Zusammenhang Bildschirmgröße, Auflösung, Pixel, Farbtiefe, dpi, ...

Egal ob Fernseher, Digitalkamera, Smartphone oder Computer: immer wieder stolpert man über die Angaben zu Bildschirmgröße, Auflösung, Pixel, Farbtiefe und dpi. Was versteht man darunter? Wie hängen diese Angaben zusammen?

TV - Fernseher

Aktuelle Prospekte werben mit 55, 65 oder 75 Zoll und Full HD, 4K, 8K, usw., aber was bedeuten diese Angaben?

Fangen wir mit der Größenangaben an. Obwohl in Deutschland das metrische Maß genutzt wird (Zentimeter, Meter, ...) hat sich bei der Angabe von Fernsehern das Zollmaß durchgesetzt. Häufig wird zusätzlich die Angabe in Zentimetern ergänzt. Die Umrechnung ist einfach. 1 Zoll (englisch: Inch) entspricht 2,54 cm. Ein 55 Zoll Fernseher entspricht 55 x 2,54 cm = 139,7 cm. Zoll wird oft mit den doppelten Anführungszeichen oben dargestellt, also 55".

Diese Größenangabe entspricht immer der Bildschirmdiagonale:

Ohne jetzt zu tief in die Mathematik abzutrifften (Stichwort: trigonometrische Funktionen), kann man die Bildschirmdiagonale auch in die Breite und Höhe umrechnen. Die Umrechnung ist abhängig vom Verhältnis der Bildschirmauflösung, die in Bildpunkten (=Pixel) angegeben wird. Bei Full HD (Details siehe später) liegt die Auflösung bei 1920 x 1080 Bildpunkten (Pixel). Das entspricht dem gängigen Breitbildformat und damit einem Seitenverhältnis von: Bildbreite = 1,778 x Bildhöhe. Den Wert 1,778 erhält man durch Division 1920 / 1080.

Die Angabe von Breite und Höhe berücksichtigt nicht den Rand um die sichtbare Fläche. Bei modernen Fernsehern ist dieser meistens sehr schmal!
Die Berechnung erfolgt nach Eingabe eines Wertes in Zoll oder Zentimeter (Dezimalstellen mit Punkt trennen) und verlassen des Feldes (z.B. mit der [Tabulator] Taste.

Was hat die Auflösung für eine Bedeutung?

Je höher die Auflösung, desto kleiner sind die Bildpunkte (bei gleicher Bildschirmdiagonale). Das Bild wirkt bei hohen Auflösungen schärfer, einzelne Bildpunkte sind nicht mehr mit dem bloßen Auge erkennbar.

In den letzten Jahren hat sich das Breitbildformat durchgesetzt, häufig auch unter dem Begriff 16:9 geführt - also ein Seitenverhältnis von 1,78 : 1.

Bezeichnung	Auflösung	Seitenverhältnis	Bemerkung
SD (Standard Definition)	720 x 576 Pixel	1 : 1,25	älterer Standard, Auflösung einer DVD, noch kein 16:9 Format
HD ready (High Definition)	1.280 x 720 Pixel	1 : 1,78	die Vorstufe zu HD, manchmal auch als halbes HD bezeichnet
Full HD (High Definition)	1.920 x 1.080 Pixel	1 : 1,78	echtes HD, viele TV Sender werden schon in dieser Auflösung ausgestrahlt
UHD (Ultra High Definition)	3.840 x 2.160 Pixel	1 : 1,78	ultrahohe Auflösung, auch 4K genannt, erste TV Sender und Streaming Dienste
UHD-2 (Ultra High Definition)	7.680 x 4.320 Pixel	1 : 1,78	die nächste Generation, auch 8K genannt, kaum Medieninhalte vorhanden

Warum gibt es bei manchen Filmen oben und unten einen schwarzen Streifen?

Während Filme, die speziell für das Fernsehen produziert werden, das 16:9 Format nutzen, werden Kinofilme meistens im 2,25 : 1 Format gedreht. Damit das Bild in der Breite auf den Bildschirm passt, ergibt sich automatisch oben und unten der schwarze Streifen.

Auflösung Computer Monitore

In den letzten Jahren hat sich auch bei Computer Monitoren das 16:9 Format durchgesetzt. Laptops (=Notebooks - inzwischen ein Synonym) werden - je nach Gehäusegröße - mit unterschiedlich großen Displays angeboten. Übliche Größen sind 14", 15,6" oder 17,3". Aktuell ist das Full HD Format (also 1.920 x 1.080 Pixel) Standard. Lediglich in der sehr günstigen Einsteigerklasse werden geringere Auflösungen angeboten.

Entscheidet man sich gegen einen Laptop und kauft einen Desktop Computer (in den unterschiedlichsten Gehäusegrößen) ist die Auswahl an externen Monitoren unüberschaubar groß. Nicht nur die Auflösung (HD, 4K und andere) spielt eine Rolle, sondern auch die physikalische Größe des Monitors. Ganz zu schweigen von der Display Technologie (Paneltyp), der Farbtiefe, Farbtreue, mechanische Eigenschaften (höhenverstellbar, neigbar, 90° drehbar, ...), integrierten Lautsprechern, verfügbare Anschlüsse (D-Sub, HDMI, DisplayPort, DVI-D, ...), Blickwinkel, Bildwiederholfrequenz. Wenn ausreichend Platz auf dem Schreibtisch ist, stellt sich auch die Frage nach einem Betrieb mit zwei (oder mehr) Monitoren.

Für mich persönlich stellt ein 27" Monitor in der Auflösung WQHD (2.560 x 1.440) einen guten Kompromiss zwischen physikalischer Grüße, Auflösung und Preis dar.

Die Auflösungen in der Übersicht (nur eine Auswahl!):

Bezeichnung	Auflösung	Bemerkung
CGA (Color Graphics Adapter)	320 x 240 Pixel	der erste Farbmonitor Anfang der 1980er Jahre
EGA (Enhanced Graphics Adapter)	640 x 350 Pixel	die verbesserte Version
VGA (Video Graphics Array)	640 x 480 Pixel	früher eine übliche Auflösung
WVGA (Wide VGA)	720 x 400 Pixel	die ersten Ansätze für breites Format
SVGA (Super VGA)	800 x 600 Pixel	Weiterentwicklung
XGA (Extended Graphics Array)	1.024 x 768 Pixel
SXGA (Super XGA)	1.280 x 1.024 Pixel
SXGA Plus	1.400 x 1.050 Pixel
Ultra XGA	1.600 x 1.200 Pixel
FHD, HD1080, 1080p (Full HD)	1.920 x 1.080 Pixel	bei Laptops empfohlen, günstige, externe Monitore
WQHD (Wide QHD)	2.560 x 1.440 Pixel
UHD 4K, 2160p (Ultra High Definition, 4K)	3.840 x 2.160 Pixel

Monitore mit einer Auflösung unter Full-HD (1.920 x 1.080 Pixel) sind aktuell nicht mehr empfehlenswert. Die Bildschirmdiagonale bei dieser Auflösung sollte bei 24" oder 27" liegen. Soll der Monitor noch größer sein, dann sollte auch eine 4K Auflösung in Betracht gezogen werden - oder eine Auflösung zwischen Full-HD und 4K. Dabei muss auch berücksichtigt werden, dass die Grafikkarte die hohe Auflösung mit mindestens 60 Hz Bildwiederholfrequenz unterstützt.

ppi

ppi steht für Pixel per Inch und gibt an, wie viele Pixel auf einem Zoll (2,54 cm) angezeigt werden. Die Standardpixeldichte liegt zwischen 95 bis 110 ppi, eine hohe Pixeldichte reicht von 110 bis 140 ppi und eine sehr hohe Pixeldichte fängt bei 140 ppi an.

Und wie berechnet sich die Pixeldichte?

Dafür benötigt man die Bildschirmgröße und die Auflösung des Monitors. Bei einem 24" Monitor mit einer Auflösung von 1.920 x 1.080 Pixel ergibt sich eine Breite von 20,9" (Berechnung siehe oben). Wird die Auflösung in Pixel durch die Breite in Zoll dividiert, erhält man die ppi Angabe:

1.920 / 20,9 = 92 ppi (gerundet)

Für die meisten Anwendungen ist dieser ppi Wert vollkommen ausreichend und einzelne Pixel sind am Bildschirm nicht mehr sichtbar.

Bildschirmdiagonale	Auflösung	ppi
24"	1.920 x 1.080 Pixel	92 ppi
27"	1.920 x 1.080 Pixel	82 ppi
27"	2.560 x 1.440 Pixel	109 ppi
27"	3.940 x 2.160 Pixel	163 ppi

dpi

dpi steht für Dots per Inch. Im Gegensatz zur Angabe ppi bei Monitoren wird bei Druckern dpi benutzt. Egal ob Tintenstrahldrucker oder Laserdrucker - das Druckergebnis ist aus einzelnen Bildpunkten zusammengesetzt. Viele Drucker arbeiten mit 300 dpi, Entwurfsausdrucke mit 150 dpi und hohe Druckdichten mit 600 dpi.

Auch beim Einscannen von Dokumenten ist die dpi Angabe sehr wichtig, da diese die Qualität des Ergebnisses maßgeblich bestimmt (neben der Einstellung für Farbe bzw. Graustufen, Helligkeit und Kontrast). Ein Scan liefert mit 300 dpi sehr gute Ergebnisse und die Größe der Datei ist überschaubar (ca. 500 kByte pro Seite bei Graustufen, geringer Füllungsgrad der Seite - z.B. bei einer Rechnung). Reduzierung der Auflösung: schnellerer Scan und kleinere Dateigröße.

Eine sehr alte Technologie, die in den 1970er Jahren entwickelt und sich in den 1980er Jahren schnell verbreitet hat, ist das Fax. Auch heute noch stehen in vielen Behörden und Firmen Faxgeräte - und werden intensiv genutzt. Die Standard Auflösung liegt bei 203 dpi in horizontaler und 98 dpi in vertikaler Richtung - und das sieht man einem Fax auch an.

Auflösung Digitalkameras und Smartphones

Die Entwicklung der Digitalkameras und der Kameras in Smartphones ist in den letzten Jahren rasant vorangeschritten. Noch vor einigen Jahren hat man sich über eine Auflösung von 5 Megapixel gefreut. Inzwischen prahlen die ersten Smartphones mit 48 Megapixel und mehr. Aber was bedeutet das und brauche ich das wirklich?

Nehmen wir ein (noch aktuelles) Smartphone: Apple iPhone 14 Pro. Das Teleobjektiv besitzt einen 12 Megapixel (MP) Sensor mit einer Auflösung von 3.042 x 4.032 Bildpunkten. Multipliziert man die Auflösung, dann entspricht das Ergebnis der Megapixel Angabe: 3.042 x 4.032 = 12.265.344 Bildpunkte. In der digitalen Technik entspricht Mega nicht 1.000.000, sondern 1.024 x 1.024 = 1.048.576. Damit handelt es sich bei dem Bildsensor um einen 12.265.344 / 1.048.576 = 11,7 Megapixel Sensor. Wenn man jetzt noch weiß, dass das Display eine Auflösung von 2.556 x 1.179 Pixel besitzt, können am Display maximal 2.556 x 1.179 = 3.013.524 Bildpunkte angezeigt werden - also nur ca. 1/4 des aufgenommenen Fotos. Das Foto wird also verkleinert angezeigt, hat aber dadurch den Vorteil, dass man in das Bild zoomen kann und trotzdem noch Details erkennt.

Brauche ich diese Auflösung?

Das hängt davon ab, was mit den Fotos geschehen soll. Wenn das Foto nur in sozialen Netzwerken oder einem Messenger (WhatsApp, Signal, ..) geteilt werden soll, ist die Auflösung viel zu hoch und die entsprechenden Apps reduzieren die Auflösung automatisch (teilweise signifikant). Auf dem Smartphone bleibt das Foto aber in der Originalgröße erhalten und hat damit Einfluss auf den belegten Speicherplatz und die Datensicherung.

Ein Foto, das in der vollen Auflösung - also 12 MP - auf dem Smartphone gespeichert wird, belegt dort nicht 12 MByte (MegaByte), da das Foto automatisch komprimiert wird. Wie stark ein Foto komprimiert werden kann, hängt vom Inhalt der Aufnahme ab. In der Realität belegt ein Foto zwischen 2 und 8 MB (bei bester Qualität). Für die folgenden Überlegungen nehme ich als Durchschnitt 5 MByte pro Foto an. Apple bietet zur Datensicherung einen kostenlosen Cloud Service (iCloud genannt) an. Bis zu 5 GByte (GigaByte) Daten können automatisch mit der iCloud synchronisiert werden - danach wird es kostenpflichtig. Würde ich ausschließlich Fotos mit der iCloud synchronisieren, könnten also ca. 1.000 Fotos auf dem iPhone gespeichert und gesichert werden. Nutzt man zusätzlich beim Fotografieren das Live Feature, Panoramaaufnahmen oder Timer Aufnahmen, passen in 5 GByte viel weniger Fotos.

Soll das Foto auf Fotopapier ausgedruckt werden (z.B. bei einer bekannten Drogeriekette), dann stellt sich die Frage, welche Größe der Ausdruck haben soll - oder haben darf. Um das zu beurteilen, braucht es wieder etwas Mathematik und die Anforderung an die Auflösung des Fotos. Die digitalen Sofortdruck-Anbieter arbeiten in der Regel mit 300 dpi. Bei einem Foto, das in einer Auflösung von 3.042 x 4.032 vorliegt, dürfte der Ausruck eine Größe von 25,7 x 34,1 cm besitzen, also größer als eine DIN A4 Seite.
Berechnung: 3.042 / 300 x 2,54 = 25,7 cm und 4.032 / 300 x 2,54 = 34,1 cm

Ein Foto im gängigen Format 10 x 15 cm benötigt eine Bildanmessung von mindestens 1.181 x 1.771 Bildpunkten (10 cm / 2,54 cm pro inch x 300 Punkte pro inch bzw. 15 / 2,54 x 300). Eine Auflösung von ca. 2 Megapixel wäre für das 10 x 15 cm Format vollkommen ausreichend (1.181 x 1.771 = 2.091.551).

In den Bilddetails eines Fotos wird neben den Abmessungen auch die Auflösung in dpi angegeben. Komprimierte Fotos im JPG Format enthalten meistens die Angabe 72 dpi. Für die Anzeige am Smartphone oder der Weitergabe des Fotos in sozialen Medien hat diese dpi Angabe keine Auswirkungen. Manche Grafikprogramme nutzen die dpi Angabe zur Berechnung der Größe beim Ausdrucken. Das Ergebnis wäre ein Ausdruck in 107,3 x 142,x cm (3.042 / 72 x 2,54 = 107,3 cm und 4.032 / 72 x 2,54 = 142,2 cm). Die Druckqualität des großen Posters wäre bei 72 dpi eher unbrauchbar.

Farbtiefe

Jeder Bildpunkt enthält Filter für die RGB Farben (RGB). Jeder Bildpunkt wird mit den Farbwerten abgespeichert. Für jede Farbe wird ein Byte benötigt, pro Bildpunkt also 3 Bytes. Jedes Byte enthält 8 Bits und damit können 2 hoch 8 unterschiedliche Werte pro Farbe gespeichert werden. Mit den 3 RGB Werten ergeben sich 256 x 256 x 256 = 16,7 Millionen Farben.

Neben dem sehr gängigen RGB Farbraum (additives Verfahren) kommt beim Drucken der CMYK-Farbraum (Cyan, Magenta, Gelb, Schwarz) zum Einsatz (subtraktives Verfahren).