Farbräume Rec.709, Rec.2020 und DCI / P3
- Was ist Farbe?
- Probleme bei der Farbwahrnehmung
- Farbprofile – Farbraum in der Theorie
- RGB, sRGB – Bilder
- Was bedeutet Rec. 709, DCI-P3, Rec. 2020 und was steckt dahinter?
Um die Physik der Farbe zu verstehen, muss man zuerst die Grundlagen der Farbwahrnehmung begreifen. Farbe ist in erster Linie eine Wahrnehmung. Obwohl der Reiz, der in unsere Augen eindringt und die Wahrnehmung erzeugt, physikalisch beschrieben und gemessen werden kann, ist die tatsächliche Farbe, die wir wahrnehmen, das Ergebnis einer komplexen Reihe von Prozessen in unserem visuellen System. Der physikalische Reiz, der eine Farbwahrnehmung verursacht, kann mit einfachen Methoden gemessen werden, aber die Vorhersage der wahrgenommenen Farbe ist viel komplexer.
Hier ist ein Beispiel, das die Herausforderungen der Farbkommunikation demonstriert. Wie würden Sie die Farbe dieser Blumen beschreiben? Würden Sie sagen, sie seien gelb, zitronengelb oder vielleicht ein helles Kanariengelb? Stellen Sie einigen Ihrer Freunde dieselbe Frage und vergleichen Sie die Antworten. Die Wahrnehmung und Interpretation von Farbe ist hoch subjektiv. Augenermüdung, Alter, die Umgebung, in der Sie die Farbe betrachten, und andere Faktoren können die Farbwahrnehmung beeinflussen.
Aber auch ohne solche physischen Überlegungen interpretiert jeder Beobachter Farben basierend auf persönlichen Vorlieben. Jede Person definiert die Farbe eines Objekts auch verbal anders. Infolgedessen ist es schwierig, eine bestimmte Farbe objektiv einer anderen Person zu beschreiben, ohne irgendeine Art von Standard zu verwenden.
Im Fall mit den Blumen hängt jedoch nicht nur von dem Betrachter ab, sondern auch von dem Bildschirm auf dem das Bild betrachtet wird. Um auch in der digitalen Welt so ein breites Farbspektrum zu haben, versuchen Hersteller immer neue Auflösungen, Standards und Displays herzustellen. Aber kommen wir zurück zu der Farbe.
1. Was ist Farbe eigentlich?
Wir interagieren die ganze Zeit mit Farbe. Es ist ein Bestandteil unseres Lebens. Farbe verleiht unserem Leben nicht nur Schönheit, sondern erfüllt auch wichtige Signalfunktionen. Die Welt liefert uns viele Signale, um Objekte zu identifizieren und zu klassifizieren. Viele davon kommen in Bezug auf Farbe. Wenn die Banane gelb ist, ist sie reif, wenn der Himmel rot wird, dämmert es, wenn die Ampel grün ist, kann man gehen und so weiter. Farbe spielt eine große Rolle für die Wahrnehmungsorganisation, bei der wir Objekte zusammenfassen oder ein Objekt von einem anderen unterscheiden. Es gibt eine sehr große Anzahl der Definition von „Farbe“. Die Einen meinen, dass Farbe nur in unserem Kopf existiert, die Anderen beschreiben sie, als eine Eigenschaft der Objekte.
Christoph Palm meint, dass Farbe „…an ein lebenden Organismus gebunden ist, der das in das Auge einfallende Lichtspektrum so in Signale umwandelt, dass diese vom Gehirn als unterschiedliche Farben interpretiert werden können“.
Eine weitere Definition von Susanne Schmidt sieht wie folgt aus: “Farben sind Phänomene der menschlichen Wahrnehmung, die aus einer Interaktion der physikalischen Beschaffenheit des Lichtes und der Verarbeitung visueller Informationen im menschlichen Gehirn resultieren.”
Laut einer allgemeinen Definition ist Farbe eine visuelle Empfindung, die durch sichtbare Strahlen ausgelöst wird.
Farbe ist ein sensorischer Eindruck, der auftritt, wenn Licht einer bestimmten Länge (elektromagnetische Lichtstrahlen im Bereich von etwa 180 bis 780 nm, das sogenannte Lichtspektrum) auf die Pupille fallen. Von dort wird dieser Impuls über neuronale Netze an das Gehirn übertragen und beginnt, als Farbe wahrgenommen zu werden.
Isaac Newton stellte fest, dass ein Lichtstrahl durch ein Prisma in Spektralfarben zerbricht. Aber was noch interessanter ist, dass weißes Licht aus den zusammengesetzten Spektralfarben entsteht. Das war der erste Schritt in die Farblehre.
Die Empfindlichkeit gegenüber den Wellenlängen der entsprechenden Augenrezeptoren ist direkt für die Farbwahrnehmung verantwortlich. Wir können die Farben verschiedener Objekte sehen, da sie die auf sie einfallenden Strahlen reflektieren und absorbieren. Diese Objekte strahlen nicht eigenes Licht aus, sondern absorbieren elektromagnetische Wellen einer bestimmten Länge aus dem Bereich des sichtbaren Lichts und reflektieren den Rest. Wir sehen eine bestimmte Farbe, wenn ein Teil der von der Oberfläche des Objekts reflektierten Strahlung unsere Augen erreicht. Die Wahrnehmung der Farbe von umgebenden Objekten ist jedoch immer subjektiv, da sie nur im Gehirn auftritt. Im physischen Sinne haben Objekte keine Farbe, wir nehmen sie nur als solche wahr.
2. Probleme bei der Farbwahrnehmung
Der Begriff “Farbe” ist eine natürliche Methode zur Unterscheidung zwischen verschiedenen Wellenlängenspektren von Licht, das mit den Augen erfasst wird. Jede einzelne Lichtwellenlänge im sichtbaren Spektrum des Sonnenlichts wird als eine bestimmte Farbe wahrgenommen. Diese sogenannten Spektralfarben und ihre Wellenlängen können als rudimentäre Definition einer bestimmten Farbe dienen. Alle Farben bilden ein regenbogen ähnliches Spektrum und zusammengenommen bilden sie weißes Licht. Das gesamte sichtbare Spektrum mit Wellenlängen von 390 nm bis 740 nm ist in die offensichtlichsten Farben unterteilt: Von Violett (von ungefähr 390 nm bis ungefähr 440 nm) über Blau (von ungefähr 440 nm bis ungefähr 500 nm), Cyan (von ungefähr 500 nm bis ungefähr 520 nm) , grün (von ungefähr 520 nm bis ungefähr 570 nm), gelb (von ungefähr 570 nm bis ungefähr 590 nm), orange (von ungefähr 590 nm bis ungefähr 630 nm), rot (von ungefähr 630 nm bis ungefähr 740 nm) am anderen Ende. In Bezug auf die Wellenlänge ist jenseits des roten Lichts des Spektrums Infrarotlicht und unter violettem Licht ultraviolett.
Im Jahr 1802 vermutete Thomas Young, dass man aus den drei Grundfarben alle anderen Farben herstellen kann. Denn laut der Drei-Farben-Theorie kann das menschliche Auge nur auf drei Farben reagieren: Rot, Grün und Blau, aus denen dann alle anderen Mischfarben entstehen.
Heute ist jedem Fotografen der Begriff RGB bekannt. Denn das große Spektrum der Farben baut meistens auf drei Primärfarben auf. Die die Eckpunkte des Farbraums darstellen. Primärfarben sind drei Farben in weit auseinander liegenden Bereichen des sichtbaren Spektrums, die in gleicher Intensität miteinander gemischt werden können, um eine weiße Farbe zu erzeugen.
Es kommen meistens zwei Farbsysteme zur Anwendung – additives und subtraktives System. Sie beschreiben die Zusammensetzung der Grund- oder Primärfarben. Im additiven Farbsystem werden beliebige Farben durch das Mischen der drei Hauptfarben Rot, Grün und Blau (RGB) erhalten. Wenn alle Primärfarben in gleicher Intensität gemischt werden, bekommt man weiß; Wenn keine vorhanden ist, ist das Ergebnis schwarz. Das Beispiel für die additive Farbmischung könnten drei überlappende Scheinwerfer von Primärfarben in einem dunklen Raum sein. Wenn zwei Primärfarben in gleicher Intensität miteinander gemischt werden, entstehen Sekundärfarben. Dies sind Gelb (grün + rot), Magenta (rot + blau) und Cyan (blau + grün).
Diese Farben Cyan, Magenta und Gelb (CMY) werden beim subtraktiven Farbmischung verwendet. Das Prinzip der subtraktiven Farbmischung besteht in gewisser Weise darin, bestimmte Farben bestimmter Intensitäten aus der Farbmischung zu entfernen. Auf diese Weise können auch die meisten sichtbaren Farben reproduziert werden. Wenn zwei Sekundärfarben in gleicher Intensität miteinander gemischt werden, entstehen die ursprünglichen Primärfarben: Rot (Magenta + Gelb), Grün (Gelb + Cyan), Blau (Cyan + Magenta). Wenn alle Sekundärfarben in gleicher Intensität gemischt werden, ist das Ergebnis schwarz (eng. black) Daher kommt auch der Buchstabe K am Ende der Abkürzung CMYK. Wenn keine Sekundärfarben vorhanden sind, ist das Ergebnis weiß. Als Beispiel können drei überlappende Scheinwerfer mit jeweils einem Filter der Sekundärfarbe sein. Weiße Farbe kann auch durch Mischen von sogenannten Komplementärfarben, einer Primär- und einer Sekundärfarbe, erzeugt werden.
3. Farbprofile – Farbraum in der Theorie
Es ist wichtig zu verstehen, dass kein einziges Gerät, das zur Wiedergabe von Farbbildern dient, sei es ein Drucker oder ein Bildschirm, die Vielfalt der Farben anzeigen kann, die ein Mensch mit normalem Sehvermögen sehen kann.
1931 entwickelte die Commission internationale de l'éclairage oder CIE ein Schema für die technische Definition von Farben. Es basiert auf dem Farbraum des sichtbaren Lichts (380 nm – 740nm). „Das Gesamtfeld des CIE-XYZ-Farbraums zeigt die Farben, die durch die menschliche Wahrnehmung erfasst werden können. Inmitten des Farbraums…liegt das „Gleichenergieweiß“. Das ist der Punkt, an dem alle Wellenlängen mit gleicher Strahlungsenergie wirken, daraus ergibt sich Weiß. Auf jeder Geraden, die von diesem Punkt wegführt, nimmt die Farbsättigung einer Wellenlänge, also Farbtons, zu.“ 1
Der dreidimensionale Farbraum CIE XYZ ist die Basis für alle Farbmanagementsysteme. CIE definierte den Farbraum im Jahr 1931, der noch heute verwendet wird, daher der Name des Farbraums "CIE 1931".
Der vollständigste Farbraum - CIE xyz - Das Diagramm repräsentiert den gesamten Farbbereich, der für das menschliche Auge sichtbar ist.
Damit Menschen in verschiedenen Ecken der Welt dieselbe Farbe universell beschreiben und sich gegenseitig verstehen können, wurden Farbmodelle geschaffen. Jedes Farbmodell ist ein Koordinatensystem, das die Werte angibt, in denen Sie genau bestimmen können, welche Farbe gemeint ist. Seit 1931 gibt es also Farbräume. Die Bekanntesten sind sicherlich in der Fotografie, von denen jeder von uns schon etwas gehört hat - sRGB, Adobe RGB, ProPhoto RGB und CMYK etc. Im Heimkino sind es Rec.709 (HDTV), DCI-P3 (4K/UHD) und der neue Rec.2020.
Aber was ist überhaupt ein Farbraum?
Ein Farbumfang (auch als Farbraum bezeichnet) ist eine Reihe von Farben, die im visuellen Spektrum zu finden sind. Bestimmte Farben, jeweils eine Variation von Rot, 1 Fluch, D. (2019). Technische Grundlagen für Mediengestalter: Handbuch der Audio- und Videotechnik. Sechste aktualisierte und erweiterte Auflage (German Edition) (6. Aufl.). Books on Demand.
Grün und Blau, werden als Grenzen eines bestimmten Bereichs festgelegt, und alle Farben, die innerhalb dieser Grenzen gefunden werden, werden als Teil des Farbraums betrachtet.
Ein Bild auf dem Display wird immer in einem bestimmten Farbraum gespeichert. Es bestimmt wie die Farben dargestellt werden und die Mischfarben erzeugt werden. Mit einfachen Worten, sind es die vielen Farben, die wir auf unseren Bildschirmen sehen können. Noch einfacher gesagt ist es ein digitales Farbbeschreibungsmodell.
Der Farbumfang hängt von den verwendeten Geräten ab. Das Bild auf dem Bildschirm sieht möglicherweise völlig anders aus als das gleiche Bild auf Papier gedruckt. Da Bildschirm und Drucker unterschiedliche Farbschemata aufweisen. Denn der Farbumfang verschiedener Geräte stimmt häufig nicht überein, wodurch die gleichen Farben je nach Bildschirm- oder Druckermodell unterschiedlich aussehen können.
Um dieses Problem zu lösen, wurden Farbräume entwickelt. Es handelt sich um Farbstandards, die mehr oder weniger dem Farbumfang einer bestimmten Geräteklasse entsprechen und das Bild so lebendig wie möglich widerspiegeln. Durch die Verwendung von diesen Standards bzw. Farbräumen bei der Arbeit mit einem Farbbild wird sichergestellt, dass Sie den Farbbereich des endgültigen Ausgabegeräts nicht überschreiten. Denn Farbräume beschreibt einen standardisierten Farbumfang. Ein RGB-Farbraum ist beispielsweise ein dreidimensionaler Farbraum, dessen Komponenten die Intensitäten von Rot, Grün und Blau sind, aus denen eine bestimmte Farbe besteht. Es ist bekannt, dass ein Farbbild mindestens drei Zahlen pro Pixel benötigt, um die Farbe genau zu vermitteln. In einem Farbbild hat jedes Pixel rote (R, Rot), grüne (G, Grün) und blaue (B, Blau) Komponenten, die miteinander kombiniert werden, um eine andere Farbe zu bilden. Mit einer ausreichenden Anzahl von Pixeln wird das Bild klar und wir erhalten realistische digitale Bilder, die im täglichen Leben zu finden sind.
Vor gut drei Jahrzehnten gab es ein echtes Problem: Jeder Hersteller hatte seine eigenen Farbräume. Wenn man eine Datei mit Mitarbeitern geteilt hat, musste man immer überprüfen, ob die Rechner es korrekt anzeigen. Derzeit setzte sich die International Color Consortium (ICC) dafür ein, den Farbraum der Geräte als Farbprofil festzulegen und als Datei zu speichern. Man nennt es die ICC-Profile. Jeder Bildschirm, jede Kamera, jedes Handy, jeder Fernseher, also jedes Gerät besitzt seinen eigenen Farbraum und damit auch ein eigenes Farbprofil.
Die Geräte werden ausgemessen und es wird eine Beschreibung der darstellbaren/aufnehmbaren Farben erstellt. Farbprofile helfen Farbinformationen zwischen Ein- und Ausgabegerät anzupassen. Denn sie beziehen sich immer auf ein konkretes Gerät - Bildschirm, Drucker, Scanner, Kamera etc. Die Hauptaufgabe bei der Erstellung eines Farbprofils besteht darin, das digitale Original so genau wie möglich wiederzugeben.
Es wurden verschiedene Farbmodelle und mathematische Farbräume entwickelt, um die Unterscheidung, Messung und Reproduktion von Farben auf Displays zu erleichtern. Der Farbraum oder das Farbmodell oder das Farbsystem ist also eine abstrakte mathematische Beschreibung der Art und Weise, wie Farben als eine Reihe spezifizierter Zahlen dargestellt werden können, die als Farbkomponenten bezeichnet werden.
4. Was bedeutet Rec. 709, DCI-P3, Rec. 2020 und was steckt dahinter?
In der Vergangenheit war Heimvideo Entertaiment recht einfach und primitiv: Die Leute saßen vor dem Fernsehbildschirm und sahen Fernsehprogramme gemäß dem Zeitplan der Sendung. Heute möchte der Betrachter in der Lage sein, buchstäblich alles zu sehen, was er will, auf jedem Gerät, überall - Inhalte über Kabel, Satellit oder Internet oder von seinem eigenen Speicher zu Hause aus zu empfangen. Es ist klar, dass sich auch die Fernseheindustrie entwickeln muss, um den Anfragen der Zuschauer zu entsprechen. Ein größeres und schöneres Bild auf dem Fernseher ist heute nicht wegzudenken.
Die von Fernsehgeräten und Mobilgeräten unterstützten Farbräume haben sich im Laufe der Jahre erheblich weiterentwickelt. Die Unterstützung eines breiteren Farbumfangs ist neben zunehmenden Auflösungen und Bildraten eine der wichtigsten Entwicklungen in der Anzeigetechnologie. Dadurch können Geräte Farben anzeigen, die näher an den Wahrnehmungen des Auges liegen und auch für HDR-Medien (High Dynamic Range) erforderlich sind.
Es sind 60 Jahre seit Beginn der ersten Fernsehsendungen vergangen. Es gibt aber praktisch keine wirklichen Durchbrüche auf dem Gebiet der Farbwiedergabe. Selbst die ersten Modelle von HD-Flachbildfernsehern, die Anfang der 2000er Jahre auf den Markt erschienen, haben an unseren Vorstellungen von Farbe nichts geändert. In den letzten Jahren gab es eine Explosion neuer Standards. Zuerst nach der Entwicklung von analogen HDTV, das sich nur in Japan durchgesetzt hat. Und jetzt bei digitalem Fernsehen (SDTV) und HDTV. Das Bild auf dem Bildschirm wurde klarer, erhielt jedoch keine natürlichen Farben. Tatsächlich war die Technologie in HD-Fernsehern jener Jahre bereits veraltet.
Sogar die fortschrittlichsten Bildschirme können nicht alle Farben wiedergeben, die wir sehen können. Hersteller müssen daher einen Weg finden, Videos innerhalb der Grenzen der verfügbaren Technologie so realistisch wie möglich zu gestalten. Und um diese Aufgabe zu erreichen, hat die Branche neue Farbräume entwickelt. Der Farbraum ist die gesamte Farbpalette, die ein Bildschirm reproduzieren kann. Jetzt kann sich endlich alles ändern. Neue Farbstandards verbessern das Bild erheblich und machen es realistisch. Dies ist der erste große Schritt seit dem Aufkommen von HD.
Organisationen für Telekommunikationsstandards erstellen Farbräume und helfen bei der Festlegung konkreter Spezifikationen für die Leistungsfähigkeit der Fernsehgeräte. Um die Spezifikationen eines bestimmten Farbumfangs zu erfüllen, muss ein Fernseher in der Lage sein, alle in diesem Bereich enthaltenen Farben anzuzeigen.
Aber alles der Reihe nach. Es begann noch am 22. August 1931 als Manfred von Ardenne das erste elektronische Fernsehgerät präsentierte. Während eines Experimentes 1940 wurde eine Bildqualität von 1.029 Zeilen mit einem Zeilensprung bei 25 Bildwechseln pro Sekunde erreicht, was der Auflösung etwa eines HDTVBildes entspricht. Und schon in den 30er Jahren begann die Produktion von Fernsehempfängern für den Massenverbraucher. Gleichzeitig fanden Entwicklungen auf dem Gebiet der Farbbilder statt. 1953 erschien in den USA das analoge NTSC-Farbfernsehsystem.
Ab den frühen 1930er Jahren war Walter Bruch an der Entwicklung der Fernsehtechnik beteiligt. 1933 präsentierte er einen Fernsehempfänger. 1935 begann er als Techniker in der Forschungsabteilung “Fernsehen und Physik” von Telefunken unter der Leitung von Fritz Schröter zu arbeiten. Es war auch bei Telefunken, wo Emil Mechau eine spezielle Fernsehkamera die “Olympia-Kanone”, für die Olympischen Sommerspiele 1936 entwickelte, die ein Meilenstein für die audiovisuelle Technologie werden sollte. Dort konnte Bruch am Feldtest der ersten Iconoscope-Kamera teilnehmen.
1950 beauftragte ihn Telefunken mit der Entwicklung der ersten Fernsehempfänger der Nachkriegszeit. Er studierte und testete gründlich das amerikanische NTSCSystem und das spätere französische SECAM-System. Ihn wurde veranlasst ein neues Farbfernsehsystem zu entwickeln, das automatisch die differentielle Phasenverzerrung korrigiert, die entlang des Übertragungskanals auftreten kann. Am 3. Januar 1963 hielt Bruch vor einer Expertengruppe der Europäischen Rundfunkunion in Hannover die erste öffentliche Präsentation des Phasenwechselleitungssystems (PAL). Dies gilt als Geburtsdatum des PALTelefunken- Systems, das später von mehr als 100 Ländern übernommen wurde. Das PAL-System verwendet ein Seitenverhältnis von 4: 3 für die Übertragung von Farbbildern mit 625 Zeilen pro Bild. Darüber hinaus wurde die Phasenempfindlichkeit minimiert, da es automatisch Farbfehler behebt und eine sehr beeindruckende Farbstabilität erreicht.
In der Bundesrepublik Deutschland wurde das PAL-Farbfernsehen am 25. August 1967 offiziell eingeführt, als Bundeskanzler Willy Brandt auf der IFA in Berlin den Knopf drückte. Mit den Worten „In der Hoffnung auf viele friedlich-farbige, aber auch spannend-farbige Ereignisse gebe ich jetzt gewissermaßen den Startschuss für das deutsche Farbfernsehen.“ wurde der Startschuss für das Farbfernsehens gegeben.2
“Der Goldene Schuss” ist die ersten Live-TV-Sendung, die in Farbe auf den Bildschirmen erschienen ist. Die erste kommerziell ausgestrahlte Fernsehsendung in Farbe war die bundesweit gezeigte Parade des Turniers der Rosen 1. Januar 1954. Jedenfalls war dies der Farbstandard, der eingeführt wurde, als das digitale Fernsehen 2 Deutsche Welle. (2017). 1967 - Startschuss für das Farbfernsehen. DW.COM. https://www.dw.com/de/1967-gingdas- farbfernsehen-in-deutschland-an-den-start/a-40223583 Ende der siebziger Jahre auf den Markt kam. In den ersten Tagen des Farbfernsehens hatten wir Rec.601. Als digitaler Standard geht es auf das Jahr 1982 zurück. Es ähnelt jedoch der NTSC-Spezifikation, die ihre Abstammung bis 1953 zurückverfolgt. Rec.601 ist heute noch auf jeder DVD zu sehen.
Gegenwärtig gibt es drei Farbräume, die bei Fernsehgeräten verwendet werden: Rec.709, DCI-P3 und Rec.2020. Diese Standards werden in die Industrie eingeführt, damit die Produktionsprozesse dieselben Farbmischungen verwenden. Das wirkt sich auf Monitore / Fernseher aus, unabhängig von der Technologie. Denn die Bildschirme müssen unter Berücksichtigung eines oder mehrerer dieser Standards entworfen werden, um Videos, die unter einem bestimmten Standard erstellt wurden, ordnungsgemäß anzuzeigen. An die Standards müssen sich auch alle von der Filmindustrie halten, vom Kameramann, der Postproduktion bis hin zum Kino. Am Ende soll der Zuschauer das Kunststück so genießen, wie es der Filmregisseur wollte.
Mit dem Aufkommen von High Definition erschien ein etwas größerer Farbraum - Rec.709. Der Unterschied ist extrem gering, aber das Gesamtfarbvolumen ist größer. Und es gibt einen neuen Begriff - Gamut Volume. Das ist nicht mehr als das tatsächliche Farbvolumen, das anhand der Koordinaten der drei Primärfarben berechnet wird. 1990 wurde Rec.709 erstmals genehmigt und häufig als BT.709 genannt. Es ist der anerkannte Standard-Videofarbraum für High Definition Television (HDTV) mit einem nahezu identischen Farbraum wie sRGB. Dieser Farbraum deckt 35,6% des CIE 1931-Farbraums ab. Alle HD-Displays sollten 100% der Aufnahme abdecken können. Rec.709 ist der derzeitige Standardspeicherplatz für alle heute verfügbaren Breitbild-Heimmedien, von DVDs über HD-Kabel, Blu-Rays bis hin zu Video-Streaming. Die meisten HDTV- und UHD-Fernseher sind nicht dazu gedacht, Farben anzuzeigen, die über die in diesem Bereich enthaltenen Farben hinausgehen.
Rec.709 ist in Bezug auf die Menge an Farbe, die es darstellt, ziemlich begrenzt und erfasst nur etwas mehr als ein Drittel des visuellen Spektrums. Natürlich sieht das Video immer noch gut aus, aber kommende Medien, die die größeren Farbräume nutzen, bieten mehr Vielfalt für die Farbe, mehr Details und ein realistisches Bild. Letztendlich mögen einige hoffen, dass sie gleich sind, aber die Geschichte hat gezeigt, dass neue Anforderungen höchstwahrscheinlich einen Bedarf an neuen Standards hervorrufen werden. Zum Beispiel könnten wir jetzt auf ITU-R BT.709-3 und der kritischen IEC 61966 2 1 (SRGB) für alle TV- und Computerarbeiten gut standardisieren. Diese Lösung würde jedoch nicht den Anforderungen der Druckindustrie entsprechen, die in vielen Fällen Displays mit einem größeren Farbumfang benötigen, als dies mit aktuellen CRT-Belichtern möglich ist.
Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass Rec.709 für die HD-Welt gedacht ist, in der Kameras in Bezug auf Dynamik und Farbumfang eingeschränkter waren. Moderne-HD-Kameras haben nicht nur einen höheren Dynamikbereich, sondern im Allgemeinen auch einen größeren Farbumfang. Rec.709 ist immer noch der Standard für die große Mehrheit der Bildschirme, daher ist es in vielen Situationen erforderlich, ihn zu verwenden. Rec. 709 ist bei weitem der häufigste Arbeits- und Lieferfarbraum für die meisten Videoprojekte. Wenn Sie Videos erstellen, die online konsumiert werden, ist Rec. 709 höchstwahrscheinlich das, was Sie zum Arbeiten benötigen. Die Farbskala 709 wird von allen gängigen Anzeigetechnologien auf vielen Geräten unterstützt.
Von den zwei größeren Farbräumen, die in den nächsten Jahren in den kommenden TV-Modellen enthalten sein werden, wird DCI P3 am schnellsten implementiert und repräsentiert die Grundfarbanforderung der HDR-Spezifikation. Um die Mindestanforderungen der UHD Alliance zu erfüllen, muss ein Fernseher über 90% des DCI P3-Farbraums anzeigen können.
DCI-P3 ist ein beliebter HDR-RGB-Farbraum (High Dynamic Range), der 2007 von SMPTE eingeführt wurde und einen viel größeren Farbumfang als Rec. 709 aufweist, was 45,5% aller für den Menschen wahrnehmbaren Farben gemäß dem CIE 1931- Farbraum abdeckt.
Die Digital Cinema Initiatives wurde 2002 von einem Konsortium großer Studios gegründet. Ihr Hauptziel war die Standardisierung des Vertriebs und der Displays für die Filmindustrie. Zu den von ihnen veröffentlichten Standards gehören der P3- Farbraum, sowie das Digital Cinema Package (DCP) und der Digital Cinema Distribution Master (DCDM). Dank dieser Farbräume wurden die Dateien und Formate für Kinos standardisiert. Die DCI-Arbeitsgruppe entschied sich für einen weiten Bereich für ihren standardisierten Farbraum, um die erstaunlichen Fortschritte zu nutzen, die in den letzten Jahren bei Bildschirmen, Kameras und Projektoren erzielt wurden.
Alle Digital Cinema-Projektoren können den gesamten DCI P3-Farbraum anzeigen. Es ist ein für die digitale Kinoprojektion eingeführter Videofarbraum mit großem Farbumfang. Er ist so konzipiert, dass er genau der gesamten Bandbreite von Farbfilmen entspricht. Es ist im Allgemeinen kein Verbraucherstandard und wird hauptsächlich für Inhalte verwendet, die für die digitale Projektion bestimmt sind. Jedoch hat Apple seit iOS10 P3-Farben für viele Gerätedisplays übernommen und die Möglichkeit, Fotos und Videos im P3-Farbraum aufzunehmen. Die meisten professionellen Referenzmonitore können den gesamten DCI P3-Farbumfang anzeigen.
DCI-P3 wurde entwickelt, um dem Farbumfang von Farbfilmen zu entsprechen und wird in Kinos auf der ganzen Welt eingesetzt. Es verfügt über einen sehr großen Farbumfang. Die Rottöne sind besonders tief und es ermöglicht alle Farben in der Filmindustrie abzudecken. Trotzdem fehlen viele der tiefen Grüntöne von Adobe 1998. DCI-P3 ist also auch nicht ganz perfekt.
Oft wird zusammen mit dem Farbraum ein weißer Punkt angezeigt, z. B. P3 D55, P3 D61 oder P3 D65. Die D-Zahl gibt die weiße Zielfarbtemperatur in Grad Kelvin an. D55 ist 5500K, D61 ist 6100K, D65 ist 6500K und der DCI-Standardweißpunkt ist 6300K.
DCI-P3 hat in jüngster Zeit an Bedeutung gewonnen, da dies die Referenzfarbskala für aktuelle Ultra HD Premium-Fernseher ist, von denen erwartet wird, dass sie mindestens 90% des DCI / P3-Farbraums mit einer minimalen Helligkeit von 0,05nit und einer maximalen Helligkeit von 1000nits unterstützen.
Der Hauptunterschied zwischen DCI P3 und Rec.709 (dem aktuellen Standardfarbraum) besteht darin, dass DCI P3 viel mehr Grüntöne anzeigen kann, obwohl auch die Anzahl der Rottöne leicht zunimmt. Die Anzahl der Blautöne blieb unverändert. Ein ziemlich sichtbarer Unterschied ist, dass DCI-P3 tiefer in die gesättigten grünen und roten Bereiche als Rec. 709 geht. Dadurch ist sieht Rot auch viel mehr wie Rot aus und nicht wie das Orangerot, das man zuvor sehen konnte. Insgesamt deckt es etwas mehr als die Hälfte des visuellen Spektrums ab und bietet eine ziemlich signifikante Steigerung der Bildqualität gegenüber Rec.709, das nur etwa 35% des visuellen Spektrums abdeckt.
Jedoch möchten Hersteller die Farben auf benutzerdefinierten Fernsehgeräten verbessern und von dem aktuellen Farbraum Rec.709 zu einem fortschrittlichen Standard übergehen, dem Ultra HD - Rec. 2020 vom 23. August 2012.
BT.2020 (oder auch Rec.2020 genannt) ist der De-facto-Standard für HDR10, der einige Aspekte von UHDTV wie Auflösung, Bildraten, Bittiefe, Farbunterabtastung und Farbraum definiert. Der Farbumfang deckt einen großen Prozentsatz des gesamten CIE XYZ-Farbraums ab. Für Rec. 2020 wurden Farbprimärkoordinaten gewählt, die sich am äußersten Rand des sichtbaren Farbraums befinden. Diese Primärfarben sind mit laserbeleuchteten RGB-Projektionstechnologien erreichbar.
Der Standard definiert 10-Bit- oder 12-Bit-Farbtiefe. Also die Anzahl der Bits in einem digitalen Videosignal, die zur Anzeige der Farbkomponente eines einzelnen Pixels verwendet werden. Bei einer 8-Bit-Farbe gibt es acht Bits für die rote Komponente, acht Bits für die grüne und acht Bits für die blaue Komponente. Bei 10- Bit-Farben gibt es 10 Bit für jede reine Farbe, bei 12-Bit-Farben gibt es 12 Bit pro Farbe und so weiter. Möglicherweise wird die Farbtiefe auch anhand der Gesamtzahl der Bits beschrieben: z. B. 24-Bit-Farbe (8 Bit mal drei) oder 30-Bit-Farbe (10 x 3). Im Vergleich zu Rec.2020 liegt die Bittiefe bei 8-Bit (Rec.709)
Der Farbraum deckt 75,8% aller für den Menschen wahrnehmbaren Farben gemäß dem CIE-Normfarbsystems ab. Die Primärfarben werden durch monochromatische Farben ersetzt - die Farben mit Wellenlängen von 630 nm, 532 nm und 467 nm. Im Gegensatz zu Adobe Wide Gamut RGB passt der gesamte sRGB-Bereich in Rec.2020 vollständig hierher. Die Gammakurve ist die gleiche wie bei sRGB, Weiß ist auch D65. Neuere Rec. 2100 führt zwei weitere Übertragungsfunktionen für Bilder mit einem großen Dynamikbereich ein.
Ähnlich wie bei DCI-P3 liegt der Hauptgewinn von Rec.2020 in der Anzahl der neuen Grüntöne, die angezeigt werden. Es bietet jedoch auch Verbesserungen bei der Anzahl der blauen und roten Farben. Insgesamt wird Rec.2020 etwa 75% des visuellen Spektrums abdecken, was selbst gegenüber DCI-P3 eine beträchtliche Steigerung der Farbwiedergabe darstellt.
Sie können sehen, dass es ziemlich groß ist und obwohl es nicht das gesamte Farbspektrum abdeckt, das für Menschen sichtbar ist, kommt es viel näher als seine Vorgänger. Rec. 2020 bietet die Möglichkeit, Farben der realen Welt besser darzustellen als die üblicherweise verwendeten Farbräume für Fernsehen und Kino. Das praktische Erreichen dieser Primärfarben ist nicht auf einzelne Wellenlängen beschränkt, sondern kann mit einem Bündel von Wellenlängen erreicht werden. Projektoren sind dafür ideal.
Es gibt nur ein Problem. Es gibt keine Fernseher, die annähernd alle Farben in Rec.2020 anzeigen können, und es wird wahrscheinlich erst nach einigen Jahren einen geben. Um die Technologie zukunftssicher zu machen, ist die Unterstützung von Rec.2020 bereits in die HDR-Spezifikation integriert. Das bedeutet, dass dasselbe HDR-Medium, das jetzt den DCI P3 auf einem Fernsehgerät einsetzt, in einigen Jahren auch Rec.2020 auf einem Fernsehgerät anzeigen kann, das den größeren Farbraum unterstützen wird. Zurzeit geben Anbieter nur an, dass ihr Fernseher N Prozent des X-Farbraums erfüllt (z. B. 90 Prozent von Rec.2020).
Fernsehgeräte, die die Option haben, den Farbbraum automtisch umstellen, sollte für den großen Farbumfang bei HDR-Medien Rec.2020 verwenden und bei der Wiedergabe eines normalen Videos weggelassen werden, da die Farben sonst übersättigt aussehen. Abhängig vom Signal wird der Farbraum ausgewählt. Wenn ein Signal zugespielt wird, dass den erweiterten Farbraum unterstützt, so kann Fernseher zum Beispiel Rec.2020 wählen (4K Inhalte).
(FHD) Pixel 8-Bit-Farbtiefe pro Kanal 10/12-Bit-Farbtiefe pro DCI-P3 Rec. 709 BT.2020 / Rec. 2020 4K Ultra HD-Fernseher Auflösung 1280 x 720 Auflösung 3840 x 2160 und digitales Kino 4096 × (HD) oder 1920 x 1080 (4K) oder 7680 x 4320 2160 Pixel - 4: 2: 0-Farbunterabtastung 4: 2: 0, 4: 2: 2 oder 4: 4: 4 - DCI-P3 deckt 45,5% des Rec. 709 deckt 35,9% des Rec. 2020 deckt 75,8% CIE 1931-Raums - (8K) Pixel Kanal Farbunterabtastung des CIE 1931-Raums Bilder pro Sekunde CIE 1931-Raums Progressiver Scan bis zu Progressive Scan 60-120 60 Bilder pro Sekunde
Das Wichtigste ist, dass Rec.2020 nicht nur als große Anzahl von Pixeln in Bildschirmen und Fernsehgeräten betrachtet werden soll. Der Weg zu einer noch beeindruckenden Bildqualität hat bereits begonnen. Ultra HD war der erste Schritt und jetzt befinden wir uns in der HDR-Phase. In einigen Jahren wird die Industrie auf 8K- und HFR-Auflösungen (High Frame Rate) umsteigen, was die Farbwiedergabe erheblich verbessern wird. Natürlich möchten die Verbraucher alles in einem Paket haben, aber wenn man die Besonderheiten im Voraus kennen, kann jeder eine ausgewogene Entscheidung treffen.
Denn abhängig von den Anforderungen sollte auch der passende Farbraum ausgewählt werden. Idealerweise sollte man in einem großen Farbraum arbeiten, der alle erwarteten Ausgabestandards umfasst, was vielleicht in der Zukunft auch möglich sein wird. Aber bis der Rec.2020 auf Bildschirmen noch kaum zu sehen ist, sollte man die vorhandenen Farbräume verwenden. Wenn die Bereitstellung von digitalem Kino und Filmen eine der Anforderungen ist, sollten man in DCI-P3 mit einem kalibrierten DCI-Projektor oder Monitor arbeiten, der den DCI-P3-Bereich abdeckt. Wenn die HD-Broadcast-Übermittlung den größten erwarteten Farbraum oder Computer-Desktop / Mobile / Web in einer beliebigen Auflösung aufweist, kann man Rec. 709 verwenden. Alles hängt von den Anforderungen und dem gewünschten Ergebnis ab. Rec. 709 hat ein größeres Volumen als Rec. 601, DCI ist noch größer und Rec.2020 ist die volumenmäßig größte Bandbreite, die wir heute haben. Ein Fotograf würde sich die Frage stellen: "Wo passt Adobe RGB hin?" Die Antwort lautet - zwischen DCI-P3 und Rec.2020.
Eine Aufnahme in HDR mit dem Farbraum DCI-P3
Das gleiche Bild mit dem Farbraum Rec.709. Es hat an Brillanz und Helligkeit verloren und sieht blass aus.
Im August 2015 standardisierte die Consumer Electronics Association (CEA) das HDR10-Medienprofileformat für alle HDR-kompatiblen Anzeigegeräte. Die Unterstützung von Rec.2020-Farbräumen und ST2084-EOTFÜbertragungseigenschaften ist für dieses Format von wesentlicher Bedeutung.
Das menschliche Auge besitzt ein höheres Farbspektrum, als Bildschirme überhaupt wiedergeben können. Mit der Größe des Farbraums steigen aber auch die Anforderungen an die Hardware. HDR Videoinhalte mit dem erweiterten Farbraum können praktisch nur Online geschaut werden. In voller Qualität nur unter der Voraussetzung eines Highspeed-Internetanschlusses.
Die Bildwiederholfrequenz senden derzeit mit 720 Zeilen und 50 Vollbildern pro Sekunde (720p/50). Bald werden es 1080p/50 und damit gerade einmal Full HD und 50 Hz. Das bedeutet, dass Ultra HD mit 100/120 Hz (High Frequency Rate: HFR) in betracht der TV-Übertragung ist die Realisierung noch in einer fernen Zukunft. Denn die Bildschirme von heute können eine größere Anzahl an Farben verarbeiten (BT.2020 / Rec. 2020) als wiedergeben (mind. 90% des DCI-P3-Farbraums).
Was passiert also beim direkten Vergleich von Ultra HD und Full HD? Rec.2020 vs. Rec. 709 bekommen wir:
- 4 oder mehr mal hohe Auflösung
- 4- bis 16-mal größere Farbtiefe für jeden Kanal
- doppelte Frequenz
- Mehr als zweifache Erhöhung der Farbskala
Der aktuelle Standard für HDTV verwendet sRGB als Farbraum. Dies ändert sich jedoch auch, da sich Videos schnell über den heutigen 1080p (2K) HDTV-Standard hinaus auf 4K- und 8K-Auflösungen, hohen Dynamikbereich und Farbe mit großem Farbumfang bewegen. Ein neuer Industriestandard namens Ultra HD Premium enthält diese erweiterten Videofunktionen. DCI-P3 ist der von Ultra HD Premium angegebene Farbraum für die Farbwiedergabe. Während P3 derzeit hauptsächlich auf Projektionsfilmwiedergaben ausgerichtet ist, sollten Massenmarkt-TVs letztendlich sRGB durch P3 mit großem Farbumfang ersetzen.
Hier ist der Unterschied zwischen RGB und sRGB zu sehen. Das Farbspektrum ist sehr begrenzt und verliert vor allem im grünen Spektrum.
Die Diskussion darüber, was bessere Bilder macht, hat sich trotz aller Diskussionen über Ultra HD und HDR und erweiterte Farben nicht geändert. Tatsache ist, dass die beste Videodarstellung von einem Display mit hohem Kontrast, gesättigten und genauen Farben und hoher Auflösung stammt.
Während die beste HDR von einem guten Flachbildschirm stammt, haben Projektoren mit herstellerspezifischen Funktionen wie dem HDR-PRO von BenQ große Fortschritte erzielt. Diese Methoden machen einen sichtbaren Unterschied und wirken sich erheblich auf die Bildqualität aus und haben es den Benutzern ermöglicht, qualitativ hochwertige Videos zu Preisen zu genießen, die weit unter denen von High-End-LCoS-Projektoren liegen.
Wie bei 4K zuvor hängt die Entscheidung, wann ein Upgrade durchgeführt werden soll, vom Inhalt ab. Warten schadet auch nicht. Und vielleicht wird, mit etwas mehr Zeit, das Ultra HD-Bild noch klarer.
Mit anderen Worten, der neue Standard ist nach allen Kriterien um ein Vielfaches besser als der alte! Natürlich sollte man verstehen, dass Hersteller von allen Anforderungen nur den Teil erfüllen, der sich auf den Farbraum Rec. 2020 selbst bezieht. Aber in Zukunft wird die Situation sich ändern.
Fazit
Es ist kaum zu glauben, aber alle Standards des Farbfernsehens sind seit der Zeit der Kathodenstrahlröhren (Ende des 19. Jahrhunderts) praktisch unverändert geblieben. Jetzt besteht jedoch die Möglichkeit, viel mehr auf dem Bildschirm zu sehen als früher.
Der Farbumfang definiert den Farbbereich, den ein Display erzeugen kann - daher ist er das wichtigste definierende visuelle Merkmal eines Displays. Je größer die Abdeckung eines breiten Farbumfangs ist, desto mehr Farben kann ein Fernseher in diesem Bereich wiedergeben. Während sich die Farbskalen im Laufe der Jahre geändert haben, benötigten in der Vergangenheit praktisch alle Displays nur eine einzige Farbskala, um den gesamten Inhalt zu erzeugen, den ein Benutzer sehen wollte.
Es ist der Wunsch, den Farbumfang und die Farbwiedergabe zu verbessern, der die Hersteller dazu zwingt, neue Arten der Farbräume auf Fernsehgeräten zu verbessern und zu finden. Dazu breiteten sich die Farbräume der Displays weiter aus. Es gilt insbesondere für das Jahr 2015, als die Einführung der Ultra HD 4K-Auflösung weit verbreitet wurde. Mit der jüngsten Entwicklung mehrerer neuer größerer Farbskalenstandards für die Produktion neuer Inhalte, einschließlich DCI-P3 für 4K Ultra HD-Fernseher und digitales Kino, müssen alle zukünftigen Fernseher, Monitore, Smartphones, Tablets und Laptops mindestens zwei Farbskalen unterstützen.
Die Übersicht der Farbräume vom frühesten NTSC-Farbraum bis zum neuesten DCIP3- und Rec.2020-Farbraum hat gezeigt, wie wichtig es ist, die weit verbreitete Verwendung des veralteten NTSC-Farbraums von 1953 in der Displaybranche zu eliminieren.
Die Umstellung auf aktuelle Farbräume ist nicht nur wichtig, um Displays richtig zu spezifizieren, zu messen, herzustellen und genau zu kalibrieren, sondern auch, um sie sowohl mit Herstellern als auch mit Verbrauchern zu vergleichen und zu vermarkten.
Der DCI-P3 ist nichts weiter als ein weiterer Standard, den wir auf dem Weg zu Rec.2020 verwenden werden, der wahrscheinlich in naher Zukunft Realität wird. In einigen Jahren werden wir über den prozentualen Anteil des Gamut-Volumens sprechen, aber heute ist DCI-P3 das Ziel. Wir nähern uns 100% und je näher wir kommen, desto besser sehen die Bilder aus und desto mehr genießen wir sie.