slashCAM
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Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von slashCAM »

Grundlagen: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit? von rudi - 28 Feb 2014 16:56:00
>Eines Rätsels statistische Lösung...
zum ganzen Artikel



Jan
Beiträge: 10027

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von Jan »

Jetzt habt ihr aber ein paar User stark gekränkt....


VG
Jan



WoWu
Beiträge: 14819

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von WoWu »

Bei der Berechnung habt Ihr natürlich vergessen mitzuteilen, woher die Rekonstruktion die spatiale Position der zu berechnenden Elemente bekommt.
Bleiben wir bei dem Beispiel, eines leichten Schattens auf der weissen Wand und der Indizierung der Schattenwerte nach Weiss.
Woher wissen die 9,2 Bit anschliessend, wo der Schatten auf der Wand war und wie gross er war und mit welcher Stärke er abgenommen hat ?
Irgendwie habe ich das aus der Berechnung noch nicht ersehen können.
Hab ich was übersehen?

Jemand 'ne Idee für eine solche praktische Anwendung ?
Die Rechnung muss ich erst mal in Ruhe nachvollziehen. Nur solange es nur Reproduktionen von bestehenden 8 Bit Pixels gibt und nicht die Wiedergabe der verloren gegangenen Pixels bleibt es das, was es ist, eine Interpolation der reduzierten Pixelwerte und kein Ersatz für eine 10 Bit Aufnahme.
Und hier geht es ja darum, aus einer 8 Bit Aufnahme den Ersatz für eine echte 10 Bit Aufnahme zu stellen, also mit 4K -8 Bit- dasselbe Ergebnis zu erzielen, wie mit einer 10 Bit HD Kamera.

Graham Nattress hat zu dem Thema mal gesagt:
„no more information, but more pleasant to look at.“

Edit:
So, wie ich das im Augenblick sehe, ist das Verfahren genau das, was jede Kamera mit Pixelbinning auch macht, nur eben mit dem Unterschied, dass die Kamera individuelle Lichtwerte misst und keine reduzierten Lichtwerte. Daher ist auch das Ergebnis (nicht rechnerisch) sondern optisch ein völlig Anderes.
Die D5 z.B. hat einen 11 Bit Sensor eingebaut und macht 14 Bit.-selbe Prinzip- nur sieht sie auf jedem Pixel einen echten Lichtwert und reproduziert den durch das gesamte Processing und liefert hinterher auch ein 14 Bit Signal ab.
Gute Grüße, Wolfgang

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rideck
Beiträge: 331

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von rideck »

Ist für mich einfach etwas zu abstrakt. Kann man das nicht irgendwie mal versuchen und dann nachprüfen wie sich das neu errechnete Material im Schnitt verhält und vielleicht zu 1080p 8 Bit-Material vergleichen? Leider habe ich noch keine 4K Kamera um selber einen Versuch zu starten. Letztendlich möchte man ja so etwas auch nutzen können und zwar in der Realität ;)
Aber interessant was für eine Diskussion an diesem Thema entstanden ist.



WoWu
Beiträge: 14819

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von WoWu »

Die Kameras binnen ja auf genau diese Art, nur dass sie die spatialen Informationen, also wo welche Werte vorgekommen sind, weiterreichen.
Diese Informationen, zusammen mit den Werten, gehe bei der Reduktion nach 8 Bit verloren und die Matrixinformationen ohnehin.

Im Grunde genommen passiert etwas ähnliches, was auch bei einem Import in einen 10 Bit Codec passiert, nur dass da Dither-Pixelstrukturen eingesetzt werden und hier aus 4 Pixel ein gemeinsamer Wert errechnet wird.

Problem ist eben nur, dass dieser gemeinsame Wert nur noch was mit dem * Bit Signal zu tun hat und nichts mehr mit dem Originalsignal des Sensors.

Wenn man bei dem Beispiel bleibt:
Die Interpolation weiss weder wo der Schatten auf der Wand gesessen hat, noch wie stark er war.

Und es geht ja auch nicht um die Menge zusätzlicher Limawerte sondern um deren optischen Inhalt, also nicht darum, ob weitere Werte zur Verfügung stehen, in denen auch nur WEISS enthalten ist.

Für einen Recorder-Hersteller ist das egal, weil der nur Werte speichert, aber wir machen ja Bilder, bei denen eben im Inhalt der Unterschied liegt und nicht in der Menge.
Gute Grüße, Wolfgang

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Tobsn
Beiträge: 281

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von Tobsn »

@WoWu

Könntest Du nicht mal einen Artikel über das Thema RAW, Signalverarbeitung, etc. schreiben? Ich würde gerne mehr darüber erfahren und das alles aus den Posts rauszulesen ist ziemlich mühselig und oft fehlt mir so ein bisschen der rote Faden. Du machst Dir ja mit Deinen Antworten eh schon immer eine Menge Mühe und ein allgemeinverständlicher Artikel dürfte Dir doch nicht allzu schwer fallen. Ich würde das sehr begrüßen!

T



WoWu
Beiträge: 14819

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von WoWu »

http://provideome.de

Das Problem ist, dass die ganzen Einzelthemen unendlich eng verquickt sind und man es nur aus der Gesamtsicht wirklich gut versteht.
Gute Grüße, Wolfgang

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TheBubble
Beiträge: 1910

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von TheBubble »

Die folgendne Zitate sind aus dem Artikel:
Ein Ergebnis müsse immer eine künstliche Interpolation sein, die mit dem Original nichts mehr zu tun habe.
Das habe zumindest ich nicht behauptet. Es ist in speziellen Fällen möglich einen Interpolationsfehler von 0 zu erreichen, wenn von der Ausgangsfunktion, der Interpolierenden und den abgetasteten Punkten bestimmte Bedingungen erfüllt sind.
Bei näherer Betrachtung des Problems fiel uns auf, dass die Formel wohl für einige Fälle gilt und für andere nicht.
Wenn die diskutiere Berechnungsvorschrift nicht für alle Fälle gilt, dann ist doch schon alles geklärt: Die allgemein formulierte Behauptung wurde durch ein Gegenbeispiel widerlegt.



Gabriel_Natas
Beiträge: 556

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von Gabriel_Natas »

Hrm. Die Mathematik ist doch recht simpel und schlüssig.

Nehmen wir an vier Bildpunkte a 8 Bit.
Die haben also je einen Wert zw. 0-255

Nehmen wir die selben vier Bildpunkte in 10 Bit.
Werte 0-1023.

10 Bit-Wert, nehmen wir aus; Spaß 77; 78; 79; 76
Die 8 Bit Werte wären 19,25 ,19,5; 19,75; 19, gerundet also 19, 20, 20, 19

Auf einen Pixel runtergebrochen haben wir bei 10 Bit dann also (77+78+79+76)/4=77,5 gerundet 78.

Den 8Bit Punkt auf 10 Bit übertragen, also 19+20+20+19=78, in 8 Bit wären es aber 19,5 also gerundet 20. Der Wert 20 in 8 Bit sind aber 80 in 10 Bit. Das heißt in dem Fall ist man durch das Downscaling von 8 auf 10 Bit näher am originalwert, als wenn man in 8 Bit bleibt.

Je nach Rundung ist es verständlich, dass dieser Punkt jeweils um 1 bis 2 abweichen kann.

Es ist durchaus mathematisch verständlich, dass man aus 4 Pixeln in 8 Bit eine gute Annäherung an den realen 10BitWert für einen Einzelpixel an der selben stelle hat.
Rein Mathematisch sind nämlich 4x8Bit=10Bit ;)

Aber ich hab von Kamerasensoren an sich keine Ahnung. Aber Mathematisch macht das, was Slashcam gemacht hat, durchaus Sinn.

Wowu hat aber auch Recht, wenn er sagt, dass das keine Realen Werte sind, die dabei entstehen, sondern interpolierte Werte.

Als Bildnis für denen das Matheverständnis da einfach abgeht:
Was hier gemacht wurde ist simpel, dass man mit einer groben Waage 4 mal misst und dann den durchschnittswert der 4 Werte nimmt, um ein genaueres Messergebnis zu erhalten.
Nichts anderes ist diese Berechnung, man nutzt 4 grobe Messpunkte um daraus einen genaueren Messpunkt zu machen.



WoWu
Beiträge: 14819

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von WoWu »

Wir drehen uns im Kreis.
Aber trotzdem noch einmal:
Als Bildnis für denen das Matheverständnis da einfach abgeht:
Was hier gemacht wurde ist simpel, dass man mit einer groben Waage 4 mal misst und dann den durchschnittswert der 4 Werte nimmt, um ein genaueres Messergebnis zu erhalten.
Nichts anderes ist diese Berechnung, man nutzt 4 grobe Messpunkte um daraus einen genaueren Messpunkt zu machen.
Für den Videobereich heisst das, dass der neue Messpunkt keinem der zugrundeliegenden Einzelpunkten entspricht.
Aber genau das wäre für Video erforderlich.
Deswegen hatte ich auch gesagt, man darf Computergrafik und Video nicht verwechseln.
Gute Grüße, Wolfgang

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Tiefflieger
Beiträge: 3221

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von Tiefflieger »

Es gibt meiner Meinung nach 3 Aspekte.
1. Ermittelt auf dem Sensor ist es mit 10 Bit am Original
2. Aus benachbarten Pixeln mit Downsampling ein "Mittelwert" zu bilden ist mathematisch.
3. Mit 8 bit im vollen Wertebereich ist optisch keine Stufung bei exakten Werten zu sehen.

Ziel 10 Bit HD
Insofern behaupte ich im Ergebnis nach Bearbeitung erhält man "optisch" das gleiche Ergebnis.
Zumal mit Debayering auch nur eine mathematische Annahme getroffen wird.

Gruss Tiefflieger



prophet
Beiträge: 23

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von prophet »

@Tiefflieger: Jepp. Randbedingungen siehe unten.
WoWu hat geschrieben:Deswegen hatte ich auch gesagt, man darf Computergrafik und Video nicht verwechseln.
Interessant ist nur, dass genau das Gegenteil der Fall ist: bei Computergrafik wird der Effekt weniger gut funktionieren als im "real-world" Video - dem heiligen Gral dieser Diskussion.

Das ganze gilt natürlich für unkomprimierte Signale.

Sobald verlustbehaftete Kompression ins Spiel kommt, verringert sich die Wirkung des beschriebenen Effekts signifikant je nach verfügbarer Bitrate. Wer also 10bit aus einem 50MBit 8bit 4K AVC erwartet, wird enttäuscht sein.

Für die Praxis gilt also: ein mit externen Rekordern (Ninja, etc.) aufgenommenes 4K 4:2:0 Video einer GH4 (beispielsweise) bekommt im Luminanzkanal - nach Downsampling auf FullHD - 10bit aufgelöste Tonwerte.
rideck hat geschrieben:Leider habe ich noch keine 4K Kamera um selber einen Versuch zu starten. Letztendlich möchte man ja so etwas auch nutzen können und zwar in der Realität ;)
Das geht auch mit einer FullHD-Kamera, nur hast du am Ende 960x540 10Bit Signal. Das reicht, um sich selbst überzeugen zu lassen. Man beachte nur die Anforderung an ein unkomprimiertes Signal.

Jeder kann sich selbst ein Bild ;-) davon machen:
  1. ein Raw-Bild in Lighroom/PS als 8bit TIF oder PNG speichern
  2. in PS wieder öffnen
  3. nach 16Bit wandeln (ja, PS hat kein 10bit!)
  4. um Faktor 2 verkleinern
  5. das TIF/PNG im Nebenfenster öffnen
  6. go crazy now... :)
Gruß, prophet



WoWu
Beiträge: 14819

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von WoWu »

Bisher ist noch nicht aufgelöst, woher solche Werte dann die spatialen Informationen für 10 Bit bekommen sollen, die in 8 Bit gar nicht mehr vorhanden sind.
8 Bit ist in diesem Zusammenhang bereits eine verlustbehaftete
Datenreduktion, da braucht man noch gar keinen Codec.

Ist ja auch ein wenig schade, dass sich das schon wieder alles relativiert und für die 4K Kameras gar nicht mehr geeignet scheint, weil man an deren RAW Format in 4K gar nicht wirklich ran kommt, sondern immer nur an die komprimierte Version ...
Aber Fotos sind ja auch nicht schlecht.

Mit andern Worten, das (nachgebaute) 10 Bit Signal unterscheidet sich in wesentlichen Punkten signifikant von einem 10 Bit Kamerasignal.

10 Bit allein haben noch nie etwas ausgesagt ... es kommt immer darauf an, was drin steckt.

Und bei dem Fototest würde ich auch darauf achten, dass 10 Bit fähige Nuancen vorhanden sind, und das Ergebnisbild auf dieselbe optische Grösse und denselben Limawerten (Waveform) gebracht wird, um nicht in die Lumafalle zu tappen.
Und dasselbe Bild dann mal in 10 Bit rausrendern und mit dem Bearbeiteten Bild auf einem 10 Bit Monitor vergleichen.
Auf 8 Bit Monitoren spielt sowieso der Monitor zusätzlich nochmal seine eigene Rolle.
Gute Grüße, Wolfgang

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Zuletzt geändert von WoWu am Sa 01 Mär, 2014 01:21, insgesamt 1-mal geändert.



Anne Nerven
Beiträge: 970

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von Anne Nerven »

Ich kann mir durchaus vorstellen, dass bei einem Grauverlauf zusätzliche Zwischenwerte errechnet werden können. Allerdings bezweifle ich, dass berechnet werden kann, wo eine Fläche, die mit 8 Bit nicht sichtbar ist, bei 10 Bit dann sein soll. Es nützt ja z.B. nichts, in einem Gesicht irgendwo Werte zu berechnen, die müssen ja schon am richtigen Platz sein.



Gabriel_Natas
Beiträge: 556

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von Gabriel_Natas »

WoWu hat geschrieben:Bisher ist noch nicht aufgelöst, woher solche Werte dann die spatialen Informationen für 10 Bit bekommen sollen, die in 8 Bit gar nicht mehr vorhanden sind.
8 Bit ist in diesem Zusammenhang bereits eine verlustbehaftete
Datenreduktion, da braucht man noch gar keinen Codec.
Die 10 Bit Werte kommen aus den 8 Bit Werten.
Es ist doch so, das unsere 256 8 Bit Werte sich gleichmäßig über die 1024 10 Bit Werte Verteilen.

Bei 8 Bit hast du den Wert 1, bei 10 Bit ist das der Wert 3. Bei 8 Bit 2, das sind bei 10 Bit dann 7.
8 Bit - 10 Bit Werte
0 - 0
0 - 1
1 - 2
1 - 3
1 - 4
1 - 5
2 - 6
2 - 7
.
.
3 - 11
.
.
4 - 15
.
.
255 - 1023

Das heißt die Informationen sind in 8 Bit alle da, nur gröber. Es fehlen keine Informationen, sie sind nur ungenauer. Es wird nicht oben und Unten irgendwas abgeschnitten, sondern die 10 Bit Informationen werden auf oder abgerundet auf den entsprechenden 8 Bit Wert.
Das heißt also, unsere Werte werden ungenauer.
Die 10 Bit Genauigkeit kann man aber wieder interpolieren, wenn man die benachbarten Werte zusammenfasst.

Für mein Endprodukt will ich einen Pixel haben, als Ausgangsmaterial habe ich für diesen Punkt 4 Pixel. Die muss ich also irgendwie zusammenfassen.

Diese vier Pixel, vor allem in einem Videobild hängen ja meist voneinander ab. Das heißt also, ich kann diese vier Pixelwerte ohne Probleme verwenden um einen genaueren Wert für einen Pixel anstelle der Vier Pixel zu errechnen.
Probleme dürfte es nur an harten übergängen werden, wo dann aus z.B. zwei mal Schwarz und zwei mal Weiß Grau wird. Aber dieses Problem gibt es auch, wenn man 4 10 Bit Pixel zusammenfasst.

Es gibt echt keinen mathematischen Grund, warum diese Interpolation groß Probleme machen sollte.



prophet
Beiträge: 23

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von prophet »

Anne Nerven hat geschrieben:Allerdings bezweifle ich, dass berechnet werden kann, wo eine Fläche, die mit 8 Bit nicht sichtbar ist, bei 10 Bit dann sein soll.
Deswegen steht oben: "real-world" Video. Oder hast du jemals ein Videosignal einer perfekt homogenen Farbfläche (gibt's eigentlich auch nicht) mit einem konstanten Wert über den ganzen Bereich gesehen? ;-)
Anne Nerven hat geschrieben:Es nützt ja z.B. nichts, in einem Gesicht irgendwo Werte zu berechnen, die müssen ja schon am richtigen Platz sein.
WoWu hat hier den gleichen Gedankenfehler. Alle Werte sind doch schon am richtigen Platz - sie sind Nachbarn auf dem Sensorraster.

Stellt euch das vielleicht so vor: wir haben einen FullHD sensor: 1920x1080 Pixel (vergessen wir Bayer u.ä. für einen Moment). In einem dieser Pixel A wird das Licht eingefangen. Nun halbieren wir A horizontal und vertikal in 4 Quadranten a1-a2-a3-a4. A ist "größer" und fängt eine bestimmte Lichtmenge ein. a1 bis a4 sind "kleiner" und speichern dudurch örtlich besser aufgelöste Tonwerte - mit der gleichen Lichtmenge. a1 bis a4 capturen dadurch 4x mehr Nuancen auf der gleichen Sensorfläche wie Pixel A. Wenn wir das Bild herunterskalieren, haben wir 4 Informationen, die wir zu einer zusammenfassen! Es wird nichts erfunden oder interpoliert: es ist "aus mehr mach' weniger", statt "aus weniger mach' mehr". Dadurch, dass a1 bis a4 mit nur 1/4 der Auflösung gesamplet werden (8 statt 10bit bei A), ist das Ergebnis die Genauigkeit von A.

Keine Ahnung, wie man das noch anders erklären kann.
Gruß, prophet



domain
Beiträge: 11062

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von domain »

Im Grunde ist es ja nur Matrizenrechnung in Form von Binning. Aus einer Matrix A mit Indizes von 1 bis 4096 horizontal und von 1 bis 2303 vertikal laufend wird z.B. durch die Transformation (A(1,1) + A(1,2) + A(2,1) + A(2,2))/4 eine neue Matrix B mit gröberem Raster aber speziell bei Gleitkommadarstellung natürlich mit größerem Tonwertreichtum entstehen, der auch in 16 Bit mit durchaus unterschiedlichen Werten gegossen werden könnte. Ich sehe zwar einen spatialen Auflösungsverlust aber von spatialer Desorientierung des neuen Pixels kann m.E. ja gar keine Rede sein.
Schon eine interessante Sache, denn beim Silberfilm, mit der stochastischen Verteilung der Farbwölkchen war eine Matrizenrechnung ja gar nicht möglich und die Vergrößerung oder Verkleinerung eines Negatives legte über die ursprüngliche Kornstruktur noch eine sekundäre des neuen Mediums darüber. Das war noch keine Computergrafik im Sinne WoWus :-)

Ein Bild mit 400-facher Vergrößerung von Peter V. im Mikro-Forum

Bild



TheBubble
Beiträge: 1910

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von TheBubble »

Gabriel_Natas hat geschrieben: Diese vier Pixel, vor allem in einem Videobild hängen ja meist voneinander ab. Das heißt also, ich kann diese vier Pixelwerte ohne Probleme verwenden um einen genaueren Wert für einen Pixel anstelle der Vier Pixel zu errechnen.
Probleme dürfte es nur an harten übergängen werden, wo dann aus z.B. zwei mal Schwarz und zwei mal Weiß Grau wird. Aber dieses Problem gibt es auch, wenn man 4 10 Bit Pixel zusammenfasst.

Es gibt echt keinen mathematischen Grund, warum diese Interpolation groß Probleme machen sollte.
Wenn alle vier 8 Bit Pixel gleich sind, dann wuerden sie einfach nur durch den entsprechenden 10 Bit Wert ersetzt werden. Tatsaechlich koennte eine echte 10 Bit Kamera jedoch jedem dieser Pixel einen anderen Wert zuorden, wenn die abgetastete Funktion (d.h. der Verlauf des auf den Sensor projezierten Lichts) kleine Aenderungen aufweist, die bei der 8 Bit Quantisierung nur der gleichen Zahl zugeordnet wurden, aber gross genug sind bei 10 Bit Genauigkeit mit erfasst zu werden.



domain
Beiträge: 11062

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von domain »

Unter anderem bedingt durch das Shot-Noise-Rauschen nehme ich mal an, dass die abgelieferten Pixelwerte sich in Form einer Normalverteilung um den richtigen Wert verteilen. Egal ob bei 8 oder 10 Bit, immer werden mal die oberen und dann wieder die unteren Werte abweichend vom korrekten Wert, eben entsprechend der Verteilung, ausgegeben.
Aufgrund der großen Zahl von Pixeln vermute ich aber, dass es letzten Endes statistisch gesehen ziemlich gleichgültig ist ob in 4K mit 8 Bit und danach reduziert oder gleich in 2K mit 10 Bit aufgenommen wird. Interpolationen gibt es ohnehin andauernd im gesamten Prozess.



Gabriel_Natas
Beiträge: 556

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von Gabriel_Natas »

TheBubble hat geschrieben:
Gabriel_Natas hat geschrieben: Diese vier Pixel, vor allem in einem Videobild hängen ja meist voneinander ab. Das heißt also, ich kann diese vier Pixelwerte ohne Probleme verwenden um einen genaueren Wert für einen Pixel anstelle der Vier Pixel zu errechnen.
Probleme dürfte es nur an harten übergängen werden, wo dann aus z.B. zwei mal Schwarz und zwei mal Weiß Grau wird. Aber dieses Problem gibt es auch, wenn man 4 10 Bit Pixel zusammenfasst.

Es gibt echt keinen mathematischen Grund, warum diese Interpolation groß Probleme machen sollte.
Wenn alle vier 8 Bit Pixel gleich sind, dann wuerden sie einfach nur durch den entsprechenden 10 Bit Wert ersetzt werden. Tatsaechlich koennte eine echte 10 Bit Kamera jedoch jedem dieser Pixel einen anderen Wert zuorden, wenn die abgetastete Funktion (d.h. der Verlauf des auf den Sensor projezierten Lichts) kleine Aenderungen aufweist, die bei der 8 Bit Quantisierung nur der gleichen Zahl zugeordnet wurden, aber gross genug sind bei 10 Bit Genauigkeit mit erfasst zu werden.
Ja, aber die maximale Abweichung des 8 Bit Wertes beträgt 2 10 Bit Werte.
Anstatt des 10 Bit Wertes 1021 hat man dann den 8 Bitwert 254,5, gerundet 255, welcher dem 10 Bit Wert 1023 entspricht. Das ist eine Helligkeitsabweichung von unter 0,2%.
Und diese maximale Abweichung tritt auch nur dann auf, wenn wir die vier 8 Bit Pixel, die wir zu einem zusammen fassen, den selben Wert haben und die größte Abweichung haben, als genau zwischen zwei 8 Bit Werten in der MItte liegen. Haben diese vier 8 Bit Pixel leicht unterschiedliche Werte, ist der errechnete 10 Bit Wert genauer, liegen die 8 Bit Pixelwerte näher am 10 Bit, also nicht genau zwischen den beiden 8 Bit Werten, ist der errechnete 10 Bit Wert genauer.

Wenn wir 10 Bit Werte auf 8 Bit Werte übertragen und dann die 8 Bit Werte wieder auf zehn strecken, dann haben wir eine maximale Abweichung vom originalen 10 Bit Wert von 2, um 0,19...%.
Bei einer Normalerverteilung der 10 Bit Werte weichen, nach der Umwandlung zu 8 Bit und zurück zu 10 Bit, 25% der Werte um 0 ab, 50% um 1 und 25% um 2.


So, nimmt man aber durch die Zusammenfassung der benachbarten Pixel einen Auflösungsverlust in kauf, kommt man schon näher an die Werte, die Slashcam berechnet hat, wo 60% um 0 abweichen und 39% um 1 daneben.

Und Slashcam würde auch noch die sehr sehr seltene 3 Werte Abweichung mathematisch loswerden, wenn die Integerwerte normal gerundet würden (also ab 0,5 auf 1 runden und nicht auch auf null).

Das heißt also, durch eine vierfache Auflösungsreduktion bei gleichzeitiger Umwandlung der Werte von 8bit zu 10bit habe ich am Ende eine geringere Werteabweichung, als wenn ich in 8 Bit bleiben würden.

Die Abweichungen die in der 8Bit-4k zu 10 Bit-2K Umwandlung auftreten liegen dann nur im Bereich 0,1-0,2%, und das auch nur in 40% der Fälle, der rest ist statistisch gesehen genau.

Die Abweichungen, wenn man in 8 Bit bleibt liegen bei 75% der Pixel.

Hat man natürlich am Anfang ein 10 Bit 4k Bild und skaliert es auf 10 Bit 2k runter, hat man eine Abweichung von 0% ;), weil dies ja unser Idealbild darstellt.

Das heißt also, durch das downskalieren bei gleichzeitiger Verfeinerung der Werteskala von 8 auf 10 Bit kommt man wesentlich näher an das Ideal als wenn man bei 8 Bit bleibt.
Aber man erreicht es nicht.



TheBubble
Beiträge: 1910

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von TheBubble »

Gabriel_Natas hat geschrieben: Ja, aber die maximale Abweichung des 8 Bit Wertes beträgt 2 10 Bit Werte.
Anstatt des 10 Bit Wertes 1021 hat man dann den 8 Bitwert 254,5, gerundet 255, welcher dem 10 Bit Wert 1023 entspricht. Das ist eine Helligkeitsabweichung von unter 0,2%.
Wenn Dir diese Abweichung egal ist, dann kannst Du gleich bei einem 8 Bit Workflow bleiben.
Gabriel_Natas hat geschrieben: Und diese maximale Abweichung tritt auch nur dann auf, wenn wir die vier 8 Bit Pixel, die wir zu einem zusammen fassen, den selben Wert haben und die größte Abweichung haben, als genau zwischen zwei 8 Bit Werten in der MItte liegen.
Tatsächlich wird der maximale Fehler an Kontrastkanten auftreten, wo dann viel größere Abweichungen drin sind.

Was hier propagiert wird ist nichts anderes als ein Glättungsfilter mit einem 2x2 Box-Kernel. Die entstehenden "10 Bit Werte" sind nur genauere Darstellungen der Filterergebnisse. Nichts dagegen einzuwenden, allerdings ist das eben keine echte Messgenauigkeit. Nebenbei wirst Du dabei auch immer wieder Werte verändern, die trotz 8 Bit Darstellung zufällig exakt waren. Das anschließende Downsampling kannst Du auch gerne weglassen.



Gabriel_Natas
Beiträge: 556

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von Gabriel_Natas »

Die Abweichung ist ja nicht egal, sondern sie ist eben bei einer Umwandlung von 8bit4k auf 10bit2k geringer. Sie ist nicht bei Null, sie ist aber geringer als wenn ich auf 8bit2k gehe.

Fehler an Kontrastkanten treten nicht wegen der 10Bit zu 8 Bit Wandlung auf, sondern durch das Downskalieren. Da ist es egal, ob ich in 16bit oder 4Bit arbeite.

Habe ich eine Schwarz-Weiß Kante wird das Ergebnis beim Downskalieren eine graue Kontur entlang dieser Kante ergeben.
Aber da ist es egal ob 8 oder 10 Bit.
Die größten Feher entstehen nicht bei hohen Kontrasten, sondern wenn die 10Bit Werte exakt in der Mitte der 8Bit werte liegen, also wenn die 10Bit Werte die größte Abweichung von 2 im 10Bit Wertebereich vom korrespondierenden 8Bit Wert haben.

Und nein, ein 8 Bit Wert, der im Downskalierten Bild exakt dem selben 10 Bit Wert wie im Downskalierten 10 Bit Bild entspricht wird nicht verändert, der ist exakt und bleibt gleich.
Und hier geht es ja ums downskalieren.
Das ich keine größere errechnete Bittiefe erreichen kann, wenn ich nicht downskaliere, ist logisch ;)



WoWu
Beiträge: 14819

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von WoWu »

Das ist die klassische Diskussion zwischen Computergrafik und optischer Grafik.
Hier werden Übertragungssysteme mit Erfassungssystemen verglichen.
Solche Behauptungen, in 8 Bit Werten steckt eigentlich die Genauigkeit von 10 Bit werten ist ein klassisches Beispiel dafür.

Bleiben wir bei dem "real world" Beispiel des Schattens auf der weissen Wand.

In einem 8 Bit Signal ist die Ungenauigkeit so gross, dass die Kamera alle Werte, egal ob Schatten oder Wand, auf einen Wert zusammenfasst.
Rechnet man (nach der Theorie, dass alle Werte reproduzierbar sind) nun eine höhere Genauigkeit aus den 8 Bit wieder heraus, wird die gesamte Wand grau, weil im Signal nicht mehr die In Formation steckt, welche Pixels den schatten repräsentieren, denn sie haben alle denselben Wert (weiss).

Es ist theoretisch zwar richtig zu sagen, die Werte sind "lediglich" ungenauer, praktisch im Videoumfeld aber eine wertlose Feststellung, weil (der Schatten) nicht reproduzierbar ist.
8 Bit sind also 8 Bit geblieben und durch eine solche Nachberechnung ist nicht nur der Schatten nicht wieder aufgetaucht sondern auch die restlichen Pixels in ihrer Ursprungsfarbe verändert.

Man darf eben Computergrafik nicht mit Video und den damit verbundenen Reproduktionseigenschaften verwechseln.
Schon eine interessante Sache, denn beim Silberfilm, mit der stochastischen Verteilung der Farbwölkchen war eine Matrizenrechnung ja gar nicht möglich
Das war nicht nur beim Film so, das ist jetzt auch so, denn wenn Werte, die in einem höherwertigen System noch individuell erfassbar waren einem einzigen Wert zugeordnet werden, verlieren sie ihre Individualwerte und auch die Matrixzuordnung.
Bisher konnte mir noch keiner sagen, wie in dem System der Regenerierung die individuelle räumliche Zuordnung der Zwischenwerte reproduziert werden kann. Und genau das ist ja der Unterschied zu Video?Film.
Bubble hat da schon völlig Recht, wenn er schreibt, dass dadurch dass jedes der (vier) Pixels eine individuelle Zuordnung vornimmt, die bei Reduktion auf einen gemeinsamen Wert verloren geht.
Gute Grüße, Wolfgang

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Zuletzt geändert von WoWu am Sa 01 Mär, 2014 13:46, insgesamt 1-mal geändert.



Gabriel_Natas
Beiträge: 556

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von Gabriel_Natas »

WoWu hat geschrieben:Das ist die klassische Diskussion zwischen Computergrafik und optischer Grafik.
Hier werden Übertragungssysteme mit Erfassungssystemen verglichen.
Solche Behauptungen, in 8 Bit Werten steckt eigentlich die Genauigkeit von 10 Bit werten ist ein klassisches Beispiel dafür.

Bleiben wir bei dem "real world" Beispiel des Schattens auf der weissen Wand.

In einem 8 Bit Signal ist die Ungenauigkeit so gross, dass die Kamera alle Werte, egal ob Schatten oder Wand, auf einen Wert zusammenfasst.
Rechnet man (nach der Theorie, dass alle Werte reproduzierbar sind) nun eine höhere Genauigkeit aus den 8 Bit wieder heraus, wird die gesamte Wand grau, weil im Signal nicht mehr die In Formation steckt, welche Pixels den schatten repräsentieren, denn sie haben alle denselben Wert (weiss).
Moment, die Wand wird nicht grau. Nur die Übergangskante wird , wenn sie innerhalb eines 4 Pixelblockes liegt, grau.
Ansonsten haben wir im runterskalierten Bild schwarzen Schatten (da die Vier PixelBlöcke ja schwarz sind, wird der einzelne daraus berechnete Pixel auch schwarz).
Warum sollte die gesamte Wand grau werden, wenn aus Vier Pixeln ein Pixel berechnet wird.
Wenn die gesamte Wand nur aus vier Pixeln bestehen würde, der zu einem zusammengefasst wird, hättest du recht.
Aber wir reden hier ja von einem 4k bild das auf 2k runterskaliert wird.

Wenn wir im 4k Bild eine 100x100 Fläche Schatten und daneben eine 100x100 Fläche Licht haben, dann wird die im 2k Bild, egal ob 8 oder 10 Bit, 25*24 Fläche Schatten, 1*25 Fläche Grau, 25*25 Licht ergeben, wenn der Übergang von Schwarz zu Weiß in einem 4 Pixelblock liegt, der zusammengefasst wird.
Warum sollten alle Flächen Grau werden?
Das wär die dümmste Downscaling-Methode die ich kene, alle Pixel einfach zu mitteln ;).



mediavideo
Beiträge: 212

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von mediavideo »

@rudi
Das eine 4k/UHD 8bit nach 2k/HD "mehr bit" Konvertierung mathematisch und logisch korrekt ist stand doch außer Frage. Und das ergibt auch immer eine "Signalverbesserung" (z.B. zum Graden) in der 2k/HD-Auflösung, aber wie ich geschrieben habe, ist die 10 bit Aussage aufgrund der Rundungsproblematik zweifelhaft (siehe nur "9,2bit" laut Deiner aktuellen statistischen Berechnung).
Der verwendete Algorithmus entspricht dem was ich dazu geschrieben habe, allerdings:

1. Die Überschrift ist falsch bzw. passt nicht zu dem Algorithmus:
Der Algorithmus beschreibt eine Konvertierung von 4k/UHD 4:4:4 8bit nach 2k/HD 4:4:4 10 bit. Das mit 4k/UHD 4:2:0 8bit ist falsch und geht so nicht.

2. Das mit dem nicht runden können ist falsch, das geht natürlich auch mit Ganzzahlarithmetik:
Du musst den zweiten Teil nochmals neu machen, man kann nicht einen Algorithmus nennen und dann einfach irgendwo 1 addieren und dann statistische Aussagen zum reinen Algorithmus machen ...
Bei C/C++ gilt bei integer Zahlen (Ganzzahlen):
95 / 10 = 9 (abgerundet, da keine "Kommazahl")
Aber es gibt auch den modulo Operator "%" für den Divisionsrest und damit kann man dann auch bei Ganzzahlen runden, das ist recht einfach:
a = 95; b = 10;
ergebnis = a / b;
if ( (a % b) >= ( b / 2 ) ) ergebnis++;
oder eleganter und komprimiert:
ergebnis = (a / b) + ( (a % b) / (b / 2) );
Funktioniert nur korrekt bei Divisoren, die bei der Primfaktorzerlegung einen Faktor 2 enthalten, dass ist aber bei Zahlen wie hier verwendet, also "glatte Binärzahlen", immer der Fall.
Braucht halt etwas mehr Rechenleistung, aber ist dafür dann mathematisch korrekt und braucht nicht irgendwo eine dubiose +1 Trickserei.

Ich hoffe, da ist jetzt kein "Tippfehler auf die Schnelle" drin.

Das was Du machst ist soweit korrekt und bringt ein in vielen Fällen besseres Ergebnis und ist damit sehr wohl gerechtfertigt. Die kompetenten Posts anderer mir Digitalgrundwissen zeigen das ja.

Also, lass Dir von WoWu nicht so ein dummes Zeug erzählen (vor Tagen noch: man kann das gar nicht - Dann: das geht, aber bringt nichts ...). Die Logik hinter dem Punkt 1 und 2 sind Basics in der Digitaltechnik und bei Algorithmen. Dass WoWu noch nicht einmal die Basics dazu versteht, hier die Klappe aufreisst, das ist doch einfach nur noch peinlich. Wenn er was davon verstehen würde, dann hätte er sofort die Punkte 1 und 2 angeführt - nein, der schwafelt nur hochtrabende Fachworte, wie übrigens öfters hier, wenn er mal an was neues ran muss, was man nicht googeln oder sich anlesen konnte.
Das peinliche Zitat weiter oben von WoWu sagt dazu alles:
"Für den Videobereich heisst das, dass der neue Messpunkt keinem der zugrundeliegenden Einzelpunkten entspricht.
Aber genau das wäre für Video erforderlich.
Deswegen hatte ich auch gesagt, man darf Computergrafik und Video nicht verwechseln."
Schon der Einwand zeigt, dass WoWu, der Verfechter von Debayering/Demosaicen genau das noch nicht einmal verstanden hat. Dann dürfte WoWu keine Kamera akzeptieren, die Debayering/Demosaicen verwendet bzw. dann sogar noch intern auf HD downsampelt. Da bleibt keine Single-Chip Kamera übrig, die das nicht macht - WoWu, hast Du den blödsinnigen logischen Selbstwiderspruch wenigstens verstanden ??? - Ich glaube nicht ...

Warum ich das in der Praxis nicht für sinnvoll halte hat mehrere praktische Gründe:
1. Es gibt doch schon alle relevanten S35 Kameras mit 10 bit Datenausgabe (Arri Alexa, Sony F5/F55, Canon C500, Panasonic kommt jetzt mit der neuen Varicam 35). MagicLantern holt 14 bit Raw aus der 5D MarkIII raus und preislich bei 1700.- plus 1000.- für die Vollversion Resolve ist die nackte 4k BMCC Videokamera doch schon mit 10 und 12 bit Ausgabe preislich auf Fotoapparatniveau - für was brauche ich diese Konvertierung noch, ausser in seltenen Spezialfällen ?
2. Das Thema kam mit der Panasonic GH4 hoch und ist bei micro4/3 wohl nicht sinnvoll. Siehe Pixelkantenlänge und fehlende Informationen (siehe meine 2 alten Posts).
3. Wo bekommst Du denn die Daten für die Konvertierung her, also 4k 4:4:4 8 bit - Kennst Du einen Fotoapparat der das so aufzeichnet ?
Zuletzt geändert von mediavideo am Sa 01 Mär, 2014 13:55, insgesamt 1-mal geändert.



WoWu
Beiträge: 14819

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von WoWu »

Moment, die Wand wird nicht grau. Nur die Übergangskante wird , wenn sie innerhalb eines 4 Pixelblockes liegt, grau.
Wenn die Zwischenwerte auf 255 gezogen werden, also innerhalb der Zwischenwerte liegen, kann das nachfolgende System gar nicht mehr differenzieren, wo sie ursprünglich gelegen haben.
da die Vier PixelBlöcke ja schwarz sind
Es geht nicht um einen schwarzen Schatten sondern um Nuancen von weiss. Ich hatte das s/w Beispiel nur repräsentativ für abweichende Werte genommen. Es kann gleichwohl auch der Unterschied zwischen Violett und gelb sein. Der Rechner wird bei solchen Unterschieden immer zuviel Blau einrechnen, weil er nach festen Algorithmen arbeitet, anders als Licht.

Also, wenn die Werte so dicht an 255 liegen, dass ein 10 Bit System sie noch differenziert, ein 8 Bit System aber 255 daraus macht, woher weiss die Reproduktion, wo das stattgefunden hat ?

@mediainfo
Das ist doch nichts, als "Pfeifen im Wald", was Du hier ablieferst.
Im Gegensatz zu Deinem Downsampling liegen im De -Bayering alle spatialen Informationen eines auflösenden Sensors vor.
Vielleicht solltest Du Dir De-Bayering mal genauer anschauen.
Und die polemische Einlage trägt auch nicht zur Klärung des Themas bei, ganz im Gegenteil : Verunsachlichung ist ein Zeichen für den Mangel an Argumenten.
Gute Grüße, Wolfgang

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CCD08
Beiträge: 27

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von CCD08 »

Streit um Kaisers Bart:

"Wird benutzt, um auszudrücken, dass sich manchmal um Nebensächlichkeiten oder Definitionen gestritten wird, obwohl das Ziel eigentlich richtig ist, bzw. dann, wenn jemand, um ein Ziel zu sabotieren, solange Luftblasen schlägt, bis alles zerredet ist oder die Bude in rauchenden Trümmern liegt, weil die Sache eskaliert ist. Wird von Egozentrikern und Wichtigtuern gern benutzt."



WoWu
Beiträge: 14819

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von WoWu »

manchmal um Nebensächlichkeiten oder Definitionen gestritten
Na ja, hier geht es darum, ob die Industrie zukünftig überhaupt noch 10 Bit Camcorder herstellen muss oder ob es auch in Zukunft 8 Bit Kameras tun und höhere Qualitäten ohne Unterschied aus 8Bit Signalen einfach errechnet werden.

Also, Nebensächlichkeit, ich weiss nicht.

Die Frage stellt sich ja auch, warum die Industrie überhaupt 10 Bit Recorder hergestellt hat, wenn's gar nicht nötig gewesen wäre.
Die Kamerahersteller müssten dann ja alle ziemlich blöd sein.
Gute Grüße, Wolfgang

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prophet
Beiträge: 23

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von prophet »

domain hat geschrieben:Unter anderem bedingt durch das Shot-Noise-Rauschen nehme ich mal an, dass die abgelieferten Pixelwerte sich in Form einer Normalverteilung um den richtigen Wert verteilen. Egal ob bei 8 oder 10 Bit, immer werden mal die oberen und dann wieder die unteren Werte abweichend vom korrekten Wert, eben entsprechend der Verteilung, ausgegeben.
We have a winner!
Gruß, prophet



WoWu
Beiträge: 14819

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von WoWu »

Das nennt man dann Dither und hat sogar bestimmte Algorithmen, nach denen die Ausgabe erfolgt :-)

Wer das Ganze nochmal in Ruhe nachlesen will und auch mal Ergebnisse sehen möchte, kann sich die Präsentation von Kai Uwe Barthel mal anschauen (Prof. an der TU Berlin):
http://www.f4.fhtw-berlin.de/~barthel/

hier:
http://people.f4.htw-berlin.de/~barthel ... rische.pdf
Gute Grüße, Wolfgang

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prophet
Beiträge: 23

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von prophet »

WoWu hat geschrieben:Das nennt man dann Dither und hat sogar bestimmte Algorithmen, nach denen die Ausgabe erfolgt :-)
Nein, ist es nicht. Du verwirrst hier alle, indem du die ganzen Begrifflichkeiten durcheinander bringst. Dithering ist das Gegenstück zu dem Prozess, der hier diskutiert wird!

Wenn du mir nicht glaubst, dann bitte http://de.wikipedia.org/wiki/Dithering_ ... beitung%29:
Wikipedia hat geschrieben: ...Auftretende Rundungsfehler oder Überläufe werden dabei auf benachbarte Bildpunkte übertragen, um eine feinere Darstellung zu erreichen.
Wir reden hier von der Rücktransformation ;-) Siehe anderen Thread.
Gruß, prophet



WoWu
Beiträge: 14819

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von WoWu »

Das bezog sich auf Domains Zitat. Und das, was er beschreibt ist Dither. Eine Pixelstruktur, die zwischen fehlenden Auflösungswerten eingesetzt wird.
Nun bringst Du aber alles durcheinander.
Gute Grüße, Wolfgang

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TheBubble
Beiträge: 1910

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von TheBubble »

Gabriel_Natas hat geschrieben:Fehler an Kontrastkanten treten nicht wegen der 10Bit zu 8 Bit Wandlung auf, sondern durch das Downskalieren. Da ist es egal, ob ich in 16bit oder 4Bit arbeite.
Das ganze hier besprochene Verfahren ist eine recht simple Downscaling-Variante. In der Praxis würde man aus diversen Gründen häufig anders vorgehen.
Gabriel_Natas hat geschrieben:Und nein, ein 8 Bit Wert, der im Downskalierten Bild exakt dem selben 10 Bit Wert wie im Downskalierten 10 Bit Bild entspricht wird nicht verändert, der ist exakt und bleibt gleich.
Und hier geht es ja ums downskalieren.
Das ich keine größere errechnete Bittiefe erreichen kann, wenn ich nicht downskaliere, ist logisch ;)
Nicht nachvollziehbar.

Letztlich führt das hier aber eh zu nichts mehr.



Tiefflieger
Beiträge: 3221

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von Tiefflieger »

Bei einer Videoaufnahme möchte ich ganz klar 10 bit Werte-Skalierung für den grösseren rec.2020 UHD Farbraum haben (rec.709 für HD, sRBG).
Exakte Kalibrierung bei Darstellung vorausgesetzt, sind Fehler dann im nicht sichtbaren Bereich.

Denn exakte 10 bit Werte auf RGB Pixelebene ist mit Debayering nicht machbar, es gibt nicht sichtbare Fehler.



prophet
Beiträge: 23

Re: Grundlagen: 4K 4:2:0 8 Bit = 2K 4:4:4 10 Bit?

Beitrag von prophet »

WoWu hat geschrieben:Das bezog sich auf Domains Zitat. Und das, was er beschreibt ist Dither. Eine Pixelstruktur, die zwischen fehlenden Auflösungswerten eingesetzt wird.
Nun bringst Du aber alles durcheinander.
Der Bezug der Aussage war mir schon klar. Ich muss Dir aber wieder widersprechen :)
Es ging im zitierten Text ums Rauschen, kein Dithering. Beide sind zwar verwandt, stehen aber für verschiedene Konzepte - und sollten aus dem Grund auseinander gehalten werden. Einfach ausgedrückt: "Rauschen" existiert in der analogen Welt und entsteht bei Messung einer analogen Größe (z.B. Pixelladung), "Dithering" ist ein Rauschprozess in der digitalen Domäne. Das erste ist vor der Quantisierung eines analogen Signals, das zweite danach. Zumindest ist es meine Begriffswelt, aber vielleicht liege hier falsch.

IMO, hat Domain in seinem Kommentar das Rauschen jedes einzelnen Pixels gemeint - der Punkt, auf den ich mit meinen vorherigen Kommentaren hinauswollte.
Gruß, prophet



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