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Ein Großsensor oder drei Chips?

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Ein Großsensor oder drei Chips?

Die NAB 2018 präsentierte sich auch dieses Jahr wieder als echte Fundgrube für innovative Kamera-Technologie. Vorgestellt wurden hier unter anderem neue Großsensor-Kameras für den Broadcast-Einsatz. Einige Kamera-Hersteller wollen das aber nicht als wegweisenden Trend verstanden wissen. Für sie bleiben Kameras mit 2/3 Zoll-Sensoren weiterhin das Maß der Dinge. MEDIEN BULLETIN fragte in Las Vegas die Anbieter von Aufnahmesystemen nach ihren unterschiedlichen Einschätzungen und Produktstrategien.

„Möchte man die Vorteile großer Single-Imager-Sensoren im Broadcast optimal nutzen, muss man auch die passenden PL-Mount-Objektive einsetzen. Und das ist für die meisten Broadcast Anwendungen wegen des sehr beschränkten Zoombereichs keine Option“, meint Klaus Weber, Principal Camera Solutions & Technology bei Grass Valley auf die Frage, ob es nicht Sinn macht größere Sensoren im Broadcast einzusetzen.

Andere Hersteller sehen das natürlich anders und haben auf der diesjährigen NAB Kameras vorgestellt, die nicht auf die klassische ⅔ Zoll-Sensortechnologie setzen und stattdessen mit einem größeren Single-Sensor den Broadcast Markt erobern wollen. Auf den ersten Blick scheint dieser Schritt sehr sinnvoll. Immerhin sind Kameras mit nur einem, und möglicherweise größerem Sensor weitaus günstiger in Herstellung und Verkauf als vergleichbare Kameras mit drei ⅔ Zoll-Sensoren und einem Prismenteiler. Wie viel günstiger hat Blackmagic Design mit der Vorstellung der Single-Sensor-Kamera URSA Broadcast zuletzt gezeigt – 3.500 Euro für den Kamerabody; eine ähnliche Kamera mit Prismenteiler und drei Sensoren von Grass Valley oder Ikegami kostet um ein Vielfaches mehr.

„Wir merken, dass der Preisdruck in den einen oder anderen Regionen immer höher wird. Das wird auch in Zukunft dazu führen, dass sich Broadcaster die Single-Imager-Kameras genauer ansehen. Deshalb wird man das als ernst zu nehmende Konkurrenz betrachten müssen“, muss Michael Lätzsch, Division Manager Broadcast & Professional Video bei Ikegami, zugeben. Ikegami gehört zu den Kamera-Herstellern, die nach wie vor auf die bewährte ⅔ Zoll Technologie setzen. Auch Panasonic möchte Marktanteile der großen Broadcast-Kamerahersteller abgreifen und hat mit der AK UC4000 ein Kameramodell mit einem einfachen Super 35mm Sensor vorgestellt. „Der Kamera wurde ein Super 35mm 4,4K Sensor verbaut. Media-over-IP- und optionale Tico-Interfaces sind ebenfalls mit an Bord, um die heutigen Anforderungen im Studio-Bereich noch besser abdecken zu können”, erklärt Robert Trebus, Manager D-A-CH Broadcast und ProAV bei Panasonic und fügt an: „Die Kamera kann gleichzeitig 4K und HD ausgeben. Die drei SDI-Ausgänge lassen sich beliebig konfigurieren, sodass der eine SDI-Ausgang beispielsweise HD/SDR und der andere 4K/HDR ausgeben kann.” Das neue Studiokamera-Flaggschiff wird zusammen mit einer neuen Kamerasteuerung (AK-UCU600) auf den Markt gebracht. Vorteil, insbesondere bei Live-Events, ist, dass die AK UC4000 über die gleichen Remote Control Panels (HRP1000 oder HRP1005) gesteuert werden kann wie andere professionelle Panasonic-Kameras (AU-EVA1, VariCam LT, PTZ-Kameras u.a.). Darüber hinaus soll das AK-UC4000-Kamerasystem im Laufe dieses Jahres serienmäßig umschaltbare 2x, 3x und 4x High-Speed-Aufnahmen in HD unterstützen.

 

2/3 Zoll vs. Super35 mm und Vollformat

Bei Ikegami sieht man die Entwicklung, vermehrt auf Super 35mm-Sensoren in Broadcast-Kameras zu setzen mit gemischten Gefühlen: „Panasonic hat mit seiner Strategie, auf größere Single-Sensoren und ⅔ Zoll-Objektive zu setzen, bestimmt ein interessantes Feld betreten. Wenn der Markt sagt, die Bildqualität ist gut genug, dann wird sich diese Strategie auch durchsetzen. Davon gehen wir hier bei Ikegami aber erst einmal nicht aus”, sagt Lätzsch. Ähnlich denkt man auch bei Hitachi.

Und Grass Valley argumentiert, das ⅔ Zoll-Sensorformat hätte sich über Jahre hinweg als die perfekte Größe für die meisten Broadcast-Anwendungen herauskristallisiert. Die perfekte Größe deswegen, weil Bildqualität, Nutzbarkeit und Kosteneffizienz bei ⅔ Zoll am besten korreliert. „Grass Valley setzt auf drei ⅔ Zoll-Bildsensoren. Diese nutzen einen Prismenteiler, der das einfallende Licht in die drei Farbspektren zerlegt. Der Prismenteiler entscheidet über die Wellenlänge des Lichts und welchen Ausgang des Prismenteilers das Licht nimmt”, erklärt Weber und führt aus, warum Grass Valley diese Technik bevorzugt: „Der Vorteil des Prismenteilers ist, dass er keinen Einfluss auf die Auflösung hat. Ich habe in den Ausgängen die volle Auflösung des Lichts. Man verliert beim Einsatz dieser Technologie auch keine Energie; der komplette Rotanteil wird durch den Prismenteiler hindurchgeführt. Das bedeutet eine volle Lichtempfindlichkeit für die drei Sensoren Rot, Grün und Blau.” Das Problem der Marktführer im Bereich der Broadcast Kameras sind die hohen Kosten der Kameras. Die Technik der 3-Chip ⅔ Zoll-Kameras ist nach wie vor sehr teuer in der Produktion – Kosten, die am Ende der Kunde tragen muss. „Die hohen Kosten der Kameras entstehen hauptsächlich durch den Prismenteiler. Der extra Glasblock in der Kamera ist in der Herstellung sehr teuer,” muss auch Weber zugeben und führt weiter aus: „Dazu kommt, dass die drei Sensoren ultra genau aufgeklebt werden müssen. Bei 4K-Sensoren ist ein Pixel 2,5 µm mal 2,5 µm. Beim Verkleben der Sensoren muss jetzt eine Präzision von 0,25 µm eingehalten werden – und das in allen Ebenen, horizontal, vertikal und in der Kippung. Es gibt auf der ganzen Welt nur sehr wenige Orte an dem eine solche Präzision überhaupt möglich ist. Unsere Kamerafabrik in Breda dürfte wohl die einzige außerhalb Asiens sein, die das machen kann.” Wird nur ein Sensor in der Kamera verbaut, werden in aller Regel Bayer-Pattern-Filter, also Farbmosaik-Filter, verwendet. Diese technische Lösung ist um ein vielfaches günstiger in der Herstellung, es entfällt beispielsweise der Prismenteiler. Das Problem von Kameras mit nur einem Sensor und der Bayer-Pattern-Technologie ist die Auflösung. Technisch bedingt stehen bei einem 4K-Sensor letztendlich nur 2K an grünen Pixeln und insgesamt 2K an roten und blauen Pixeln zur Verfügung. Ein natives 4K-Bild in RGB ergibt das nicht. „Das Debayering berechnet üblicherweise die fehlende Auflösung. Das funktioniert beispielsweise bei Schwarz-Weißen Linien Mustern sehr gut. Aber stellen Sie sich eine rote Rose vor. Die grünen und blauen Bildinformationen auf dem Sensor werden gleich 0 sein. Und nur ein Viertel der Pixel kann rotes Licht erkennen. Diese Rose kann also gar nicht in voller Auflösung aufgenommen werden. Das ist physikalisch unmöglich”, erklärt Weber. Ein weiterer Nachteil von Single-Imager-Kameras ist durch den Alias-Effekt bedingt. Der Alias-Effekt erfordert von Kameraherstellern, dass ein optischer Tiefpassfilter vor den Sensoren verbaut wird, der Schärfe in Details verringert um optische Bildstörungen zu verhindern, die auftreten wenn im abzutastenden Signal Frequenzanteile vorkommen, die höher sind als die halbe Abtastfrequenz. Dieser wird bei Single-Imager-Kameras in aller Regel auf die Abtastfrequenz der grünen Pixel optimiert, was dazu führt, dass die roten und blauen Pixel nach wie vor vom Alias-Effekt betroffen sind. Und das kann gerade bei Studioproduktionen mit modernen Displays oder LED-Wänden zu einem optischen Problem werden. Zwar treten die selben Effekte auch bei Kameras mit drei Sensoren auf, nur lassen sich die Tiefpassfilter besser auf die Sensoren optimieren. Möchte man trotzdem Kameras mit nur einem Sensor in einer Broadcast-Produktion einsetzen und zugleich schöne Bilder produzieren, kommt man unweigerlich zu Kameras, die eigentlich nicht für Broadcast-, sondern für Kino-Produktionen konzipiert wurden. So werden Kameras wie der Sony Venice oder der ARRI Alexa LF große Sensoren mit vielen Pixeln verbaut, die dann auch mit dem Bayer-Pattern-Filter eine native 4K-Auflösung darstellen können. Neben der reinen Auflösung sind diese Kameras dank der sehr großen Pixel auf den Sensoren auch überaus lichtempfindlich. Die Lichtempfindlichkeit wird dazu genutzt, weniger Noise-Reducer einzusetzen – das Resultat ist mehr Schärfe in den Bildern.

Auch Canon präsentierte sich auf der NAB übrigens als neues Mitglied der Vollformat-Bewegung und stellte mit der EOS C700 FF seine erste Vollformat-Filmkamera (bis zu 5,9K Bild) vor.

Wie die Sensorgröße die Optiken beeinflusst

Bei der Frage nach neuen Sensorgrößen für Broadcast-Produktionen darf nicht vergessen werden, dass die Sensorgröße auch immer einen Einfluss auf die zu verwendende Optik hat. Während in szenischen Produktionen häufig Prime- oder Festbrennweitenobjektive eingesetzt werden, um einen bestimmten Look zu erzeugen, ist in der Broadcast-Produktion vor allem eine hohe Flexibilität in der täglichen Arbeit und oftmals auch ein großer Zoomfaktor notwendig – Stichwort „Fußball-Produktionen”.

„Um die Vorteile großer Sensoren optimal zu nutzen, muss ein PL-Mount eingesetzt werden. So bekommt man bei gleichem Bildwinkel ein höhere Tiefenunschärfe und das ist genau der Look, den man bei fiktionalen Fernsehproduktionen haben möchte. Die Möglichkeiten solche Kameras in der Broadcast-Produktion einzusetzen sind jedoch sehr begrenzt. Denkt man an eine Fußball-Produktion, bei der ohnehin schon lange Brennweiten erforderlich sind, bekommt man schnell Probleme”, meint Lätzsch und fügt an: „Wir haben in den Bavaria Studios Super-35mm-Sensoren für den Einsatz in Daily Soaps getestet und sind selbst dort mit dem Zoombereich der Kameras an Grenzen gestoßen. Objektive, die den benötigten Zoombereich abdecken könnten sind zu teuer und zu unhandlich. Das ist ein Faktor bei Produktionen, bei denen es immer weniger Crew-Mitglieder und meist auch nur einen Kameramann ohne Kamera-Assistenten gibt.“ Weber ergänzt: „Großsensor Kameras haben bei gleichem Bildwinkel immer eine größere Tiefenunschärfe als ⅔ Zoll-Kameras. Das ist für die szenische Produktion erwünscht, in der Broadcast Welt und vor allem in der Sportübertragung kann das aber stören.“

Claus Pfeifer, Head of Technical Sales bei Sony Professional Europe, meint indes, dass die Frage nach der Kamera immer von Produktion zu Produktion bewertet werden muss und sagt: „Deshalb haben wir bei Sony sowohl Kameras mit ⅔ Zoll als auch mit größeren Sensoren. Und natürlich werden in einigen wenigen Bereichen großformatige Kameras in TV-Produktionen eingesetzt. Aber die Möglichkeiten sind natürlich meist beschränkt. Bei Konzert- oder Theaterproduktionen kann man nach wie vor von einem Trend in Richtung Großsensor-Technologie sprechen. Geht es um Studioproduktionen, höre ich kaum noch Stimmen, die nach größeren Sensor-Formaten fragen. Aber letztendlich kann man auch Kameras mit unterschiedlichen Sensoren in einer Produktion zusammenarbeiten lassen und gemeinsam über einen RCP (Remote Control Panel) steuern.” Grundsätzlich gilt also – umso größer der Sensor in der Kamera, umso größer und schwerer werden auch die passenden Optiken mit vergleichbaren Brennweiten.

Die Alternative, Großsensor Kameras mit ⅔ Zoll-Objektiven zu verwenden, bedeutet immer Einbußen in der Bildqualität. Außerdem ist die Frage nach der Sensorgröße auch immer eine Frage des „Looks” – die Tiefenunschärfe nimmt bei großen Sensoren zu und fokussiert die Aufmerksamkeit der Zuschauer eher auf einen bestimmten Punkt.

Dass ein szenischer Look in der Broadcast-Produktion nicht immer gewünscht ist, kann Lätzsch bestätigen und erzählt die Geschichte eines Kunden, der mit Großsensor-Kameras News-Inhalte produzieren wollte, von den Zuschauern aber ausgebremst wurde: „Der Kunde erzählte uns, dass die Zuschauer von der Tiefenunschärfe irritiert waren. Vor allem in einer ENG-Interviewsituation möchte der Zuschauer möglichst die gesamte Szenerie erkennen können. Das haben Zuschauer einfach so gelernt.”

 

Bildqualität und Flexibilität

„Aus unserer Sicht driftet der Markt ein wenig auseinander, wenn es um das Anforderungsprofil von Broadcast-Kameras geht. Auf der einen Seite steht die klassische Studio- und Ü-Wagen-Kamera, die möglichst viele Features wie Video-over-IP zu einem attraktiven Preis mitbringen muss, um sich möglichst leicht in vorhandene Infrastrukturen integrieren zu lassen. Auf der anderen Seite sehen wir Kameras, die eher für spezielle, meist szenische Live-Produktionen eingesetzt werden. Diese Kameras müssen mit den besseren Sensoren ausgestattet werden, brauchen aber nicht unbedingt die größtmögliche Flexibilität. Bei Panasonic decken wir beides ab”, erklärt Trebus.

Durch die physikalischen Grenzen und die Marktdurchdringung von ⅔ Zoll-Kameras werden sich großformatige Kameras im Broadcast-Markt wohl zunächst nicht durchsetzen. Zu teuer und rar sind die Objektive, zu unflexibel die Kameras in vielen Produktionsszenarien. Am Ende des Tages ist die Gleichung ganz einfach. Wer hochqualitative Broadcast-Bilder produzieren möchte, kommt im Moment nicht an einer Kamera mit drei ⅔ Zoll-Chips und einem Prismenteiler vorbei.

Fakt ist aber auch, dass sich die Branche in einer dynamischen und preissensitiven Phase befindet. Blackmagic Design beispielsweise hat in der Vergangenheit bewiesen, dass sich die Herstellung einfacher und vor allem kostengünstiger Kameras lohnt. Ohne Zweifel verkauft Blackmagic Design die meisten Kameras an Filmemacher und nicht an Broadcaster. Das aber könnte sich durch die Vorstellung der URSA Broadcast in Zukunft ändern. Es wird spannend zu beobachten sein, für welche Produktionen Medienhäuser und Fernsehanstalten eine Kamera mit nur einem Sensor bereithalten werden.

Eines ist dennoch jetzt schon klar. Sieht der Verbraucher an seinem Endgerät keinen signifikanten Unterschied in der Bildqualität, könnte das Interesse der Broadcaster zugunsten der Single-Chip Kameras schnell steigen.

Niklas Eckstein

MB 2/2018

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