Oder doch schon in der Kamera?
Aus genau diesen Gründen setzt praktisch jeder Kamerahersteller auf eine interne Rauschunterdrückung des Signals, bevor es zum Encodieren in den Codec gelangt. Doch hier entsteht das Problem, dass Algorithmen, die in der Kamera 4K in Echtzeit entrauschen müssen, nicht sehr viel Rechenleistung zur Verfügung haben. Sie müssen daher sehr grobschlächtig zu Werke gehen und bügeln viele Details einfach platt anstatt zu versuchen, sie aufwändig zu retten. Dies ist übrigens auch der Hauptgrund dafür, warum Consumer-Kameras im Low-Light Einsatz immer schnell unscharf werden.
Die Alternative wäre jedoch, das Signal ohne Rauschunterdrückung an den Codec zu schicken, der bei 100 Mbit/s davon absolut überfordert wäre und dann sehr hässliches Macroblocking zeigen würde. So gesehen ist bei typischer, starker Kompression wie 100 MBit/s H.264 bei 4K oder 25 MBit/s bei FullHD eine Rauschunterdrückung in der Kamera "alternativlos". Wenn die Kamera jedoch bei HDMI-Ausgabe die Noise Reduction deaktiviert kann dies - auch wenn es komisch klingt - als wertvolles Feature mit einem externen Recorder genutzt werden.
Downscaling = Automatisches Denoising
Ebenfalls erwähnenswert ist der Effekt des Downscalings auf das Rauschen. Da beispielsweise beim Herunterskalieren von 4K/UHD auf FullHD vier Pixel zu einem Pixel zusammengefasst werden, wirkt sich dies wie eine natürliche Rauschunterdrückung aus. Denn bei der Erzeugung des Mittelwerts der vier Farbwerte wird auch automatisch der Rauschanteil mit gemittelt, was einer Filterung gleichkommt. Die damit verbundene Auflösungsreduktion ist in diesem Fall ja absichtlich und erwünscht, weshalb diese automatische Rauschunterdrückung auch gar nicht vermeidbar ist. Dies ist wiederum der Grund, warum so viele Anwender von ihren Kameras sagen, dass sie in 4K stärker rauschen als in FullHD. Denn dies ist prinzipbedingt gar nicht zu vermeiden.
Rauschen und Log
Doch woher kommt das Rauschen eigentlich? Einfach erklärt: Beim Rauschen verzählt sich der Sensor bei den erfassten Photonen um ein paar Stück hin oder her. Doch in den dunkelsten Bildbereichen entsprechen ein paar Photonen schnell ein oder mehr Blendenstufen. In hellen Bildbereichen erfasst ein Sensor-Sensel dagegen auch gerne mal 10.000 Photonen oder mehr und eine Blendenstufe entspricht in hellen Bereichen mehreren tausend Photonen, weshalb hier eine Abweichung um ein paar Photonen nicht sonderlich auffällt. Dies ist wiederum der Grund, warum das Rauschen meistens nur ein Problem in den dunklen Bildbereichen darstellt.
Filmt man mit Log-Profilen, verstärkt man auf den ersten Blick dieses Problem noch. Denn bei der Log-Kurve werden die dunklen Bildpartien in die mittleren Bildbereiche verschoben. Und damit werden effektiv nicht nur die Schatten vor der Aufzeichnung angehoben, sondern mit ihnen auch das enthaltene Rauschen verstärkt. Bei einer Log-Aufzeichnung ist daher das Rauschen noch einmal viel deutlicher zu sehen, als beispielsweise bei einer Rec709-Aufzeichnung, welche die Schatten viel tiefer hält.
Dabei hat dieses deutlich sichtbare Rauschen erst mal handfeste Vorteile: Zunächst geht es quasi sowieso “von alleine” wieder zurück, wenn man im Mastering die Schattenbereiche des Bildes wieder auf die "echten Schwarzwerte" setzt. Doch bei der Aufzeichnung bekommt der Codec das Rauschen in den mittleren Bildbereichen deutlicher zu Gesicht und kann daher die Details in den Schatten (inkl. des Rauschens) effektiver komprimieren. Es bleiben also bei der Aufzeichnung mehr Details erhalten.
Und nicht zuletzt kann auch die Noise Reduction in der Post Produktion das Rauschen besser analysieren, wenn es in helleren Bildbereichen sitzt. Es macht also durchaus Sinn, das Rauschen vor der Aufzeichnung durch Log implizit "zu verstärken", um es sauberer aufzuzeichnen. Dann kann man es in der Postproduktion leichter herausrechnen und danach die Schatten wieder Richtung Master-Schwarz fallen lassen. Das Ergebnis von so einem Workflow können extrem saubere Schatten sein. Besonders wenn anschließend noch von 4K auf FullHD skaliert wird.
Die meisten Schnittprogramme bringen übrigens keinen eigenen Denoiser mit, sondern dieser muss in der Regel als Plugin zugekauft werden. Als Plugin für fast alle gängigen Plattformen beliebt, bewährt und kontinuierlich weiterentwickelt ist Neat Video. Lösungen anderer Hersteller sind meistens teurer, jedoch nicht mehr unbedingt besser. Wer etwas Frickelei nicht scheut, findet auch viele guten Open-Source Ansätze, die jedoch erst einmal beherrscht sein wollen. Diese sind meistens für AVISynth oder VirtualDub ausgelegt und laufen daher nicht ohne weiteres in kommerziellen Schnittprogrammen.
