slashCAM
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Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von slashCAM » Mo 17 Feb, 2014 11:05

Grundlagen: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0 von rudi - 17 Feb 2014 11:00:00
Mit der Ankündigung der ersten erschwinglichen 4K-Kameras wird auch die Frage des Chroma-Subsamplings wieder einmal neu aufgekocht. Dabei scheint klar: RAW, 4:4:4 und 4:2:2 sind professionell, 4:2:0 bleibt für die Amateure. Doch wenn man genau hinsieht, liegt bei 4K die Sache etwas anders...
zum ganzen Artikel




walktheplank
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Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von walktheplank » Mo 17 Feb, 2014 11:15

Interessanter Beitrag!




Tiefflieger
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Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von Tiefflieger » Mo 17 Feb, 2014 12:20

Die Sache geht noch weiter,
Z.B. dfie Sony AX100 hat einen 1" Sensor mit netto 14.2MP für 4K.
Auch da findet bereits ein Downsampling auf 4K statt und auf die Sensorauflösung bezogen ist das nicht weit weg von der Sony F65 und RED Dragon (welche natürlich andere Debayering und Speichermöglichkeiten haben)

Insofern ist zu erwarten, dass besonders die Sony AX100 und auch die Panasonic GH4 sehr gutes FullHD liefern.
Vorteil der Panasonic ist noch die 50p und 60p zeitliche Auflösung in 4K.

Gruss Tiefflieger




rkunstmann
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Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von rkunstmann » Mo 17 Feb, 2014 12:57

Ich dachte die GH4 liefert 4K nur bis 30p. FHD dagegen bis 96fps (Zeitlupe auf 50 oder 60p conformed). Wenn 10 bit durch downsampling so einfach zu erreichen sind, frage ich mich, warum das bei der C300 von Anfang an ausgeschlossen wurde (und zwar sensorseitig). War das doch ein Marketingzug?
Ich bin da nicht so firm. Was mir einleuchtet ist, dass vier Pixel, die zu einem "Superpixel" zusammengefasst werden einen Farbwert berechnen können, der über 8 bit hinausgeht, aber ist das in der Praxis wirklich mit echtem 10 bit vergleichbar? Könnte man zum Beispiel Banding so wirklich effektiv verhindern? Krass ausgedrückt ergibt viermal rot 255 immer noch rot 255 oder eben dann 1023. Klar ist das Beispiel extrem, aber gerade bei 4:2:0 H.264 scheint mir das fraglich, ob hier so ein Qualitätssprung passieren würde...
Gleiches müsste man ja beobachten können, wenn man FHD nach 960/540 optimal berechnet. Müsste man mal testen, wobei die geringe Auflösung vllt. ein Problem darstellt.
Bin gespannt...




Tiefflieger
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Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von Tiefflieger » Mo 17 Feb, 2014 13:20

@rkunstmann
Du hast Recht, ich habe mich da verlesen.
Tabelle mit den Frameraten.
https://www.slashcam.de/news/single/Pan ... 11186.html

Benachbarte Pixel in 4K haben eine Farbe, die in 1080p wieder eine mathematisch genauere Mischfarbe ergeben.
Sonst hätte man Dithering welches wiederum ein Auflösungsverlust bedeutet.
Zuletzt geändert von Tiefflieger am Mo 17 Feb, 2014 13:41, insgesamt 2-mal geändert.




Valentino
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Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von Valentino » Mo 17 Feb, 2014 13:22

Eure 4k 4:2:0 zu 2k/HD 4:4:4 hat irgendwo einen Denkfehler.
Vor Jahren hattet ihr mal so ein ähnliches Gedankenspiel verfasst, das man von HD 4:2:0 auf SD 4:4:4 kommen könnte.

Bitte hier Wolfgang um Auflösung.

Von 4k 8bit kommt man aber niemals auf 10bit HD für alle drei Kanäle.
So etwas muss schon ganz früh nach dem Sensor passieren.

Einzig durch eine Art HDRx der Red Kameras könnte man sich im Nachhinein die zwei 8bit Bilder zu einem 10bit zusammenfügen, erhält dann aber noch lange keine echten 10bit und hat das Problem der Bewegungsunschärfe.

Und noch eine andere Sache, durch das Downsampling verliert man Auflösung un so z.B. bei einem Key eine Menge Details und da bringt dann auch die 4:4:4 bei HD nicht mehr viel.

Wenn das alles so einfach ist, dann wäre da bestimmt schon vorher einer auf eure Idee gekommen.




rkunstmann
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Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von rkunstmann » Mo 17 Feb, 2014 14:32

Tiefflieger hat geschrieben:@rkunstmann
Du hast Recht, ich habe mich da verlesen.
Tabelle mit den Frameraten.
https://www.slashcam.de/news/single/Pan ... 11186.html

Benachbarte Pixel in 4K haben eine Farbe, die in 1080p wieder eine mathematisch genauere Mischfarbe ergeben.
Sonst hätte man Dithering welches wiederum ein Auflösungsverlust bedeutet.
Genau, klar. Ich meine nur 4 identisch rote Pixel geben wieder nur einen gleich roten Pixel (also egal ob es 256 oder 1024 Abstufungen sind) und Banding entsteht ja wegen zu ähnlicher oder identischer Farben (gerade halt bei 8 bit 4:20). Aber ich lasse mich da gerne eines besseren belehren.




kundesbanzler
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Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von kundesbanzler » Mo 17 Feb, 2014 14:54

Ich hoffe inständig, dass irgendwann diese Unart mal wieder aufhört, Ideenfragmente aus Powerpoint-Folien, Twitter- bzw. SMS-Diskussionen oder sonstigen Banalitätsmedien unreflektiert in Artikelkontexte zu übernehmen und zu glauben, dies würde eine textuelle Argumentation ersetzen. Und dann auch noch als Handyscreenshot - ahh, diese Schmerzen.

Kann man auch Ulysses in Herr der Ringe konventieren, sofern sie die gleiche Anzahl an Wörtern enthalten?
Zuletzt geändert von kundesbanzler am Mo 17 Feb, 2014 16:32, insgesamt 1-mal geändert.




rideck
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Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von rideck » Mo 17 Feb, 2014 15:05

Sehr gut, habe diese Frage gerade in einem anderen Thread auch gestellt - bin gespannt?




rideck
Beiträge: 288

Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von rideck » Mo 17 Feb, 2014 15:08

David Newman erklärt es so: 4 x 8 Bit-Werte lassen sich zu einem 10 Bit-Wert rechen. Na wenn das stimmt dann haben wir ja 10 Bit intern ;)




Daffytroll
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Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von Daffytroll » Mo 17 Feb, 2014 15:33

Valentino hat geschrieben: .....
Von 4k 8bit kommt man aber niemals auf 10bit HD für alle drei Kanäle.
So etwas muss schon ganz früh nach dem Sensor passieren.
...
Aber setzt hier nicht die GH2/3-Hackcommunity an? :-) Also dürfte es zumindest per Hack dann irgendwann machbar sein wenns in der Post nicht funktioniert wie beschrieben ... oder?




Spreeni
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Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von Spreeni » Mo 17 Feb, 2014 15:52

Welche Hackcommunity? Nur weil einer per Zufall auf ein paar veränderbare Flags in der Firmware von GH1/2 gestoßen ist? Hat bei den Kameras der letzten Jahre aber nicht mehr funktioniert...




Valentino
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Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von Valentino » Mo 17 Feb, 2014 16:21

Daffytroll hat geschrieben:Aber setzt hier nicht die GH2/3-Hackcommunity an? :-) Also dürfte es zumindest per Hack dann irgendwann machbar sein wenns in der Post nicht funktioniert wie beschrieben ... oder?
Nein definitiv wird es bei den GH Modellen kein 10bit geben, auch wenn der Aufzeichnungscodec anscheinend 10bit unterstützt wird intern immer nur 8bit verarbeitet.
Ein umschalten der Hardware auf 10bit ist nur möglich, wenn leistungsstarke DSP verbaut sind und die A/D Wandlung auf darauf ausgerichtet wurde.

@Slashcam
Das doch sehr komplexe Thema unter "Grundlagen" zu stellen halt ich für falsch, dann doch besser unter "Essay" :-)




wolfgang
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Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von wolfgang » Mo 17 Feb, 2014 16:27

rideck hat geschrieben:David Newman erklärt es so: 4 x 8 Bit-Werte lassen sich zu einem 10 Bit-Wert rechen. Na wenn das stimmt dann haben wir ja 10 Bit intern ;)
Hmm, wie geht das? Jeder Pixel hat bei 8bit nur die 2^8 = 256 möglichen Farbtöne - für jeden Farbkanal. Ergibt die 256*256*256 = 16,8 Mio darstellbaren Farben.

Wenn ich also 4 Pixel nehme, bewegen sich die auch nur im Spektrum dieser 16,8 Mio Farben. Kann man durch Mischen von 4 Pixel dieses 8bit-Farbspektrums auf die bei 10bit vorhandenen 2^10 oder 1024*1024*1024 = 1.073.741.824 Farben, also 1073,7 Millionen Farben kommen?
Lieben Gruß,
Wolfgang




kundesbanzler
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Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von kundesbanzler » Mo 17 Feb, 2014 16:28

Valentino hat geschrieben:Das doch sehr komplexe Thema unter "Grundlagen" zu stellen halt ich für falsch, dann doch besser unter "Essay" :-)
... oder "Glosse".




Tiefflieger
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Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von Tiefflieger » Mo 17 Feb, 2014 16:50

@Wolfgang
Wenn ich an einem 8 bit Punkt den Wert R200 habe und am folgenden R201 dann hat der Mischpixel R200.5 und den gibt es in 8 bit nicht.
In 4 K und nur für rot
R200,R201
R201,R204
Wie wäre da die Gewichtung?

Meiner Meinung nach würden mathematisch bei komplexerem RGB nur mit floating Werten die nötige Genauuigkeit erreicht.
Zuletzt geändert von Tiefflieger am Mo 17 Feb, 2014 16:57, insgesamt 1-mal geändert.




wolfgang
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Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von wolfgang » Mo 17 Feb, 2014 16:54

Das ist mir bewußt. Aber es ist und bleibt eine Interpolation. Und die Frage ist wie gut das überhaupt sein kann - und ob man das gesamte Farbspektrum so wirklich darstellen kann.
Lieben Gruß,
Wolfgang




Tiefflieger
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Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von Tiefflieger » Mo 17 Feb, 2014 17:05

Wie auf dem Sensor werden beim Debayering Nachbarpixel gewichtet, da der exakte Farbwert für einen Pixel nicht bestimmbar ist.
Dann gibt es noch Messfehler, wie genau ist ein Pixel überhaupt bestimmbar?

Der einfachste Weg einen Fehler zu verstecken sind die Farbnuancen zu reduzieren und genau das vermute ich in vielen Darstellungen.

Der Farbraum ist in einem Dreieck definiert, mit 10 bit und mehr wird nur der Masstab (Zwischenwerte) verändert aber nicht der extremste Punkt in der Fläche.
Im Zentrum ist der Weisspunkt.
Zuletzt geändert von Tiefflieger am Mo 17 Feb, 2014 18:17, insgesamt 3-mal geändert.




rkunstmann
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Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von rkunstmann » Mo 17 Feb, 2014 17:11

wolfgang hat geschrieben:Das ist mir bewußt. Aber es ist und bleibt eine Interpolation. Und die Frage ist wie gut das überhaupt sein kann - und ob man das gesamte Farbspektrum so wirklich darstellen kann.
Das frage ich mich halt auch. Ein typisches Bandingproblem bei einer Kamera mit großem oder mittelgroßen Sensor, wie der GH4 stell zum Beispiel das Bokeh dar. Hier werden ja schon physikalisch Farbwerte zusammengefasst. Auch wenn dann 4K 8bit Match in 2K 10 bit Matsch gerechnet wird bringt das doch nichts, weil die Differenzierung schon weg ist. Ähnlich stellt es sich bei einem strahlend blauen Himmel dar. Die Werte klippen ja nicht überall, sondern nur an einer bestimmten Übergangskante (Sorry mir fehlt einfach das Vokabular, um mich besser auszudrücken).




Tiefflieger
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Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von Tiefflieger » Mo 17 Feb, 2014 18:04

rkunstmann hat geschrieben:
wolfgang hat geschrieben:Das ist mir bewußt. Aber es ist und bleibt eine Interpolation. Und die Frage ist wie gut das überhaupt sein kann - und ob man das gesamte Farbspektrum so wirklich darstellen kann.
Das frage ich mich halt auch. Ein typisches Bandingproblem bei einer Kamera mit großem oder mittelgroßen Sensor, wie der GH4 stell zum Beispiel das Bokeh dar. Hier werden ja schon physikalisch Farbwerte zusammengefasst. Auch wenn dann 4K 8bit Match in 2K 10 bit Matsch gerechnet wird bringt das doch nichts, weil die Differenzierung schon weg ist. Ähnlich stellt es sich bei einem strahlend blauen Himmel dar. Die Werte klippen ja nicht überall, sondern nur an einer bestimmten Übergangskante (Sorry mir fehlt einfach das Vokabular, um mich besser auszudrücken).
Ich glaube Du hast viel zu hohe Ansprüche an die Genauuigkeit der Darstellung?

- Mit einer 3-Chip Kamera sind die RGB Pixel deckungsgleich (Pixelshift und Aberration mal weggelassen). Und somit exakt definiert.
(Bei einem Camcorder ist auch das Objektiv definiert fix und die Kennwerte im Bild einberechnet (Serienstreuung)).

- Bei Singlesensorkameras ist je nach Bildauflösung in Luma und Chroma eine andere Gewichtung für Farbwerte definiert.
Ein genauer Farbwert zu einem Bildpunkt ist gar nicht messbar.
Ich behaupte mal, dass es mit Debayering 10 bit braucht um kein Banding zu erhalten, bzw. das Bildprozessing Farbwerte vorgibt (und ggf. Farbnuancen zugunsten von Farbfehlern reduziert).

Gruss Tiefflieger




WoWu
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Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von WoWu » Mo 17 Feb, 2014 18:34

Das sind so Gedankenspielchen die sich aus falschen Vorstellung herleiten, weil nur wenig darüber nachgedacht wird, was Unterabtastung eigentlich ist und die Bezeichnung dazu verleitet, das auch die physikalischen Pixel des Sensors zu beziehen.
Unterabtastung ist eine Datenreduktion, die dadurch erreicht wird, dass weniger Chromawerte aus den bestehenden Pixels errechnet werden, dafür aber für jeden der errechneten Werte mehr Pixels herangezogen werden. Das Farbergebnis ist damit weniger aufgelöst als beispielsweise bei 4:2:2 oder gar 4:4:4.
Es geht also nicht um weniger Pixels, die dabei abgetastet werden, sondern darum, dass mehr Pixels zu einer Mischfarbe zusammenfasst werden, dadurch aber ein weniger differenziertes Bild ergeben.
Unterabtastung findet also (bei 1-Chip) im De-bayering-Komplex statt und eine falsche Farbe bleibt gegenüber 2 weniger interpolierten oder 4 originalfarben immer eine Unterabtastung.

Was die 10 Bit betrifft ... solange das Signal irgendwann mal in 8 Bit gemapped war, gibt es keinen weiteren Farbwert mehr vom Sensor.
Man kann jetzt in 10 Bit ummappen. dabei wird üblicherweise ge-dithert, um die fehlenden Werte zu füllen. Ausserdem wird immer in einem Pixelraster gedithert, sodass indizierte Farbdarstellung stattfindet, was sich schon häufig in der 10Bit Version dann als Banding auswirkt, spätestens aber beim Rücksprung nach 8 Bit.
Da gibt es gute oder weniger gute Algorithmen, aber es gibt keine Farbe vom Sensor., was 10 Bit eigentlich auszeichnet.
Sonst könnten wir, im Extremfall, alles wieder in 2 Bit machen (spart kolossal) und errechnen uns daraus - was wir wollen, 12,14, 16 Bit was immer man will.
Es geht aber nicht, auch nicht bei 8/10 Bit. Ganz im Gegenteil. Bei solchen Verfahren muss man auch mit den Nebeneffekten klar kommen, die hier nicht zur Diskussion stehen.

Was die 3 Farben einer 4- Pixels Fläche betrifft, gelingt das nur, wenn zwei doppelbrechende Filter eingesetzt sind, oder in meinem De-bayering zeitliche Filter verwende.
Beide Methoden kappen vorwiegend hohe Ortsfrequenzen. Nun muss man sich fragen, in welchen Grössenordnungen das liegt.
Bei sehr grossen Sensoren liegt das eher im Bereich der ohnehin eingebauten OLPF und bei Verwendung von doppelbrechenden Filtern, stellt sich die Frage, sie anstelle der OLPF zu verwenden. Vorteil ist, dass man billige Objektive einsetzen kann, denn weder die spatiale Auflösung, noch die Abbildungsleistung ist hinterher besonders hoch.

Ich glaube, das war's so im Wesentlich.
Gute Grüße, Wolfgang

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www.provideome.de

Zuletzt geändert von WoWu am Mo 17 Feb, 2014 18:37, insgesamt 1-mal geändert.




rkunstmann
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Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von rkunstmann » Mo 17 Feb, 2014 18:35

Tiefflieger hat geschrieben:
rkunstmann hat geschrieben:
wolfgang hat geschrieben:Das ist mir bewußt. Aber es ist und bleibt eine Interpolation. Und die Frage ist wie gut das überhaupt sein kann - und ob man das gesamte Farbspektrum so wirklich darstellen kann.
Das frage ich mich halt auch. Ein typisches Bandingproblem bei einer Kamera mit großem oder mittelgroßen Sensor, wie der GH4 stell zum Beispiel das Bokeh dar. Hier werden ja schon physikalisch Farbwerte zusammengefasst. Auch wenn dann 4K 8bit Match in 2K 10 bit Matsch gerechnet wird bringt das doch nichts, weil die Differenzierung schon weg ist. Ähnlich stellt es sich bei einem strahlend blauen Himmel dar. Die Werte klippen ja nicht überall, sondern nur an einer bestimmten Übergangskante (Sorry mir fehlt einfach das Vokabular, um mich besser auszudrücken).
Ich glaube Du hast viel zu hohe Ansprüche an die Genauuigkeit der Darstellung?

- Mit einer 3-Chip Kamera sind die RGB Pixel deckungsgleich (Pixelshift und Aberration mal weggelassen). Und somit exakt definiert.
(Bei einem Camcorder ist auch das Objektiv definiert fix und die Kennwerte im Bild einberechnet (Serienstreuung)).

- Bei Singlesensorkameras ist je nach Bildauflösung in Luma und Chroma eine andere Gewichtung für Farbwerte definiert.
Ein genauer Farbwert zu einem Bildpunkt ist gar nicht messbar.
Ich behaupte mal, dass es mit Debayering 10 bit braucht um kein Banding zu erhalten, bzw. das Bildprozessing Farbwerte vorgibt (und ggf. Farbnuancen zugunsten von Farbfehlern reduziert).

Gruss Tiefflieger
Genau. Das meine ich ja:) Mir geht es ja gar nicht um den einzelnen Pixel per se oder 4k vs 2k. Ich frage mich nur, ob man aus 8 bit 4k (zumal aus 420 h.264) wirklich 10 bit kriegt und das bezweifle ich.
Ich habe die GH3 und mir reichen 1080p aus dem h.264 Auflösungstechnisch locker, aber die Farbdifferenzierung sehe ich kritischer. Gerade, wenn man mit Neat Video arbeitet, sind 8 bit halt nicht optimal. Klar ist das Jammern auf hohem Niveau und ich persönlich liebe alte Zeiss Jena Objektive oder Canon FDs an meiner GH3 + gescanntes Filmkorn, aber je besser das Ausgangsmaterial, desto mehr Freiheiten für mich:) Das ist alles, was ich sage... 8 bit Banding ist immer dann ein Problem, wenn man etwas "künstlerischer" graden will; Und das will ich halt manchmal. Gerade im Bereich Musikvideo oder Werbung kann das auch Sinn machen.
Also generell: Ich glaube die GH 4 ist eine tolle Kamera! Aber ich bezweifle, ob solche Milchmädchenrechnungen aufgehen. Prinzipiell hoffe ich, dass mein Skeptizismus zu Unrecht existiert, aber vergrößert dochmal ein 4k 4:2:0 Bild so weit, dass man 4x4 Pixel auseinander differenzieren kann. Wieviel Unterschiede bleiben da zu interpolieren? (Ich bin wirklich kein Experte, aber ich arbeite seit 13 Jahren mit After Effects und kenne meine Pixel;)




rkunstmann
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Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von rkunstmann » Mo 17 Feb, 2014 18:37

WoWu hat geschrieben:Das sind so Gedankenspielchen die sich aus falschen Vorstellung herleiten, weil nur wenig darüber nachgedacht wird, was Unterabtastung eigentlich ist und die Bezeichnung dazu verleitet, das auch die physikalischen Pixel des Sensors zu beziehen.
Unterabtastung ist eine Datenreduktion, die dadurch erreicht wird, dass weniger Chromawerte aus den bestehenden Pixels errechnet werden, dafür aber für jeden der errechneten Werte mehr Pixels herangezogen werden. Das Farbergebnis ist damit weniger aufgelöst als beispielsweise bei 4:2:2 oder gar 4:4:4.
Es geht also nicht um weniger Pixels, die dabei abgetastet werden, sondern darum, dass mehr Pixels zu einer Mischfarbe zusammenfasst werden, dadurch aber ein weniger differenziertes Bild ergeben.
Unterabtastung findet also (bei 1-Chip) im De-bayering-Komplex statt und eine falsche Farbe bleibt gegenüber 2 weniger interpolierten oder 4 originalfarben immer eine Unterabtastung.

Was die 10 Bit betrifft ... solange das Signal irgendwann mal in 8 Bit gemapped war, gibt es keinen weiteren Farbwert mehr vom Sensor.
Man kann jetzt in 10 Bit ummappen. dabei wird üblicherweise ge-dithert, um die fehlenden Werte zu füllen.
Da gibt es gute oder weniger gute Algorithmen, aber es gibt keine Farbe vom Sensor., was 10 Bit eigentlich auszeichnet.
Sonst könnten wir, im Extremfall, alles wieder in 2 Bit machen (spart kolossal) und errechnen uns daraus - was wir wollen, 12,14, 16 Bit was immer man will.
Es geht aber nicht, auch nicht bei 8/10 Bit. Ganz im Gegenteil. Bei solchen Verfahren muss man auch mit den Nebeneffekten klar kommen, die hier nicht zur Diskussion stehen.

Was die 3 Farben einer 4- Pixels Fläche betrifft, gelingt das nur, wenn zwei doppelbrechende Filter eingesetzt sind, oder in meinem De-bayering zeitliche Filter verwende.
Beide Methoden kappen vorwiegend hohe Ortsfrequenzen. Nun muss man sich fragen, in welchen Grössenordnungen das liegt.
Bei sehr grossen Sensoren liegt das eher im Bereich der ohnehin eingebauten OLPF und bei Verwendung von doppelbrechenden Filtern, stellt sich die Frage, sie anstelle der OLPF zu verwenden. Vorteil ist, dass man billige Objektive einsetzen kann, denn weder die spatiale Auflösung, noch die Abbildungsleistung ist hinterher besonders hoch.

Ich glaube, das war's so im Wesentlich.
Oder so ??? Verstehe ich zwar nicht klingt aber gut:)




mediavideo
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Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von mediavideo » Mo 17 Feb, 2014 20:00

Das mit den 10 bit aus 8 bit Pixeln ginge theoretisch schon, nur leider in der Praxis nicht.

Ich lasse mal die Rundungsproblematik weg, die das Ergebnis an sich schon sehr fragwürdig macht.

Das ist ganz einfach herzuleiten:
Wenn ich aus einer Überabtastung mit 8 bit letztendlich 1920 x 1080 Pixel in 9 oder 10 bit haben möchte ist das nur dann möglich:

Ich brauche mindestens 2 Pixel pro R/G/B Farbe um von 8 auf 9 bit zu kommen und mindestens 4 Pixel pro Farbe um von 8 auf 10 bit zu kommen (ergibt plus einen Zwischenwert bei 9 bit und plus 3 Zwischenwerte bei 10 bit).

Soweit zur Theorie, die man probieren kann, aber:
Die Rauschschwelle bei Sensoren liegt bei einer Pixelkantenlänge von 6µm (also ein S35 Chip mit 4k Auflösung - Chipgröße siehe Link unten).

Wir brauchen von 8 auf 9 bit: 6 Pixel (2R/2G/2B), also min. 3x3 Matrix und da sind wir sofort unter 6µm Pixelkantenlänge und das Rauschen wird uns schon einen Teil oder den ganzen Bit-Zugewinn zunichte machen.

Bei 8 auf 10 bit brauchen wir schon 12 Pixel (4R/4G/4B), also min. 4x4 Matrix und das Rauschen wird noch deutlich größer.

Wir reden gar nicht von der geänderten Vorverarbeitung bei den asymetrischen Pixelstrukturen je nach verwendeter Ausleseauflösung (4k/UHD oder 2k/HD) ...

Und dann rechnen wir das mal zur Veranschaulichung mit der Chipgröße:
Da die Optiken im Videobereich meist nur bis S35 ausgelegt sind ( Chipgrößen siehe: https://www.slashcam.de/tools/sensor-vergleich.pl ):
8 auf 9 bit: 5760 Pixel (Breite) auf 24,89mm sind 4,32µm Pixelbreite.
8 auf 10 bit: 7680 Pixel (Breite) auf 24,89mm sind 3,24µm Pixelbreite.
8 auf noch mehr bit: oh jeh ...
Zum Vergleich:
1/3 Zoll - 3 Chip - Sony, Canon, ... HD Camcorder: 1920 Pixel auf 5,23mm sind 2,72µm Pixelbreite (Das Rauschverhalten will nun wirklich keiner bei hochwerigen available Light Kameras haben)

Größere Sensoren sind auch keine so gute Lösung:
1. Das mit dem Fokus einstellen wird immer problematischer (Tiefenschärfe).
2. Die speziellen Linsenpreise explodieren irgendwann.




WoWu
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Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von WoWu » Mo 17 Feb, 2014 20:26

Ich hatte das so verstanden, dass aus einem fertigen 8 Bit Endformat ein 10 Bit Signal gemacht werden soll.

An den Sensoren besteht heutzutage ja eh kein Problem mehr denn dass Pixel derart ineffizient Ladungsmengen aufnimmt, dass im Verhältnis zum Rauschen nur 8 Bit bedient werden, gibt es doch in heutigen Kameras gar nicht mehr.
Meistens haben wir es am Sensor doch eh mit 11-14 Bit zu tun.
Ich hatte das nicht so verstanden, dass mit Arrays "ladungsloser" Pixels ein 10 Bit Superpixel entstehen sollte.
- Oder war das so zu verstehen- ?

Aber mal abgesehen davon, ist oben in der Rechnung noch ein kleiner Denkfehler, weil sich in der Addition von Pixelwerten der Rauschwert um den Wert der Quadratwurzel aus der Anzahl der benutzten Pixels verringert.
Im Fall von 4 Pixels also um die Wurzel aus 4, also 2.
Damit verdoppelt sich der Störabstand. Man hat also gegenüber z.B. 40e (Noise) - Ladungsanteilen, nur noch 20e Störsignal und damit eine Ratio von 2:1 (40/20).
Insofern ist Pixelbinning ja kein neues Thema.
Gute Grüße, Wolfgang

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Angry_C
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Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von Angry_C » Mo 17 Feb, 2014 21:55

Daffytroll hat geschrieben:
Valentino hat geschrieben: .....
Von 4k 8bit kommt man aber niemals auf 10bit HD für alle drei Kanäle.
So etwas muss schon ganz früh nach dem Sensor passieren.
...
Aber setzt hier nicht die GH2/3-Hackcommunity an? :-) Also dürfte es zumindest per Hack dann irgendwann machbar sein wenns in der Post nicht funktioniert wie beschrieben ... oder?
Es gibt nur eine GH2 Hackcommunity, und auch da ist der letzte Fortschritt schon Jahre her. Seitdem lässt der Russe sich nur noch die Kohle für die neuen Bodies spenden und freut sich nen Ast... :-)




WoWu
Beiträge: 14808

Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von WoWu » Mo 17 Feb, 2014 22:10

So etwas muss schon ganz früh nach dem Sensor passieren.
Das muss sogar AUF dem Sensor passieren, denn es ist immer ein Verhältnis aus Ladungsmenge und Störabstand.
Beispiel:
Ein Chip kann 18.000 Elektrons bis Full Well aufnehmen, bei einem Readout Noise von 9 electrons.
Das „Signal to Noise“ Ratio ist also 18.000/9 = 2.000.
Das heißt, dass das Pixel 2.000 Graustufen darstellen kann, also einer Bit-Tiefe von 11 Bit.

Hat man aber. zwei Sensoren der identischen Pixelzahl mit einem Dynamikbereich von 10.000 (13,5 Blenden) bei einer Sättigung von 100.000 Elektronen bei einem Read-Noise von 10, der andere Sensor eine Sättigung bei 10.000 Elektronen und einem Read Noise von 1., also ein
identisches Verhältnis: (100.000 zu 10 oder 10.000 zu 1), so kommt man trotzdem auf unterschiedliche Leistung.
 
Betrachtet man 18% Grau beider Sensoren, wenn sie voll geladen sind und bei 100% Weiß erzeugen, wird der erste Sensor 18% Grau bei 18.000 Elektronen und der zweite Sensor bei 1.800 Elektronen darstellen.
Das SNR Ratio ist bei dem ersten Sensor bei Wert 134, also 7 Blenden und bei dem zweiten Sensor bei 42 (5,4 Blenden) obwohl beide Sensoren die vermeintlich gleiche Dynamikrange haben.
 
Die höhere (effektive) Kapazität des ersten Sensors bewirkt also eine 1,5 Blenden besseres Rauschverhältnis bei 18% Grau.
(Vorzug der grösseren Pixels).
Und je kleiner die Pixels werden, umso schlechter wird dies Verhältnis.
Und wenn der Sensor diese Ladungsmengen nicht packt, dann kannst Du hinterher auch nichts mehr in der Post (ausser Dither) korrigieren.
Gute Grüße, Wolfgang

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McReedy
Beiträge: 6

Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von McReedy » Mo 17 Feb, 2014 23:03

Was man beim Thema 4K nicht missachten sollte ist die Auflösung der Optik. Da sogar "professionelle" Objektive bei Vollformat selten über 2300Linien auslösen können (im Zentrum) kann man sich vorstellen das eine Farbunterabtastung nicht so wichtig ist wie die eingesetzte Farbtiefe. 10bit mit 1024stufen schafft gerade so noch ein stufenfreies Bild (optisch zumindest), bei 8bit mit 256 stufen wirds ohne dithering nicht mehr funktionieren (vor allem im Log!).
Mich reizt beim Gedanken an 4K weg vom Pixel als Maßeinheit zu kommen, und die Physik der Optik im Bewegtbild wieder zu erleben.




Tiefflieger
Beiträge: 3221

Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von Tiefflieger » Di 18 Feb, 2014 08:17

8 bit ist "true color" und stufenfrei (ohne Banding).
Mit ungenauer Verarbeitung und Reduktion unter 8 bit Farbtiefe endstehen "Stufen".
(Und Amateurcamcorder können auch den Bereich oberhalb 235 mit Werten bei der Aufnahme versorgen)

Aber mit 10 bit Aufnahme und höher und 10 bit bei Darstellung ist das Problem nicht mehr sichtbar.
Auch ein 6 bit Bild bleibt in 10 bit Darstellung ein 6 bit Bild :-)




Frank Glencairn
Beiträge: 12883

Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von Frank Glencairn » Di 18 Feb, 2014 08:36

Der Punkt ist, daß wir hier immer von lupenreinen, mathematisch sauberen Pixeln reden, die in der freien Wildbahn überhaupt nicht vorkommen, nachdem ein H264/65 oder ProRes einmal drüber gewalzt ist. Eigentlich ist schon nach dem Debayering Sense und große Teile des Bildes nur "erfunden" bzw. geschätzt.




wolfgang
Beiträge: 6007

Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von wolfgang » Di 18 Feb, 2014 09:49

Wenn man das hier so liest - und ich verstehe die technischen Details hier sicherlich nicht, dann frage ich mich, was das in der Praxis bedeutet. Sollte man da nicht eher froh sein, wenn wenigstens ein HD Bild mal mit preiswerteren Kameras in 10bit und wenigstens 4:2:2 vorliegt? Oder ist das auch nur noch "erfunden" oder "geschätzt" (mal abseits der philosophischen Diskussion ob wir mit unseren bildgebenden Verfahren das nicht immer so machen).

Aber Pixel der Anzahl nach sind nicht alles. Nur weil 4K drauf steht - wenn das erst nur 4:2:0 mit 8bit ist, frage ich mich schon was man davon hat?
Lieben Gruß,
Wolfgang




sgywalka
Beiträge: 762

Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von sgywalka » Di 18 Feb, 2014 11:16

Idee- G-7!

was ist dann mit der Panasonic G7 die die specs der Gh4
hat aber NUR FULL-HD darf/kann/wird.....und des ganze für
499,-euro.
Klaro?
Ist des dann schlecht?....

Die Sony-leute haben ja mit der rx-10 gut angefangen und
aus Gründen ( die wh. Schutz des Produktes x y z = maybe fs800)
die wir net kennen is der neue Chip in einer APS-C a6000 (und
einmal richtig/ auch codec/und net wieder 4 Modelle/Knopferl da /Knopferl
weg..das geht 2014 nicht mehr) noch nicht der, der es crips könnte etz.
Und so weiter...Die Grenzen werden immer feiner und nativ-konstruktive
Kastrationen werden so lange gemacht, wie ein Markt mitrennt-und bei
jeder Messe die Heerscharen sabbelnd mit gezücktem Geldbörsel gieren...

was wird mit der G-/ sein...????

Nur so ne Idee.. halt
nogo




rudi
Administrator
Administrator
Beiträge: 1301

Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von rudi » Di 18 Feb, 2014 11:50

mediavideo hat geschrieben:Das mit den 10 bit aus 8 bit Pixeln ginge theoretisch schon, nur leider in der Praxis nicht.
Ich habe dem Artikel jetzt noch mal ein Update verpasst, in dem wir einfach mal praktisch in After Effects einen 8 Bit Layer 50 Prozent runterskaliert haben. Und was soll ich sagen, in der Praxis werden hier aus 8 Bit Farbtiefe offensichtlich sowas wie 10 Bit :)

Selbst wenn man jetzt die Sensor-Gedanken komplett außen vor lässt, sollte dieser Versuchsaufbau doch in jedem Fall auch mit einem 4:2:0 4K File funktionieren, oder?

Ich kann mir selber Grenzfälle vorstellen, in denen das nicht ganz einer echten 10 Bit-Aufnahme entsprechen kann (wenn alle 2 Pixelkanten genau auf 8Bit-Grenzen fallen würden). Aber in der Realität dürfte man hier schon sehr nahe an einer echten 10 Bit Aufzeichnung landen (wenn der Sensor vorher die >10 Bit Dynamik entsprechend auf 8 Bit gestreckt hat.




PaterIltis
Beiträge: 20

Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von PaterIltis » Di 18 Feb, 2014 12:31

rudi hat geschrieben:Ich habe dem Artikel jetzt noch mal ein Update verpasst, in dem wir einfach mal praktisch in After Effects einen 8 Bit Layer 50 Prozent runterskaliert haben.
Irgendwie fehlen bei dem Update die beiden Bilder.




WoWu
Beiträge: 14808

Re: Grundlagen: 4K - Von RAW bis 4:2:0

Beitrag von WoWu » Di 18 Feb, 2014 12:41

Die Frage ist ja immer, wovon wir reden.
Reden wir von der Reproduktion eines optisch aufgenommenen Bildes, also von der Reproduktion der Wirklichkeit oder reden wir von mathematisch erstellten Farben, die der Rechner an den von ihm bestimmten Plätzen für Richtig hält.
Dann muss man gar nicht erst runter skalieren sondern mapped einfach um.

Ich gebe Frank und Wolfgang da Recht, dass es eigentlich bei HD schon angefangen hat, gar nicht mehr zu passen.
Entweder sind die Objektive zu teuer, oder generieren keine Kontraste und Punktbilder, die über 20 Pixels streuen, das Moire ist zu gross oder die Farbwerte bereits künstlich erzeugt und Details durch schwarz/weisse Linien wieder dazugefiltert und anschliessend werden dann noch, wenn schon hohe Ortsfrequenzen übertragen werden, diese vom Codec abgeschnitten (im ungünstigsten Fall, alles zusammen).

Die Industrie hat uns gelehrt, ein schlechtes Bild als "gutes Bild" zu definieren und macht jetzt immer weiter.
Sie sollen erst einmal ein wirklich gutes HD Herstellen und damit die Möglichkeiten des menschlichen Auges ausschöpfen.
Wenn sie soweit sind, dann kann man mal weiter sehen, aber da sind sie noch nicht und solange brauche ich auch keine Rechnerkopien der Wirklichkeit.

@Rudi
Mediavideo hat zwar geschrieben, es geht 10 aus 8 Bit herzustellen und es ginge in der Praxis nicht ... hat aber einen Denkfehler gemacht, den ich aufgelöst habe, denn es geht und wird munter praktiziert .... durch die Zusammenlegung von Pixels, denn Übertragungswerte entstehen in den Ladungsmengen.
Er hat nicht gesagt, dass optische Farbeindrücke durch rechnerische Manipulation rekonstruiert werden können.
Und nach wie vor geht es bei Video um die Umsetzung natürlicher Bilder.
Gute Grüße, Wolfgang

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