Pixel-Shifting: Und plötzlich kann der Full HD Beamer 4k

4k Beamer sind leider weiterhin sehr teuer. Doch intelligente Technologie macht aus einem einfachen Full HD Beamer ein 4k Schwergewicht. Wie ist das möglich?!?

Was ist Pixel-Shifting und wie funktioniert es?

Es wird eng auf dem Chip

Auf den kleinen Bildsensoren in Videoprojektoren mit oft nur etwa 1 Zoll Diagonale ist es eine Herausforderung, die Millionen von Pixeln unterzubringen, die für moderne hohe Auflösungen wie 4K oder 8K nötig sind. Während auf großen Flachbildschirmen genug Platz ist, die benötigten 8 Millionen und mehr Pixel nebeneinander anzuordnen, stoßen die winzigen Chips in Projektoren hier an ihre Grenzen.

Um dennoch hohe Auflösungen zu ermöglichen, haben die Hersteller Pixel-Shifting entwickelt. Durch schnelles Verschieben des Bildes auf dem Chip können aus einem Full HD-Sensor mit 2 Millionen Pixeln Bilder in 4K-Qualität erzeugt werden. Diese Technologie erlaubt es, die kleinen Sensoren effizienter zu nutzen und die Auflösung zu vervielfachen.

Pixel-Shifting Technologie erklärt

Die Technologie ist dabei nicht neu. Hersteller wie Sony nutzen das Pixelschubsen bereits seit über 10 Jahren in ihren Beamern.

Die Pixel-Shifting Technologie ermöglicht es Projektoren, eine deutlich höhere Auflösung zu erzeugen, als es die nativen Chips eigentlich hergeben würden. Durch extrem schnelles Verschieben des projizierten Bildes auf dem Sensor und die Trägheit des menschlichen Auges erscheint das Bild schärfer und detailreicher.

Zweiphasen-Pixel-Shifting verdoppelt grob die Pixelzahl, Vierphasen-Pixel-Shifting kann die Pixeldichte sogar vervierfachen. Dadurch wird 4K auch mit Full HD-Chips möglich, was die Herstellungskosten senkt. Für den Zuschauer ist der Effekt einer höheren Auflösung spürbar. Pixel-Shifting stellt so eine clevere Brückentechnologie auf dem Weg zu echten 4K- und 8K-Projektoren dar.

Zweiphasen-Pixel-Shifting (z.B. Epson, JVC)

Beim Zweiphasen-Pixel-Shifting, wie es beispielsweise Epson und JVC einsetzen, wird das 4K-Quellmaterial in zwei Full HD-Bilder aufgeteilt. Jedes dieser Bilder hat also „nur“ die halbe Auflösung von 4K mit 1920 x 1080 Pixeln. Diese beiden Bilder werden nun in schneller Abfolge projiziert. Allerdings ist das zweite Bild jeweils um einen halben Pixel diagonal verschoben.

Durch diese minimale Verschiebung des zweiten Bildes und die hohe Geschwindigkeit, mit der die beiden Bilder abwechselnd projiziert werden, nimmt das menschliche Auge aufgrund der Trägheit des Sehens keinen Unterschied wahr. Es sieht nur ein zusammenhängendes Bild. Dieses erscheint aber gerade durch die Verschiebung doppelt so pixelreich und erreicht somit fast die Pixeldichte von 4K.

Vierphasen-Pixel-Shifting (z.B. BenQ, Optoma)

Im Gegensatz zum Zweiphasen-Pixel-Shifting wird hier das Ausgangsmaterial nicht nur in zwei, sondern gleich in vier Full HD-Bilder zerlegt. Auch diese haben also jeweils nur 1920 x 1080 Pixel. Allerdings werden sie nun nicht nur diagonal, sondern zusätzlich auch horizontal und vertikal gegeneinander verschoben.

Die vier Teilbilder erscheinen für das Auge wie eins, da sie in rascher Abfolge von nur 1/240 Sekunden projiziert werden. Durch die Verschiebung in alle Richtungen ist die Pixeldichte aber noch einmal höher als beim Zweiphasen-Pixel-Shifting. Hier kann wirklich die volle 4K-Auflösung von 8 Millionen Pixeln erreicht werden.

Pixel-Shifting versus Full HD

Deutlich mehr Pixel und Details als Full HD

Im Vergleich zu herkömmlichen Full HD-Projektoren mit einer nativen Auflösung von 1920 x 1080 Pixeln bietet Pixel-Shifting eine deutlich höhere Pixelanzahl und Bilddetails. Durch das Verschieben des projizierten Bildes werden effektiv die Pixel vervielfacht, so dass statt 2 Millionen Pixeln plötzlich 8 Millionen Pixel dargestellt werden können.

Sowohl beim Zwei- als auch beim Vierphasen-Pixel-Shifting wird die Pixeldichte im Vergleich zu Full HD vergrößert. Besonders die vertikalen und diagonalen Kanten sowie kleine Bilddetails werden damit schärfer und klarer wiedergegeben. Feine Texturen, Haare oder Gras sind mit Pixel-Shifting detaillierter zu erkennen.

Insgesamt ist das projizierte Bild mit Pixel-Shifting erheblich informationsreicher und zeigt mehr Inhalte. Es enthält spürbar mehr Bilddetails, was sich positiv auf die Schärfe und Plastizität auswirkt.

Geringerer „Screen-Door-Effekt“ als bei Full HD

Da Pixel-Shifting die Pixel vervielfacht, ist auch der störende „Screen-Door-Effekt“ deutlich geringer als bei Full HD-Projektoren. Dieser Effekt entsteht durch die relativ großen Abstände zwischen den einzelnen Pixeln.

Bei Full HD sind die einzelnen Pixel oft noch als solche erkennbar, das Bild wirkt wie durch ein Gitter oder Sieb betrachtet. Mit der höheren Pixeldichte durch Pixel-Shifting verschwindet dieser Effekt fast vollständig.

Das Bild wirkt insgesamt homogen und flüssig, eine Pixelstruktur ist nicht mehr auszumachen. Filme und Spiele werden so immersiver dargestellt.

Ideal für große Projektionsflächen

Pixel-Shifting eignet sich ideal für die Projektion auf großen Leinwänden und Flächen. Da hier die einzelnen Pixel eines Full HD-Projektors sehr groß wirken würden, ist die höhere Pixeldichte durch das Verschieben essenziell.

Auch in größerem Abstand sind die Bilddetails noch klar und scharf zu erkennen. Die Zuschauer können so weiter von der Leinwand entfernt sitzen, ohne dass das Bild an Schärfe einbüßt.

Große Leinwände von 100 Zoll und mehr können mit Pixel-Shifting-Projektoren optimal ausgeleuchtet werden, eine Full HD-Auflösung wäre hier bei weitem nicht ausreichend. Die Zuschauer profitieren von mehr Details.

Pixel-Shifting versus native 4k UHD

Native 4K hat noch mehr Bildinformationen

Im Vergleich zu Pixel-Shifting-Projektoren besitzen native 4K-Projektoren eine noch höhere Anzahl an Bildinformationen. Sie haben 4K-Chips mit ca. 8,8 Millionen Pixeln, während Pixel-Shifting in der Regel nur 8,3 Millionen Pixel erreicht.

Die einzelnen Pixel des 4K-Chips können mehr Details speichern und wiedergeben. Besonders feine Strukturen, Haare oder Gras werden noch schärfer dargestellt. Auch die Kantendefinition ist beim nativem 4K noch einmal besser.

Inhaltlich bieten native 4K-Projektoren also durch die höhere Pixelanzahl einen kleinen Vorteil. Sie können Bildinformationen und Details darstellen, die mit Pixel-Shifting nicht ganz erreicht werden.

Native 4K Chips sind sehr teuer

Allerdings sind native 4K-Chips für die Hersteller extrem teuer in der Produktion. Jeder einzelne Pixel muss auf minimalem Raum untergebracht werden. Die Fertigungstoleranzen sind extrem gering.

Dies treibt die Produktionskosten eines nativen 4K-Projektors erheblich in die Höhe. Pixel-Shifting ist als Technologie viel kostengünstiger umsetzbar. Deswegen sind native 4K-Projektoren oft um ein Vielfaches teurer.

Für den Konsumenten ist der Preisaufschlag für native 4K-Technik kaum zu rechtfertigen. Pixel-Shifting bietet schon eine sehr gute Bildqualität für weniger Geld.

Nahezu gleiche Bildqualität wie mit nativem 4K

Tatsächlich ist der Qualitätsunterschied zwischen nativem 4K und Pixel-Shifting für das menschliche Auge kaum sichtbar. In der Praxis sehen die Bilder nahezu identisch aus.

Nur in direktem Vergleich sind minimale Differenzen in der Schärfe und Details erkennbar. Beim Filmeschauen fällt dies jedoch nicht auf. Die Bildqualität ist mit Pixel-Shifting fast ebenbürtig.

Für Heimkinos bietet Pixel-Shifting daher schon eine Bildqualität, die an native 4K-Projektoren herankommt. Der Aufpreis für native Technik lohnt sich für die meisten Anwender nicht.

Was ist die XPR-Shift-Technologie von TI (Texas Instruments)?

Proprietäre Pixel-Shifting-Technologie

Die Abkürzung XPR steht für „eXpanded Pixel Resolution“. Es handelt sich um eine proprietäre Pixel-Shifting-Technologie, die von dem Halbleiterhersteller Texas Instruments (TI) entwickelt wurde.

Ziel der Technologie ist es, die Auflösung von Beamern bzw. Projektoren zu erhöhen, die TI DLP-Chips einsetzen. XPR kommt sowohl bei Full HD- als auch bei 4K-DLP-Chips zum Einsatz. Es verschiebt die projizierten Pixel, um die Pixeldichte zu vervielfachen.

XPR ist eine patentierte Innovation von TI für DLP-Projektoren. Andere Hersteller können diese Technik nicht einsetzen. Sie ist ein unique selling point für TI.

DLP-Chips von Texas Instruments

Die XPR-Technologie nutzt speziell die DLP-Chips (Digital Micromirror Devices) von Texas Instruments. Dies sind mikroskopisch kleine DMD-Chips mit Millionen winziger Spiegel, die das Licht modulieren.

Jeder Spiegel entspricht einem Bildpunkt. Durch Neigen der Spiegel können die DLP-Chips sehr schnell die Pixel verschieben und so die XPR-Technik umsetzen. Die hohen Taktraten der DLP-Chips sind die Grundvoraussetzung für XPR.

Nur TI DLP-Projektoren können XPR nutzen. Bei anderen Technologien wie 3LCD oder LCoS kommt XPR nicht zum Einsatz. Hier nutzen Hersteller andere Pixel-Shifting-Konzepte.

Das Bild horizontal und vertikal verschoben

Bei der XPR-Technologie werden die Pixel horizontal und vertikal verschoben. Ausgehend von einem 1080p-Chip erfolgt die Verschiebung um jeweils ein halbes Pixel nach unten, oben, links und rechts.

Durch die Verschiebung in alle vier Richtungen entsteht ein vierfach dichteres Pixelraster mit der vierfachen Menge an Bildpunkten. Aus Full HD werden so durch XPR rund 8 Millionen Pixel, also quasi 4K.

Im Gegensatz zu anderen Techniken erfolgt die Verschiebung bei XPR also nicht nur diagonal, sondern auf zwei Achsen. Dies maximiert die Pixelvervielfachung.

Pixelanzahl auf der Leinwand wird vervierfacht

Als Endresultat der XPR-Technologie wird die Pixelanzahl, die ein DLP-Chip darstellen kann, vervierfacht. Statt der nativen 1080p werden durch geschicktes Pixel-Shifting effektiv 4K-Bilder mit ca. 8 Megapixeln erzeugt.

Der Betrachter nimmt aufgrund der hohen Taktraten der Pixelverschiebung ein gestochen scharfes Bild mit vierfacher Pixeldichte wahr. Die Detailschärfe wird deutlich erhöht und übertrifft Full HD erheblich.

XPR ermöglicht so auch günstigeren DLP-Projektoren, eine 4K-Bildqualität zu erzielen. Die native Auflösung des Chips ist dann für das Marketing häufig zweitrangig.

Was ist e-Shift-Technologie von JVC?

Pixel-Shifting-Technik speziell von JVC

Die e-Shift-Technologie ist eine proprietäre Pixel-Shifting-Technik, die vom Projektorhersteller JVC entwickelt wurde. e-Shift kommt bei verschiedenen JVC Projektormodellen mit D-ILA-Chips zum Einsatz.

Anders als die XPR-Technik von Texas Instruments ist e-Shift nicht an eine bestimmte Chip-Technologie gebunden. JVC setzt e-Shift bei seinen hauseigenen D-ILA-Chips ein, einer Variante der LCoS-Technik (Liquid Crystal on Silicon).

e-Shift ist eine Kerninnovation von JVC und wird kontinuierlich weiterentwickelt. Aktuell ist die vierte Generation e-Shift4 im Einsatz.

Setzt auf bewährte D-ILA-Projektoren

Die e-Shift-Technologie kommt bei JVCs erfolgreichen D-ILA-Projektoren zum Einsatz. D-ILA steht für Direct Drive Image Light Amplifier und ist eine Form der LCoS-Technik.

Dabei werden flüssigkristallbasierte Bildchips genutzt. Im Gegensatz zu TI DLP basiert e-Shift also auf der LCD-Technik. Dennoch funktioniert das Pixel-Shifting-Prinzip ähnlich.

JVC nutzt e-Shift, um die Auflösung der eigenen D-ILA-Projektoren zu erhöhen, ohne neue Chips entwickeln zu müssen.

Vertikale Pixel-Verschiebung seit e-Shift 3

In der neusten Version von e-Shift wird sowohl vertikal, als auch horizontal verschoben. Doch viele Beamergenerationen verschoben nur in eine Richtung und wurden als „horizontal lens shift projector“ beworben.

Durch die rasante Verschiebung (120 Hz, als 120 Mal pro Sekunde) nimmt das Auge auch bei dieser Technologie ein schärferes Bild mit vierfach mehr Details wahr.

Vorteile vom Pixel-Shifting

Geringere Anschaffungskosten

Ein großer Vorteil von Pixel-Shifting-Technologien ist, dass sie deutlich geringere Anschaffungskosten im Vergleich zu nativer 4K-Technik ermöglichen. Pixel-Shifting nutzt existierende Full HD-Chips weiter, anstatt teure neue native 4K-Chips zu entwickeln.

Sowohl die Herstellungskosten für die Hersteller als auch die Verkaufspreise für die Konsumenten können so niedrig gehalten werden. Pixel-Shifting-Projektoren sind oft nur halb so teuer wie vergleichbare native 4K-Modelle.

Gerade für Einsteiger und Einsteigerinnen in das Thema Heimkino sind Pixel-Shifting-Projektoren daher eine attraktive Möglichkeit, die Anschaffungskosten gering zu halten.

Trotzdem sehr gute Bildqualität

Obwohl Pixel-Shifting eine kostengünstige Technologie ist, liefert sie trotzdem in den meisten Fällen eine sehr gute Bildqualität. Oft ist der Unterschied zu nativem 4K für das menschliche Auge kaum sichtbar.

Durch die hohen Taktraten beim Pixel-Verschieben werden Details sehr gut wiedergegeben. Auch die Farbdarstellung und Kontraste sind dank moderner Projektoren exzellent.

Insgesamt bieten Pixel-Shifting-Projektoren also ein hervorragendes Preis-Leistungs-Verhältnis. Die niedrigen Kosten schlagen sich nicht in einer schlechteren Bildqualität nieder.

Gutes Preis-Leistungs-Verhältnis

Durch die Kombination von günstiger Technik bei gleichzeitig hochwertiger Bildqualität sind Pixel-Shifting-Projektoren sehr attraktiv was das Preis-Leistungs-Verhältnis angeht.

Oft liefern sie in der Preisklasse bis 2000 Euro ein besseres Bild als native 4K-Projektoren, die das Doppelte oder Dreifache kosten. Die Einsparungen überwiegen für viele Heimkino-Enthusiasten gegenüber dem Nachteil geringfügig niedrigerer Schärfe.

Wer das beste Preis-Leistungs-Verhältnis bei möglichst geringen Kosten sucht, ist mit einem Pixel-Shifting-Projektor daher gut beraten.

Nachteile vom Pixel-Shifting

Nicht ganz so scharf wie native 4K UHD

Ein Nachteil von Pixel-Shifting ist, dass die erreichte Bildschärfe nicht ganz an native 4K-Auflösung herankommt. Da die Pixel nur verschoben werden, können keine zusätzlichen Bildinformationen generiert werden.

Beim direkten Vergleich sind bei nativem 4K noch mehr Details und höhere Schärfe erkennbar. Pixel-Shifting arbeitet mit einer begrenzten Anzahl von Ausgangs-Pixeln. Die maximale Schärfe ist dadurch limitiert.

Für die meisten Anwender ist der Schärfeunterschied in der Praxis jedoch kaum sichtbar. Nur in Spezialanwendungen macht sich das Fehlen der maximalen Detailschärfe wirklich bemerkbar.

Manchmal leichte Artefakte sichtbar

Durch die schnelle Abfolge der leicht versetzten Teilbilder kann es mitunter zu Artefakten kommen. Kleine Verzerrungen oder Unregelmäßigkeiten im Bild sind möglich.

Auch eine sehr ruhige Projektionsfläche ist erforderlich. Selbst leichte Erschütterungen können durch die Bildüberlagerung zu Störungen führen. Moderne Projektoren minimieren solche Effekte jedoch immer weiter.

Insgesamt treten Artefakte bei Pixel-Shifting nur noch selten in störendem Ausmaß auf. Die Technologie wurde in den letzten Jahren stark verbessert.

Erfordert ruhige Projektionsfläche

Da bei Pixel-Shifting mehrere leicht versetzte Teilbilder sehr schnell projiziert werden, ist eine absolut ruhige Projektionsfläche essenziell. Schon minimale Bewegungen der Leinwand können störende Effekte verursachen.

Vor allem bei Leinwänden, die nicht straff aufgehängt sind, kann sich dies durch „wabernde“ Bildbereiche bemerkbar machen. Moderne Projektoren kompensieren Unregelmäßigkeiten aber immer besser.

Für die beste Bildqualität sollte man beim Einsatz von Pixel-Shifting dennoch auf eine möglichst ruhige, fest installierte Leinwand achten, die nicht vom Wind beeinflusst wird.

Gefälschte 4k-Beamer: Wie Hersteller mit UHD tricksen

Irreführende Bezeichnung als „4K“

Leider gibt es auch am Markt Beamer, die einfach als „4K“ bezeichnet werden, obwohl sie technisch nur eine Full HD-Auflösung von 1920 x 1080 Pixeln bieten.

Die Bezeichnung „4K“ im Namen oder der Beschreibung ist dann irreführend. Hier nutzen Hersteller den Hype um 4K gezielt aus, um Käufer anzulocken und verbergen, dass es sich eigentlich „nur“ um einen Full HD Beamer handelt. Man könnte so auch einen Schwarz-Weiß Fernseher als Farbfernseher bewerben, weil eine bunte Brille beiliegt.

Seriöse Hersteller sprechen in solchen Fällen korrekt von „Full HD“ und machen dies in der Produktbeschreibung deutlich. Die Angabe „4K“ sollte man bei der Produktsuche also kritisch hinterfragen.

Dies betrifft aber nicht nur Pixel-Shift Beamer, sondern ganz normale Full HD Beamer, die lediglich keine Fehlermeldung ausgeben, wenn man ein 4k Video abspielt. Um beim oben genannten Beispiel zu bleiben, dies wäre so, als wenn man ein Schwarz-Weiß Fernseher verkauft und schreibt „Kann Farbfilme abspielen“. Tatsächlich werden die Farbfilme abgespielt, nur halt in schwarz-weiß. Den Fernseher so zu bewerben, wäre dann natürlich völlig lächerlich. Bei Beamer ist dies aber ganz normaler Alltag. Vermutlich, weil viele Kunden gar nicht richtig einschätzen können, was 4k überhaupt bedeutet und dies auf der Leinwand auch nicht so genau unterscheiden werden.

Maximale Auflösung bleibt 1080p

Selbst wenn das Gerät als „4K-Beamer“ beworben wird, ist die tatsächliche maximale Auflösung eines Pixel-Shifters lediglich 1920 x 1080 Pixel, also Full HD oder 1080p.

Eine echte 4K-Auflösung von 3840 x 2160 Pixeln oder nativem 4K kann der Full HD Beamer nicht erzeugen. Die Angabe „4K“ ist bei vielen günstigen Beamer irreführend.

Im Kleingedruckten nachforschen

Um sicher zu gehen, dass ein als „4K“ bezeichneter Beamer dieses Versprechen auch wirklich einhält, sollte man genau in die technischen Details schauen.

Oft findet sich im Kleingedruckten oder in der technischen Beschreibung der Hinweis auf „Full HD“ oder 1080p. Dies zeigt dann, dass die Auflösung nicht echtes 4K oder Pixel-Shifting entspricht. Einige Hersteller erfinden Bezeichnungen für den Pixelshift, um diesen besser bewerben zu können. Beispiele dafür sind:

• 4k 1080p
• 4k Full HD
• 4K Enhanced
• 4K Upscaling
• 4k ready
• 4k unterstützt
• 4k kompatibel
• 4K Qualität (aber nicht wirklich 4k)

Sehr häufig wird das Pixel-Shiften aber auch verheimlicht. Erst bei intensiver Internetrecherche lässt sich herausfinden, was tatsächlich in dem Beamer steckt. Dies ist sehr bedauerlich, weil viele Kunden so hinters Licht geführt werden.

Seriöse Hersteller informieren korrekt über die verwendeten Technologien. Hier lohnt sich das genaue Nachforschen.

Die besten 4k Pixel-Shifting Beamer

Nun wissen wir, wie die Technologie funktioniert und wie aus einem Pixel vier werden. Wie sehen die Geräte nun aus? Wir möchten die drei besten Pixel-Vervierfacher vorstellen, die in Qualität nativen 4k Beamer in nichts nachstehen und Full HD Beamer weit hinter sich lassen:

Fazit

Pixel-Shifting als kostengünstige 4K-Alternative

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Pixel-Shifting eine clevere Technologie ist, um kostengünstig eine 4K-ähnliche Bildqualität zu erzielen. Anstatt teurer neuer Chips wird die Auflösung bestehender Full HD-Panels durch Verschiebung vervielfacht.

Dadurch können die Herstellungskosten und Verkaufspreise niedrig gehalten werden. Für viele Anwender ist ein Pixel-Shifting-Projektor eine erschwingliche Option für quasi-4K.

Kein vollwertiger Ersatz für natives 4K

Allerdings kann Pixel-Shifting natives 4K nicht ganz ersetzen. In Sachen maximaler Detailschärfe und Pixelanzahl auf dem Screen bleibt native 4K-Technik ungeschlagen.

Wem es auf jedes Quäntchen Bildschärfe ankommt, wird mit nativem 4K glücklicher. Für Spezialanwendungen ist echtes 4K unverzichtbar.

Für viele Anwender guter Kompromiss

Für den normalen Heimkinobetrieb liefern Pixel-Shifting-Projektoren allerdings oft ein völlig ausreichendes Bild. Der Unterschied zu nativem 4K ist marginal. Und auch in der nahen Zukunft, wenn wir den Schritt zu 8k (und mehr) gehen, wird Pixel-Shifting lange Zeit die einzige erschwingliche Wahl sein.

Vor allem in Anbetracht der deutlich geringeren Kosten ist Pixel-Shifting für viele Anwender ein sehr guter Kompromiss zwischen Bildqualität und Preis. Die Technologie hat das Preis-Leistungs-Verhältnis bei Projektoren deutlich verbessert.