Multimediatechnik / Video

Transkript

1 Multimediatechnik / Video Video-Farben Pixel, Farben, RGB/YUV Helligkeits- und Farb-Pixel s/w-pixel: Wert = Helligkeit Beispiel 8 Bit/Pixel = 256 Stufen 0=schwarz, 255=weiß (Video: häufig nur ) Farbe: Mischung aus 3 Farben, z.b. RGB Beispiel 3x8 = 24 Bit/Pixel, RGB (0,255,0) = Grün

2 Farbe = Lichtwelle Licht = Elektromagnetische Welle Sichtbares Farbspektrum: Wellenlänge nm Wahrnehmung von ca. 16 Mio verschiedenen Farben Quelle: [EGBECK] Farbmischung Mischung aus Grundfarben Licht/Video: additive Farbmischung (Summe= Weiss ) Rot, Grün, Blau (RGB) Drucktechnik: subtraktive Farbmischung (Summe= Schwarz ) Cyan, Magenta, Yellow (CMY), Key (schwarz) -> CMYK

3 RGB Farbräume CMY Alle Farbvektoren haben die gleiche Farbart, nur verschiedene Helligkeiten -> Darstellung bei gleicher Farbart als Dreieck möglich (2D statt 3D) Spektralfarben aus RGB mischbar? Messung: Vergleich mit Referenzfarbe, Nachmischung aus RGB Nicht alle Spektralfarben durch RGB darstellbar! ( Negative Rotwerte notwendig)

4 XYZ-Farbmodell Empirisch gemessene Farbmischung aus R,G,B Farbeindrücke im Auge = Farbvalenzen Mischen von RGB ergibt nicht alle Spektralfarben! (Negatives R) RGB > XYZ Normierung x,y,z, um positive Zahlen und Dreieck zu erhalten y = Luminanz / Helligkeit RGB XYZ CIE-Farbmodelle / Gamut Darstellbare Farben (Palette) Primärvalenzen R, G, B ergeben Dreieck im Farbdiagramm Weißpunkt D: Mischung je nach Lage von R, G, B srgb Adobe RGB

5 Wie entsteht Weiß? Gleiche Anteile von R,G,B Mischung abhängig von Primärfarben R,G,B Weißes Licht: Spektrum aller Wellenlängen, nicht nur R,G,B Spektrum / Normlicht Spektrale Verteilung von weißem Licht Kerze/Glühlampe A, Tageslicht D65 ( = 6500K )

6 Farbtemperatur Farbtemperatur: wie erscheint ein idealer schwarzer Körper bei der genannten Temperatur? Bis 2000 K: Infrarot, danach glühen Tageslicht: 6500K (Weisspunkt D65 ) Glühlampe: 3000K Farbtiefe Anzahl der Farbstufen, Digital in Bit (Quantisierung) Helligkeit verläuft nichtlinear (Gamma-Faktor)

7 Helligkeit / Gamma-Faktor Helligkeitsverlauf nichtlinear Niedrigster/höchster Wert bleiben, Zwischenwerte werden angepasst A = E γ, Bereich 0,8 2,5 γ = 1 -> A = E γ > 1 -> bild dunkler γ < 1 -> bild heller Bildschirme: γ = 1,8 2,2 Gamma-Korrektur Jeder Farbkanal wird korrigiert: R R = R γ, Helligkeit des mittleren Wertes: 71% (0,5 0,5 ) 50% 25% (0,5 2,0 )

8 Video - Farbe Farbraum (RGB, YUV) 1 Komponente: s/w, 3 Komponenten: Farbmischung Farbtiefe Wieviele Farbstufen (bits / Stufen) 1 Bit = 2 Farben (Fax) 8 Bit = 256 Farben 16 Bit = Bit (32 Stufen) je Farbkanal 8-Bit-basiert: 24 Bit RGB = 3x8 Bit = = 16 Mio. Farben ( RGB True Color ) 32 Bit RGB = RGB Bit ungenutzt (Computer-optimiert) 32 Bit RGBA = RGB 24 + Alphakanal (Transparenz) 10 Bit pro Kanal bei HQ-Bildverarbeitung / Studio (noch selten) RGB-Farben 24 Bit-Farbtabelle 3 x 8 Bit

9 RGB RotRot-Grü Grün-Blau, RGB additive Farbmischung, (1,1,1)=weiß (1,1,1)=weiß rot grün blau YUV - Farbformat Y Grauwert (Helligkeit) und 2 Farbdifferenzen (U, V) Farbfernsehen kompatibel zu SW-Fernsehen Haupt-Information im Helligkeitssignal (Y) Luminanz Y = Mittlere Helligkeit der Farbwerte U V

10 Y YUV - Farbformat Auge ist für Farbe weniger empfindlich als für Helligkeit U, V kann verkleinert werden mit geringem Verlust hohe Datenreduktion Farbfernsehen: kompatibel zu SW-Fernsehen Grundlage aller Digitalen Videostandards U V YUV-Formate / Abtastung 4:4:4 HQ 4:2:2 TV/Studio 4:2:0 DVD/Home 4:1:0 DV (NTSC) Y U V

11 YUV Subsampling YUV RGB Umwandlung R, G, B seien Werte zwischen 0 und 1 Y = R G B U = Cb = 0.564(B Y) V = Cr = 0.713(R Y) (deshalb auch manchmal YCbCr) Beispiel: Weiss RGB (255,255,255) YUV (255,0,0): RGB (1,1,1) YUV (1,0,0): Y = 1 = U, V = 0

12 Farbformate / Farbräume Nutzung verschiedene Farbdarstellungen, die an die jeweilige Anwendung angepasst sind (Beispiel: Rot-Grün-Blau, RGB) Jeweils Spezifikation von 3 Zahlenwerten, z.b. (0, 0, 255) Farbformate sind äquivalent und können ineinander umgerechnet werden YUV : z.b. für Farbfernsehen, JPEG / Video-Codierung RGB / YUV: Additive Mischung (Summe=Weiss) -> Videotechnik CMYK: Subtraktive Mischung (Summe=Schwarz) -> Drucktechnik Digitale Video-Kennwerte Pixelauflösung (z.b. 2 MPixel = 1920x1080) Subjektive Qualität abhängig vom Betrachtungsabstand, Präsentationsgröße, Beleuchtung, Art des Displays/Ausdrucks, Farbformat (RGB, YUV, Abtastung 4:2:2, ) Farbauflösung (Farbdynamik, Kontrast), z.b. 8 bit pro RGB-Farbe Zeitauflösung (Bildrate, Bilder/Sekunde, Frames/Second, fps) Bildstruktur (Interlaced / Progressiv) Beispiel: 1920x1080p25, 8 Bit YUV 4:2:2