Subpixel-Rendering

normales Rendering ohne Antialiasing

Subpixel-Rendering ohne Antialiasing

normales Rendering mit Antialiasing

Subpixel-Rendering mit Antialiasing

Subpixel-Rendering (aus dem Englischen: Subpixel = Teilpunkt, Rendering lässt sich mit Ausgabe bzw. Wiedergabe oder „malen“ umschreiben, also im Zusammenhang etwa sinngemäß: Teilpixelausgabe) ist eine Software-Technik, die die Darstellung von Text auf Farbbildschirmen verbessert. Dabei werden die Subpixel einzeln angesteuert, um schräge Kanten glatter erscheinen zu lassen.

Die Verbesserung in der Darstellung ist am deutlichsten auf Anzeigegeräten, bei denen die Subpixel deutlich getrennt sind, wie es bei TFT-Bildschirmen der Fall ist. Je nach Qualität des Geräts kann auch die Lesbarkeit bei CRT-Monitoren erhöht werden.

Geschichte

Die Technik wurde von IBM im Jahre 1988 entwickelt ^[1], um die Schriftdarstellung auf Farb-LCDs wie Laptop-, Mobilfunk- oder PC-TFT-Bildschirmen zu verbessern.

Das Verfahren wurde im größeren Stil erstmals von Apple bei Mac OS 9 und Microsoft bei Windows XP (als ClearType) angeboten, ist dort in der Grundeinstellung jedoch nicht aktiviert. Dies änderte sich erst mit OS X bzw. Windows Vista. Auch das unter Linux und BSD-Systemen verbreitete XFree bzw. dessen Folgeprodukte ermöglichen Subpixel-Rendering.

Hintergrund

3x3 Pixel in RGB-Layout

Um die Farbe weiß auf dem Monitor darzustellen, werden aufgrund der additiven Farbmischung pro Bildpunkt (Pixel) drei Subpixel (Rot, Grün, Blau) benötigt. Durch Ansteuerung eines einzelnen Subpixels anstelle eines kompletten Pixels erhöht sich die nutzbare Auflösung des Bildschirms somit in einer Richtung um den Faktor drei. Die Richtung ist dabei sowohl vom internen Aufbau des Bildschirms abhängig, als auch von dessen Ausrichtung, etwa bei Nutzung der Pivot-Funktion. Die höhere Auflösung erlaubt dann prinzipiell eine feinere Darstellung von Details.

Da aber Subpixel nur eine bestimmte Grundfarbe in unterschiedlicher Helligkeit darstellen können, ist eine Nutzung von Subpixel-Rendering stets mit Farbsäumen erkauft. Durch den sanfteren Übergang zwischen Schrift und Hintergrund erniedrigt sich außerdem der Kontrast erheblich. Beide Effekte können individuell als angenehm bis störend empfunden werden.

Funktion

Der gleiche Text, verschieden gerendert:
Oben: ohne ClearType.  Unten: mit ClearType.
Links: Text in normaler Größe.   Mitte: Text 8x vergrößert auf einem Display ohne Subpixel.   Rechts: Text 8x vergrößert auf einem normalen Display.

Subpixel-Rendering und vergleichbare Techniken basieren auf der Tatsache, dass das menschliche Auge Helligkeitskontraste wesentlich besser wahrnehmen kann als Farbunterschiede. Wenn man sich die folgende Grafik anschaut, sieht man das Verfahren im Vergleich zur herkömmlichen Schriftdarstellung am Beispiel von ClearType: oben das normale Schriftbild, unten ClearType. Links sieht man die normale Darstellung, in der Mitte um ein Vielfaches vergrößert. Man sieht deutlich die Farbsäume in der ClearType-Technik. Da aber bei der Monitordarstellung weiß aus rot, grün und blau gemischt wird, erkennt man rechts deutlich, dass mit einer Kombination aus Antialiasing (Kantenglättung) und Subpixel-Rendering die Schrift wesentlich detaillierter abgebildet werden kann.

Abstimmung

Subpixel-Techniken wie ClearType müssen für jedes Anzeigegerät individuell abgestimmt werden. Insbesondere ist für die Berechnung der Farbabweichungen die Anordnung der Subpixel zueinander entscheidend. Bei den meisten TFT-Bildschirmen sind die Subpixel horizontal in der Reihenfolge RGB (Rot-Grün-Blau) angeordnet. In selteneren Fällen kommt die Reihenfolge BGR zur Anwendung. Es gibt auch TFT-Displays, die gänzlich andere Anordnungen verwenden, z. B. vertikale oder hexagonale Anordnungen (ähnlich wie die Anordnung von Bildpunkten in den meisten Röhrenbildschirmen (CRT)).

Der für das Subpixel-Rendering verwendeten Software muss die Anordnung der Subpixel bekannt sein. Andernfalls werden die falschen Subpixel abgeschwächt und die Kante erscheint unschärfer als zuvor. Außerdem sind manche Monitore mit Streufolien ausgestattet, die die Helligkeit der Subpixel auf das ganze logische Pixel verteilt. Viele Desktop-Umgebungen verfügen daher über die Möglichkeit, dem System die richtige physikalische Anordnung der Pixel mitzuteilen.

Verfügbarkeit

Subpixel-Rendering wird von Apple OS 9 und OS X sowie diversen X-Window-Systemen unter Unix-verwandten Systemen unterstützt.

ClearType ist für Microsoft Windows XP, Windows Server 2003, Windows Vista und Windows Mobile seit 2003 verfügbar.

Beim Drehen von Bildschirmen von der üblichen Breitformatdarstellung in die Hochformatdarstellung ändert sich durch Drehen die Pixelanordnung. Windows XP, Windows Vista und Windows 7 berücksichtigen dies nicht und führen dadurch zu einer schlecht lesbaren, mit deutlichen Farbrändern versehenden Darstellung. Sie beherrschen nur horizontale RGB- und BGR-Anordnungen.

Kritik

In Internetforen und Blogs werden Nachteile des Subpixel-Renderings diskutiert.^[2] Webdesigner stellen fest, dass sich die Schrift in einem vorgegebenen Layout um die benachbarten Pixel verschieben und dann ein neues Layout nötig werden kann. Grundsätzlich tritt dieses Problem aber an vielen Stellen auf (wenn Benutzer anderen Font einstellen, die Browser-Zoom-Funktion nutzen, einen Bildschirm mit wesentlich anderer Größe/Auflösung nutzen), so dass als Problemursache nicht das Subpixelrendering angesehen werden sollte, sondern der Wunsch nach pixelgenauem Seitendesign der Webdesigner. Zusätzliche browserabhängige CSS-Stilbeschreibungen, die man mit neuen Browsern und aktuellen W3C-Standards reduzieren wollte, müssen dafür offenbar neu angelegt werden.

Bei senkrechten Kontrastlinien (z. B. „I“-Strich bei Schwarz-auf-Weiß-Darstellung) sind durch das subpixelspezifische Rendering von Helligkeitswerten manchmal deutliche Farbschatten zu erkennen, die sich ähnlich wie unsaubere Farbüberdrucke im Papierdruck bemerkbar machen (Farben werden auf Flüssigkristallbildschirmen immer durch waagerecht nebeneinander liegende Farbpixel aufgelöst). Das Problem tritt aber in etwas schwächerer Form auch ohne ClearType auf, da sich die einzelnen Subpixel an unterschiedlichen Orten befinden. Die unscharfe Darstellung kann sich auf die Texterkennung von Bildschirmsoftware auswirken, beispielsweise ist die Zeichenerkennung von Babylon Translator signifikant eingeschränkt. Dies ist allerdings ein generelles Problem bei jeder Form des Antialiasing.

Des Weiteren wird die Darstellung von vielen Benutzern als unscharf empfunden. Sie haben damit teilweise recht, teilweise fehlen den Benutzern aber die gewohnte Pixeligkeit und die gewohnten Stufen in den Textglyphen.

• 

  Clear Type aktiviert auf einem TFT

• 

  Kein Subpixel-Rendering auf einem TFT

• 

  Subpixel auf einer PSP-2000 und PSP-3000

• 

  Alternative Subpixelanordnung

• 

  Alternierende Subpixel

Siehe auch

• CoolType von Adobe
• Quartz von Apple

Quellen

1. ↑ U.S. Patent #5341153 - "Method of and apparatus for displaying a multicolor image"
2. ↑ Muss die Kröte 'ClearType' bei Windows 7 geschluckt werden oder nicht?

Weblinks

• ClearType-Erläuterungen im TypoWiki