann eine stark springende Bildrate ein Helligkeitspumpen erzeugen. In dunklen Szenen fällt dieses VRR-Flackern am ehesten auf. Kein Defekt, sondern eine Nebenwirkung, deren Stärke sich von Gerät zu Gerät unterscheidet.

HDMI-Bandbreite: der Flaschenhals sitzt am Anschluss

Rechnen Sie kurz mit. 4K sind rund 8,3 Millionen Pixel. Bei 120 Hz und 10 Bit je Farbkanal ohne Unterabtastung ergibt das etwa 30 Gigabit reine Bilddaten pro Sekunde, mit dem Kodierungs-Overhead der Übertragung rund 40. HDMI 2.0 ist bei 18 Gigabit pro Sekunde am Ende, was für 4K mit 60 Hz und 8 Bit reicht. HDMI 2.1 hebt die Decke auf 48.

Reicht es nicht, wird an der Farbe gespart: Das Signal fällt auf 4:2:2 oder 4:2:0 zurück, die Farbe wird also gröber abgetastet als die Helligkeit. Bei Filmmaterial merkt das kaum jemand. Bei roter Schrift auf schwarzem Grund merkt es jeder. Der andere Weg heißt DSC (Display Stream Compression), eine Kompression, die der Standard als visuell verlustfrei einstuft.

Zwei praktische Fallen. Erstens hat längst nicht jeder Fernseher vier gleichwertige Eingänge: Oft beherrschen nur zwei die volle Bandbreite, und einer davon trägt den eARC-Rückkanal für die Soundbar. Zweitens muss das Kabel mitspielen. Ein billiges Exemplar läuft bei 4K60 klaglos und produziert bei 4K120 sporadische Schwarzbilder, was Betroffene dann dem Fernseher anlasten. Achten Sie auf die Zertifizierung „Ultra High Speed“.

OLED schaltet sofort, LCD zieht nach

Ein LCD-Pixel leuchtet nicht selbst, es blendet ab. Flüssigkristalle richten sich im elektrischen Feld neu aus und geben das Licht der Hintergrundbeleuchtung mehr oder weniger frei; diese physische Bewegung braucht Millisekunden. Besonders träge verlaufen Übergänge zwischen dunklen Graustufen, am deutlichsten bei VA-Panels (siehe Panel-Typen). Sichtbar wird das als Schweif hinter bewegten Kanten. Overdrive hilft nach, eine kurzzeitige Überspannung, die die Kristalle schneller in die Zielstellung treibt. Zu kräftig dosiert schießt sie über das Ziel hinaus und ersetzt den dunklen Schweif durch einen hellen Saum.

OLED kennt dieses Problem nicht. Jedes Pixel ist seine eigene Lichtquelle, der Wechsel ist ein rein elektrischer Vorgang und dauert Bruchteile einer Millisekunde. Bewegte Kanten bleiben sauber, ohne Overdrive und ohne dessen Artefakte. Wo die Unterschiede sonst noch liegen, zeigt der Vergleich OLED gegen LED-LCD.

Eine Einschränkung wird gern übersehen. Jene Unschärfe, die entsteht, weil Ihr Auge einem Objekt folgt, während das Bild starr stehen bleibt, trifft OLED genauso. Sie hängt an der Standzeit des Bildes, nicht an der Schaltzeit des Pixels. Dagegen hilft nur eine höhere Bildrate, wie unter schnell bewegte Bilder ausgeführt.

Der Preis für die schnellen Pixel heißt Alterung. Organische Leuchtschichten verlieren mit den Betriebsstunden an Helligkeit, und zwar ungleichmäßig: Blau baut am schnellsten ab. Ein Lebensbalken, der täglich an derselben Stelle in denselben Farben steht, altert das Material darunter schneller. Irgendwann bleibt der Umriss als schwacher Schatten sichtbar. Dagegen wehren sich die Geräte mit Pixelverschiebung, abgesenkter Logohelligkeit und Kompensationsläufen im Standby; bei gemischter Nutzung genügt das. Wer jeden Abend dasselbe Spiel mit demselben HUD spielt, sollte die Helligkeit im Spielmodus trotzdem nicht auf Anschlag fahren. Details dazu unter Einbrennen.

Konsole oder PC: unterschiedliche Baustellen

An der Konsole ist die Anschlussfrage die halbe Miete. Viele Fernseher liefern ihre HDMI-Eingänge ab Werk im Sparmodus aus. Erst wenn Sie das erweiterte HDMI-Signalformat für diesen Port freischalten (die Bezeichnung unterscheidet sich je nach Hersteller), stehen 4K mit 120 Hz, VRR und volle Farbabtastung bereit. Ohne diesen Haken benimmt sich ein HDMI-2.1-Gerät wie eines mit HDMI 2.0, und schuld ist angeblich das Spiel.

Danach handeln aktuelle Heimkonsolen ALLM und VRR von allein aus. Interessant wird die Wahl zwischen Qualitäts- und Leistungsmodus: Ein 40-Bilder-Modus, wie ihn manche Spiele anbieten, setzt zwingend ein 120-Hz-Panel voraus, weil sich 40 glatt in 120 teilt (drei Auffrischungen je Bild), in 60 aber nicht. Auf einem 60-Hz-Gerät fehlt dieser Mittelweg.

Am PC verschiebt sich der Schwerpunkt. Stellen Sie den Eingang auf den Gerätetyp PC um, denn erst dann geben viele Fernseher die volle Farbabtastung 4:4:4 frei und legen die restliche Bildaufbereitung still. Andernfalls franst dünne farbige Schrift aus, und daran scheitert ein Fernseher am Schreibtisch zuerst. Hinzu kommt die Subpixel-Anordnung: OLED verteilt seine Farbpunkte anders als die RGB-Streifen eines Monitors, was an Buchstabenkanten farbige Säume erzeugen kann. Weitere Haken sammelt die Seite zur Computer-Nutzung.

Zum Kauf noch ein Wort, und da fällt das Urteil deutlich aus: Ein Gerät ohne echte HDMI-2.1-Eingänge ist kein Schnäppchen, sondern eine Sackgasse. Das Panel überlebt zwei Konsolengenerationen. Der Anschluss nicht.