Log = Logarithmisch statt Linear
Log-Profile (auch Log-Kurven genannt) dienen dazu, die maximal mögliche Dynamik eines Sensors in dem vergleichsweise stark limitierten Wertebereich eines Codecs zu speichern. Der Vorteil gegenüber RAW ist dabei eine geringere Datenrate bei der Aufzeichnung. Die Speicherersparnis resultiert dabei in erster Linie aus der Verringerung der Bittiefe (meist von 14-16 Bit linear auf 8-10 Bit Log). Gleichzeitig komprimieren typische Log-Codecs (wie z.B. ProRES, DNxHD aber auch XAVC) die Daten nach der Bit-Reduzierung noch weiter.
Cineon wandelte übrigens nur nach 10 Bit-Log, speicherte die Daten aber ansonsten unkomprimiert (weil die Rechenpower zur (De-)Kompression in akzeptabler Zeit ebenfalls noch nicht verfügbar war).
Was tun, wenn man auf der einen Seite die maximale Filmdynamik von bis zu 15 Blendenstufen für die Nachbearbeitung nutzen will und auf der anderen Seite nur 8 oder 10 Blendenstufen pro Pixel bezahlen kann? Man muss die 15 Blendenstufen eben möglichst sinnvoll in die 8/10 Bit “hineinquetschen”. Hierfür sind viele Möglichkeiten denkbar. Die folgende Grafik zeigt den grundsätzlichen Zusammenhang zwischen einer linearen und einer logarithmischen Speicherung.
An der X-Achse (unten) stehen die Werte, die der Sensor erzeugen kann. An der Y-Achse sieht man, welchen Wert man beim Speichern erhalten würde. Die 109% auf der Y-Achse entsprechen dabei den Werten 255 (8Bit) bzw. 1023 (10 Bit). Würde man einfach die Sensorwerte (linear) 1:1 übernehmen und an der 8/10 Bit Grenze clippen lassen, käme etwas wie die rote lineare Kurve zustande. Alternativ könnte man alle Messwerte des Sensors gleichmäßig (ebenfalls linear) auf die Y-Achse verteilen, was der grünen Kurve entspäche. Auf den Nachteil hierbei kommen wir gleich zu sprechen. Die blaue Kurve speichert dagegen die Sensordaten (X) logarithmisch in Y und verteilt damit die Messwerte mit einer anderen Gewichtung. Doch warum?
Photonen und subjektives Helligkeitsempfinden
Sieht man Sensoren oder deren erzeugte RAW-Daten als Photonen-Zähler (was sie zweifelsfrei auch sind), so bemerkt man, dass eine als subjektiv gleich empfundene Helligkeitsveränderung in dunklen Bereichen durch viel weniger Photonen hervorgerufen wird, als in hellen Bereichen. Den Helligkeitunterschied zwischen 10 und 20 gemessenen Photonen empfinden wir als genau so groß, wie den Helligkeitsunterschied zwischen 10.000 und 20.000 Photonen. Auf unserer Grafik zeigt sich das unter anderem so, dass uns der Helligkeitsunterschied auf der X-Achse von 100% zu 200% genauso groß vorkommt wie der Unterschied zwischen 200% und 400% bzw. zwischen 400% und 800%. Dieser Unterschied entspricht übrigens auch genau einer Blendenstufe:
Deshalb versucht man bei einer Log-Speicherung jeden Wert zwischen 10 und 20 exakt zu speichern, während man bei den Messwerten zwischen 10000 und 20000 bei einer Log-Speicherung die gemessenen Werte grob zu zehn Wertebereichen zusammenfassen würde. Die Abstände zwischen den Wertebereichen wählt man dabei so, dass der Helligkeitsunterschied zum nächsten gespeicherten Wert immer einem subjektiv gleichen Anstieg in der Helligkeit entspricht. Nichts anderes als diesen subjektiven Anstieg beschreibt eine Log-Kurve. Man weist also den linearen Messwerten des Sensors einen entsprechenden Wert in einer logarithmisch geformten Verteilung zu.
Log-Profile sind deswegen nicht dazu gedacht, das Material zu sichten oder zu veröffentlichen. Vielmehr werden Reserven für die Nachbearbeitung im Material gleichmäßig über die Bildhelligkeit verteilt. Dies macht natürlich am meisten Sinn, wenn man beim Dreh noch nicht weiß, welche Helligkeitbereiche später im Bild wichtig (also betont) werden sollen. Darum nimmt man bei Log an, dass alle Blendenstufen gleich wichtig sind. Folglich bekommt jede Blendenstufe gleich viel Gewicht in der Verteilungkurve. Dies kann man auch schön auf der Y-Achse der letzten Grafik sehen. Die Abstände der Blendenstufen auf der Y-Achse sind ungefähr gleich groß.
