Lexikon

Farbraum, Farbtiefe, Subsampling

Als Farbraum wird die Kodierung der Farben bezeichnet. Es gibt einen RGB-, YUV-, YCrCb- und einen YIQ-Farbraum. Am gebräuchlichsten sind RGB und YUV. Die Grafikkarten im Computer arbeiten im RGB-Farbraum. R, G und B stehen für die 3 Farbkanäle rot, grün und blau. Dabei wird jeder Farbkanal durch ein Byte repräsentiert (256 Abstufungen je Farbe). Man spricht von einer Farbtiefe von 24bit, womit sich etwa 16,7 Millionen verschiedene Farben darstellen lassen. Bei 32bit Farbtiefe kommt lediglich ein zusätzliches Byte für den Alphakanal dazu (RGBA oder ARGB), keine weiteren Farben. Der Alphakanal gibt an, wie durchsichtig der entsprechende Pixel ist. Beim YUV-Farbraum steht Y für die Luminanz, also die Helligkeitsinformation, U und V sind die beiden Farbdifferenzkanäle. Auch hier wird jeder Kanal durch jeweils ein Byte repräsentiert.

Da unser Auge eine weniger empfindliche Farb- als Helligkeitsempfindung hat, kann man für die Farbe die Auflösung herunterschrauben. Dazu eignet sich zum Beispiel der YUV-Farbraum, welcher bei Digitalvideos üblicherweise verwendet wird. Wie weit die Farbauflösung verringert wird, ist allerdings nicht einheitlich. Man gibt ein Verhältnis A:B:C an. Betrachten wir dazu einen 4 x 2 Pixel großen Bildausschnitt. A steht für den Helligkeitsanteil (s/w-Bild) und ist immer 4 (unser betrachteter Bildausschnitt ist 4 Pixel breit). Jedes Pixel wird mit einem Byte für den Helligkeitsanteil repräsentiert, damit sind 256 Helligkeitsabstufungen möglich. B gibt die Anzahl Farbwerte für die 4 Pixel in der oberen Zeile an. Zu jedem dieser Farbwerte gehören beide Farbdifferenzsignale, die jeweils mit einem Byte repräsentiert werden. Sind also A und B beide 4, so wird jedes einzelne Pixel in der oberen Zeile mit jeweils 3 Byte für Helligkeit, Farbdifferenzsignal 1 und Farbdifferenzsignal 2 repräsentiert. Der Wert C gibt die Anzahl der Farbwerte für die 4 Pixel der unteren Zeile an.

4:4:4
Bei einem 4:4:4-Sampling (A = 4 Pixel Breite, B = 4 Farbwerte in der oberen Zeile, C = 4 Farbwerte in der unteren Zeile) hat jeder Helligkeitswert auch einen Farbwert. Jedes Pixel wird durch 3 Byte repräsentiert (entspricht 24 Byte für die 8 Pixel). Es wird nur bei den professionellsten Verfahren wie z.B. D1 eingesetzt.
4:2:2
Bei einem 4:2:2-Subsampling (A = 4 Pixel Breite, B = 2 Farbwerte in der oberen Zeile, C = 2 Farbwerte in der unteren Zeile) gibt es nur zwei Farbwerte für je zwei Pixel in jeder Zeile. Es wird also die Farbauflösung horizontal halbiert. Es wird bei vielen hochprofessionellen Videogeräten und beim System Digital Beta genutzt. Dieses Verfahren entspricht der Norm CCIR-601. Die Datenrate von unkomprimiertem Material fällt dabei schon auf 2/3 (8 Byte für die Helligkeitswerte + 8 Byte für insgesamt 4 Farbwerte = 16 Byte für alle 8 Pixel).
4:2:0
Bei 4:2:0-Subsampling (A = 4 Pixel Breite, B = 2 Farbwerte in der oberen Zeile, C = 0 Farbwerte in der unteren Zeile) wird die Farbauflösung horizontal und vertikal halbiert. Es kommt bei PAL-DV zum Einsatz. Die Datenrate verringert sich hierbei auf die Hälfte (8 Byte für die Helligkeitswerte + 4 Byte für insgesamt 2 Farbwerte = 12 Byte für alle 8 Pixel).
4:1:1
Beim 4:1:1 Subsampling (A = 4 Pixel Breite, B = 1 Farbwert in der oberen Zeile, C = 1 Farbwert in der unteren Zeile) wird die Farbauflösung horizontal geviertelt. Es kommt bei NTSC-DV zum Einsatz. Die Datenrate verringert sich auch hierbei auf die Hälfte (8 Byte für die Helligkeitswerte + 4 Byte für insgesamt 2 Farbwerte = 12 Byte für alle 8 Pixel).

Wenn ein Pixel keinen eigenen Farbwert hat, bedeutet das natürlich nicht, dass dieser nur in s/w dargestellt wird. Vielmehr werden die Farbwerte der umliegenden Pixel für die Farbe des aktuellen Pixels herangezogen - es wird interpoliert.

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