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Grundlagen : Farbräume und was sie für den Filmer bedeuten

von Di, 24.März 2015 | 5 Seiten (Artikel auf einer Seite)


Ein (oder zwei?) Klassiker - Rec. 709 und sRGB
Gütefaktor prozentuale Abdeckung
Der AdobeRGB-Farbraum
DCI-P3 Farbraum
S-Gamut3.Cine Farbraum
ACES-Farbraum
Der Rec. 2020-Farbraum
Relevanz für die Praxis?



Erst einmal ein paar grundsätzliche Fakten: Durch die unterschiedlichen Wellenlängen des Lichts sind die vom Menschen wahrnehmbaren Farbtöne konkret abgrenzbar. Die natürlichen Grenzen stellen der ultravioletten Bereich (<420 nm) und der Infrarot-Bereich (>680 nm) dar. Die Wellenlängen zwischen diesen beiden Bereichen kann der Mensch mit den Augen als unterschiedliche Farbtöne wahrnehmen. (Dazu kann jeder Farbton einer Wellenlänge sich auch noch durch seine Stärke/Helligkeit unterscheiden).

Gedruckte Medien, analoger Film aber auch Displays und Monitore können bis heute immer nur nur einen Teil dieser möglichen Farben darstellen. Der Farbraum des jeweiligen Gerätes oder Mediums schneidet also immer einen Bereich aus dem für einem Menschen theoretisch sichtbaren Bereich heraus.

Um das folgende genauer zu verstehen, muss man vor allem nur eines begreifen: Auf einem Papier oder einem Monitor kann man Farbräume nur schematisch erklären, jedoch niemals visuell, denn es gibt immer Farben bzw. sogar ganze Farbbereiche, die auf dem Papier oder dem Monitor nicht dargestellt werden können. Die hier gezeigten Farben dienen also immer nur der schematischen Veranschaulichung.

Die übliche Darstellungsweise von Farbräumen erfolgt in der Regel mit einem virtuellen Schnitt durch durch einen dreidimensionalen Farbwürfel. Um dies visuell einfacher zu machen, schneidet man meistens (wenn nicht anders angegeben) bei einer Helligkeit von 50 Prozent durch diesen Würfel. Die daraus entstehende zweidimensionale schematische Darstellung erlaubt ein leichteres Verständnis.

Der Schnitt bei 50 Prozent Helligkeit erinnert an ein Hufeisen und stellt in der Regel den so genannten CIE XYZ Farbraum dar. Dieser wurde schon 1931 entdeckt bzw. festgelegt. Der CIR XYZ Farbraum stellt -einfach formuliert- alle vom Menschen wahrnehmbaren Farben dar. Man bezeichnet diese Ansicht auch als CIE-Normfarbtafel.

Die CIE-Normfarbtafel



Wer es noch genauer wissen will: Die beiden Achsen stellen die Grundfarben X (Rot) und Y (Grün) dar. Um den entsprechenden Wert für Z (Blau) zu ermitteln, gilt immer: X + Y + Z = 1. Z ist also immer 1 − X − Y. Ein Punkt für eine RGB-Farbe muss also in der Summe der XYZ-Koordinaten immer 1 ergeben: Ein valider Punkt im Hufeisen wäre somit (0.20R, 0.30G, 0.50B), weil 0,2+0,3+0,5=1. Reines Blau (Z nahe bei 1.0 ) hat z.b. fast kein Rot (X) und Grün (Y) und befindet deswegen links unten in der Abbildung. Reines Rot dagegen rechts unten (X nahe 1) und reines grün oben links (Y nahe 1). Dies ist eine einfache Näherung, wie die Farben in der 2D-Hufeisen-Fläche aus dreidimensionalen Vektor-Werten zustande kommen.

Da diese XYZ-Hufeisen-Fläche den gesamten sichtbaren Bereich für den Menschen darstellt, und andere Geräte oder Medien niemals den gesamten Farbraum der menschlichen Wahrnehmung abdecken können, kann man die verschiedenen Farbräume nun als Dreiecke innerhalb des CIE XYZ Farbraums darstellen. Warum gerade Dreiecke? Nachdem praktisch jedes digitale Wiedergabegerät die Farben aus drei (Primär)-Farben mischt, handelt es sich bei diesen in der Regel um die “extremsten” Farben, die ein Gerät darstellen kann. Roter als maximales Rot geht ebensowenig wir grüner als maximales Grün. Und daraus resultierende Mischfarben können folglich auch nie über die Verbindungslinie zwischen den extremen Punkten treten. Daher werden die Farbräume in der Regel als Dreiecke dargestellt, deren Ecken die Primärfarben des erzeugenden Gerätes darstellen. Diese Dreiecke (beim Druck mit mehr Grundfarben sind auch Polygone möglich) nennt man auch Gamut. DER Gamut ist also die Menge aller Farben, die ein Gerät (z. B. ein Monitor, Drucker, Scanner, Film) darstellen, wiedergeben bzw. aufzeichnen kann.

Mit diesem einfachen Wissen können wir uns einige relevante Farbräume ansehen und anhand von diesen weitere Merkmale von Farbräumen diskutieren.



Ein (oder zwei?) Klassiker - Rec. 709 und sRGB



Sehen wir uns nun einmal an, wie der typische REC709-Farbraum im XYZ-Farbraum liegt:

Der Rec. 709/ sRGB-Farbraum



Wie man sieht, deckt der Rec. 709 Farbraum bei weitem nicht die vom Menschen wahrnehmbaren Farben ab. Besonders im Grünbereich zeigt er deutliche Defizite. Interessanterweise sind die Eckpunkte (also die Primärfarben) mit dem sRGB-Farbraum identisch. Die Farbwiedergabe unterscheidet sich folglich gar nicht, nur die Helligkeitsverteilung ist durch eine leicht unterschiedliche Gammafunktion definiert. Einfach gesagt: Bis auf subtile Helligkeits-Unterschiede sind Rec. 709 und sRGB identisch. Der Grund, warum Rec. 709 als beinahe kleinster Farbraum so enorm wichtig ist: Er stellt aktuell den kleinsten gemeinsamen Nenner aller Farbräume dar und ist auf praktisch jedem Monitor/Display verfügbar und darstellbar. Ein Film oder Foto, das in Rec. 709/sRGB gespeichert ist, kann auf jedem einigermaßen eingestellten Monitor eben auch ungefähr so ausgegeben werden, wie vom Produzenten gewollt. Darum zeichnet fast jede Consumer-Kamera in der Werkseinstellung in sRGB/Rec. 709 auf, da man dieses Farbprofil in fast der gesamten Consumer-Wiedergabe-Kette vorfindet. Das bringt uns zum Konzept der Qualitätsbeurteilung:



Gütefaktor prozentuale Abdeckung



Wenn man nun von der Güte eines Monitors spricht, so kommt meistens eine prozentuale Abdeckung zur Sprache. Man sagt z.B. “ein Monitor deckt 98 Prozent des sRGB-Farbraums ab”. Damit ist dann gemeint, dass 98 Prozent aller darstellbaren Farben innerhalb des eben gezeigten Dreiecks tatsächlich so abgebildet werden können, wie die Original-Farben im CIE XYZ-Farbraum. Eine gute Abdeckung des sRGB-Farbraums stellt für aktuelle Displays keine große Hürde mehr dar, die folgenden Farbräume dagegen schon...



Der AdobeRGB-Farbraum



Schauen wir uns für weitere Betrachtungen einmal als nächstes den AdobeRGB-Farbraum an:



Der AdobeRGB Farbraum



Dieser Farbraum wurde 1998 festgelegt und kann - wie man klar in der Abbildung sieht- Grüntöne deutlich differenzierter darstellen und speichern. Das klingt erst mal toll und stellt selbst für die meisten der aktuellen Foto- und Video-Kameras kein großes Problem dar. Praktisch jede DSLR lässt sich zum Fotografieren oder Filmen von sRGB auf Adobe RGB umstellen. Der praktische Nutzen im Videobereich ist jedoch ohne aufwändige Postproduktion gering. Im Print lassen sich durch den größeren Farbraum des CMYK-Drucks die erweiterten aufgezeichneten Grüntöne auch (notfalls mit zusätzlichen Sonderfarben) reproduzieren. Aber im Videobereich sind die meisten Fernseher und Displays eben auf Rec. 709 eingestellt und somit können sie die erweiterten Grüntöne von Adobe RGB gar nicht darstellen. Staucht man diese erweiterten Grüntöne dagegen in der Prostproduktion auf Rec. 709 zusammen, hat man in der Regel wenig gewonnen, es sei dann man hat genau diese Grünton-Abstufungen für das Rec. 709-Mapping eines besonderen Looks gebraucht. Wie man an der letzten Aussage sehen kann, muss man schon genau wissen, was man mit AdobeRGB anfangen will. Zeichnet man dazu in “nur” in 8 Bit auf, verschenkt man sogar durch die anschließende Farbkompression auf Rec 709 subtile Farbabstufungen.

Nun gibt es Monitore für Grafiker, die eben auch eine fast vollständige Adobe RGB-Abdeckung besitzen. Mit diesen Monitoren könnte man seine AdobeRGB-Filme mit erweiterten Grüntönen betrachten. Wer allerdings seine Filme primär online, per DVD oder BluRay veröffentlicht, sollte diese tunlichst in Rec. 709 verbreiten, weil ansonsten das Publikum ganz andere Farben zu Gesicht bekommt. Und gerade darum ist es für das Mastering von Film und Video für Internet und Fernsehen schlauer, einen Monitor zu haben, der sRGB/Rec. 709 gut abdeckt als AdobeRGB. Glücklicher Nebeneffekt: Gute sRGB-Monitore sind in der Regel deutlich günstiger als Monitore mit größerer Gamut-Abdeckung.



DCI-P3 Farbraum



Es gibt jedoch im Videobereich auch wichtige Wiedergabe-Geräte, die einen größeren Farbraum als REC709 wiedergeben können. Für Filmer sei hier besonderes die digitale Kinoprojektion erwähnt. Digitale Filmprojektion findet in der Regel im DCI-P3 Farbraum statt.



Der DCI-P3 Farbraum



Bei vergleichender Betrachtung merkt man, dass der DCI-P3-Farbraum ungefähr so groß ist, wie AdobeRGB, aber mit leicht versetzten Primärfarben-Ecken. Kinoprojektoren können also in der Regel die erweiterten Grüntöne auch gut darstellen und AdobeRGB kann (falls keine anderen Optionen zur Wahl stehen) für eine Kinoproduktion somit besser geeignet sein als sRGB, weil DCI-P3 und AdobeRGB ähnliche Bereiche abdecken. Das Mastering fürs Kino sollte man allerdings dann auch auf einem DCI-P3 Monitor oder einem entsprechenden Beamer machen.

Das führt uns auch gleich zu Sonys neuem…



S-Gamut3.Cine Farbraum



Wie sich in der folgenden interaktiven Grafik ausprobieren lässt, ist der S-Gamuth3.Cine-Farbraum, den Sony bei der PMW-F5(5) und der FS7 implementiert hat, für Kino-Anwendungen gedacht.



Der S-Gamut3.Cine Farbraum



Wechselt man zwischen den beiden Farbräumen, so sieht man, dass der Sony S-Gamuth3.Cine-Farbraum eigentlich nur eine Vergrößerung des DCI-P3-Farbraums ist. Um also den Farbraum nach DCI-P3 zu konvertieren, muss das Dreieck nur skaliert werden. Mathematisch müssen die Farben also nicht verschoben werden, sondern nur mit einer Konstante kleiner 1 multipliziert werden. Eine Farbraumkonvertierung in der Postproduktion wird dadurch sehr einfach.

Was wir bei diesem Farbraum das erste mal sehen: Es gibt Farbräume/Gamuts, die größer sind, als der vom Menschen sichtbare Bereich. Diese erkennt man daran, dass sie über die Kanten des Hufeisens ragen. Wie ist das möglich?

Tatsächlich handelt es sich hierbei um theoretische Grenzen bei der Aufzeichnung und nicht bei der Wiedergabe. Der Codec kann also Werte außerhalb des sichtbaren Bereichs speichern, jedoch werden diese nicht sichtbaren Bereiche in der Praxis nicht gefüllt, sondern bleiben leer. Um jedoch einen großen Bereich innerhalb des “Hufeisens” aufzeichnen zu können, müssen auch einige Flächen außerhalb liegen, wenn man die Fläche mit drei Ecken beschreiben will. Das beste Beispiel ist hierfür der folgende…



ACES-Farbraum



in der folgenden Grafik sieht man schön, was sich die Macher von ACES konkret gedacht haben:



Der ACES Farbraum



Die Gamut (also das Dreieck) ist so gewählt, dass wirklich jede für den Menschen sichtbare Farbe innerhalb des ACES-Farbraums liegt. Er umschließt also gerade komplett den CIE XYZ-Farbraum. Somit lässt sich im ACES-Farbraum in der Theorie jede vom Menschen sichtbare Farbe speichern. Da Sensoren jedoch immer nur einen Teilbereich dieser Farben anliefern werden, wird man in Zukunft wohl davon sprechen, welchen Teil des ACES-Farbraums eine Kamera abdeckt. Am Rande sei hier noch erwähnt: Um auch genügend Farbunterschiede aufnehmen zu können, werden Farbkanäle in ACES übrigens mit 16Bit/Float-Genauigkeit gespeichert, was 329 Trillionen Farbnuancen (bei drei Farbkanälen) entspricht. Gegenüber 8 Bit bedeutet dies dennoch “nur” eine Verdoppelung der Datenrate pro Pixel. Doch bis Kameras in 16 Bit ACES aufzeichnen können werden, dürfte noch einige Zeit ins Land ziehen.



Der Rec. 2020-Farbraum



Vorher dürfte für die meisten Anwender der Rec. 2020-Farbraum spannend werden. Dieser soll den Rec. 709-Farbraum mittelfristig beerben:



Der Rec. 2020 Farbraum



Dieser Farbraum ist für Displays und Projektoren gedacht. Wie man sieht, wird nicht das komplette Hufeisen abgedeckt, jedoch schon ein beachtlicher Teil der menschlichen Farbwahrnehmung. Ziel ist es, diese Farben auch auf Consumer-Geräten mittelfristig darstellbar zu machen. Doch der Bereich innerhalb des Dreiecks stellt Monitor und Projektor-Hersteller immer noch vor immense Probleme. Eigentlich sollte Rec. 2020 mit der Einführung von 4K in die Kameras und Fernseher wandern, aber noch ist nicht abzusehen, wann Displays mit akzeptabler Rec.2020-Abdeckung in bezahlbare Regionen kommen.



Relevanz für die Praxis?



Trockener Stoff? Wir hoffen wir haben dieses eher ungeliebte Thema einigermaßen verständlich darstellen können. Für alle die uns noch bis hierher gefolgt sind, bleiben nach all der Theorie noch ein paar abschließende Worte für Praxis:

+ Wenn man für die breite Masse mastert, bleibt bis auf weiteres REC 709 als kleinster gemeinsamer Nenner die beste und sichere Option. Kann jeder, hat jeder.

+ Wer in erster Linie fürs Kino produziert, sollte sich DCI-P3, AdobeRGB und Ablegefarbräume wie Sonys S-Gamut3.cine ansehen. Oder gleich seinen Worklow auf RAW aufbauen.

+ Ohne Rec. 2020 Display in der Postproduktion macht eine Aufnahme in Rec. 2020 noch keinen Sinn, auch wenn es die eigenen Kamera auf dem Papier schon kann. Rec. 2020 Displays für die Massen sind noch in weiter Ferne. Entsprechende Formate übrigens auch.

+ ACES ist das kommende, normierte RAW, aber hierzu bedarf es noch weiterer Grundlagen(-Artikel).


  

[21 Leserkommentare] [Kommentar schreiben]   Letzte Kommentare:
WoWu    17:35 am 2.4.2015
Ich denke, wir müssen zwischen einem Arbeitsfarbraum und einem Darstellungsfarbraum unterscheiden. Ich habe bisher in keinem ACES Workflow den eigentlichen Farbraum "gesehen" denn...weiterlesen
Srider    16:34 am 2.4.2015
ACES ist ein äußerst interessantes, spannendes und derzeit sehr aktuelles Thema, da die Version 1.0 erst vor kurzem offiziel verabschiedet wurde. Ich beschäftige mich in meiner...weiterlesen
WoWu    22:22 am 30.3.2015
ACES ist ja gerade gemacht, damit man die ganz Transformationen -mit ihren bekannten Fehlern- nicht mehr machen muss, also wirklich nur für die Produktionen, die sonst ein RAW ...weiterlesen
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