Was ist der Unterschied zwischen Farbraum und Bittiefe?

Ich weiß, dass es verschiedene Arten von Farbräumen gibt und dass sRGB am häufigsten vorkommt. Die Bittiefe definiert die Variationen eines Farbkanals, wobei (glaube ich) 8 und / oder 16 Bits am häufigsten sind.

Einige könnten sagen, dass sie völlig anders sind und andere könnten sagen, dass sie sich nicht gegenseitig ausschließen.

Kann jemand die Unterschiede erklären? Wenn Sie die Bittiefe erhöhen, warum vergrößern Sie dann nicht auch den Farbraum?

Grundsätzlich sind Lebensfarbeninformationen wie eine Schachtel Pralinenstifte ...

Farbinformationen werden in ganzen Zahlen und nicht in analogen Werten gespeichert. Es gibt eine diskrete, abzählbare Anzahl von Farben, die bei einer bestimmten Bittiefe beschrieben werden können.

Stellen Sie sich den Farbraum wie eine Schachtel Buntstifte in verschiedenen Farben vor. Ein Farbraum beschreibt die verfügbaren Arten von Buntstiften. Denken Sie an "kräftige Farben", "Pastelle" oder ähnliches. Die Bittiefe beschreibt die Anzahl der Buntstifte.

Hier ist ein Beispiel für zwei verschiedene Buntstiftschachteln:

Beide haben 16 Buntstifte, aber unterschiedliche Farbpaletten - insbesondere reicht das untere Set nicht so weit nach Rot. Da es 16 Farben gibt, sind das 4 Bit Farbtiefe (2⁴ = 16).

Ein "realer" Farbraum ist dreidimensional und hat nur eine Dimension. (Das ist der Farbton.) Aber es ist ein Modell, von dem ich hoffe, dass es hilft. Die obere "Box" hat einen Farbraum, der an den äußersten Rändern eine sehr rote "Grundfarbe" aufweist, während die untere nur bis zu einem rötlichen Orange reicht.

Der obere Farbraum scheint zunächst offensichtlich überlegen zu sein (mit dem unteren kann man nicht einmal etwas Rotes zeichnen!), Aber bedenken Sie die Situation, in der Sie eine Landschaft mit Himmel, Wasser und Bäumen zeichnen. Der untere Satz von Buntstiften ist möglicherweise sogar viel besser, da er mehr "Bits" verwendet, um subtile Grün- und Blautöne darzustellen.

Wenn, stattdessen. Wenn Sie die gleichen Farbbereiche in Sets mit 64 Buntstiften gekauft haben, befinden sich drei neue Buntstifte zwischen den vorhandenen. Das untere Set hätte noch mehr Optionen für Blau und Grün, aber aufgrund der neuen Buntstifte hätte das obere Set auch viel mehr Auswahlmöglichkeiten in diesem Bereich als das 16-Buntstift-Set. Da auch der obere Satz rot bedeckt, mit genug Zeichenstiften es wäre objektiv besser sein.

Man kann sich jedoch eine Wahl vorstellen, bei der beiden Boxen etwas fehlt. Es ist ein wenig einfacher zu erkennen, wie das sein könnte, wenn wir zu einer etwas komplizierteren Visualisierung übergehen, hier von echtem sRGB (als Fernseher oder Computermonitor auf Verbraucherebene) und Standard "SWOP" CMYK-Tinten:

Hier sehen Sie, dass der CMYK-SWOP-Farbraum¹ weiter in die Bereiche Cyans, Magenta / Purpur und Gelb hineinreicht, als dies in sRGB dargestellt werden kann. Selbst wenn wir mehr Bits hinzufügen, um zwischen den verfügbaren unterscheidbaren Schritten zu unterscheiden, bestimmt der Farbraum den Rand . Ebenso hilft das Hinzufügen weiterer Bits zur CMYK-Darstellung nicht, die von sRGB abgedeckten entfernten Ecken von Rot, Grün und Blau darzustellen. (Und natürlich sind sie alle eine schlechte Darstellung der Bandbreite des menschlichen Sehens, dargestellt durch die äußere Form. Wenn Sie sich jemals gefragt haben, warum es so schwierig ist, digitale Fotos von Grün zu bekommen, um natürlich auszusehen, dann ist dies ein Teil der Geschichte !)

In der Praxis stehen Ihnen bei 24-Bit-Farbräumen (8 Bit pro Kanal) 16,8 Millionen Farben zur Verfügung. Das ist im Allgemeinen in Ordnung und wird allgemein als mehr Farben angesehen, als das menschliche Auge unterscheiden kann. Wenn Ihr Farbraum jedoch sehr groß ist, können Sie denselben Effekt erzielen, wenn der Sprung zwischen den einzelnen Farben in der Mitte größer als ideal ist und dies möglich ist dass es in bestimmten Situationen auffallen würde.

In der Tat haben einige "breite" Farbräume wie ProPhoto RGB Farben am Rand des Raums, die nichts im menschlichen Sehen entsprechen . Es sind theoretische "imaginäre" Farben, die den Farbraum zum Arbeiten bringen, aber effektiv verschwendet werden. Wenn Sie einen solchen Farbraum mit einer kleinen Anzahl von Buntstiften (geringe Bittiefe) verwenden, haben Sie weniger Optionen für tatsächlich nützliche Farben, wodurch die Möglichkeit, dass Schritte fehlen, ein größeres Problem darstellt. So etwas wie sRGB kann nicht weit entfernte Cyans und Greens abdecken (genau wie das fehlende Rot im obigen Set), aber im Gegenzug erhalten Sie eine feinere Unterscheidung zwischen Blues und Purpur und Rot (und den Greens, die es gibt).

Wenn wir auf 16 Bit pro Kanal (insgesamt 48 Bit) gehen, gibt es 16,8 Millionen zusätzliche "Buntstifte" zwischen jedem Farbton in der Box. Dies ist ein völliger Overkill (sowohl in Bezug auf das, was der Mensch möglicherweise unterscheiden könnte, als auch in Bezug auf die praktische Realität, wenn er diesen subtilen Unterschied auf dem Bildschirm oder in gedruckter Form darstellt), aber dieser Overkill garantiert, dass immer glatte Übergänge verfügbar sind. Und da im wirklichen Leben, Farbräume sind alle in etwa Abdeckung menschlicher Vision entworfen (auch wenn sie nicht genau in eine Reihe aufstellen), die Sie nicht wirklich in die Situation kommen, wo Ihr Farbraum kein Rot hat überhaupt - es ist nur Macht sei nicht ganz so tief oder subtil.

Die andere erwägenswerte Sache ist, dass sRGB nicht nur so konzipiert ist, dass es gut zum menschlichen Sehen passt, sondern auch auf den meisten Consumer-Geräten darstellbar ist. Dies ist die Standardannahme für nicht farbverwaltete Displays. Das heißt, wenn Sie sRGB verwenden, haben Sie die beste Chance, dass die von Ihnen verwendeten "Buntstifte" den von den Geräten Ihrer Zuschauer verwendeten "Buntstiften" entsprechen. Aus diesem Grund empfehle ich das Speichern in sRGB, um das Web anzuzeigen und zu teilen- Höhere Bittiefen sind keine weit verbreitete Option, und die meisten Leute haben nicht die Möglichkeit, gegen einen Satz Buntstifte Ihrer Wahl auszutauschen. (Hoffentlich wird dies in Zukunft besser, aber für Hersteller von Consumer-Geräten scheint es keine Priorität zu sein. Wenn sich der 3D- und 4K-Rahmen beruhigt, können wir möglicherweise mehr Gewicht auf "tiefe Farbe" legen - höhere Bittiefen für Verbraucherdisplays.

(Ein Teil davon stammt aus meiner früheren Antwort auf Wie überlappen sich Farbräume wie sRGB und Adobe RGB? )

Fußnote

_{1. Dieses spezielle Beispiel ist eine Übervereinfachung und beschönigt die reale Darstellung von CMYK-Bildern und einigen anderen Details. Es ist jedoch ein gutes Beispiel, da die meisten echten Farbräume so gestaltet sind, dass sie sich so weit wie möglich überlappen, und dies zeigt, dass etwas nicht übereinstimmt.}

Bittiefe und Farbraum sind nicht dasselbe und schließen sich auch nicht gegenseitig aus. Es sind verschiedene Dinge, die gleichzeitig existieren. Zur besonders einfachen Erklärung:

• Die Bittiefe bestimmt die Feinheit, mit der jede einzelne Farbe bewertet wird .

• Der Farbraum bestimmt, in welchem Umfang diese Farben verteilt werden .

Nehmen wir sRGB und AdobeRGB als Farbräume und 8-Bit- und 16-Bit-Farben als Bittiefen. sRGB ist ein kleiner Farbraum, während AdobeRGB ein größerer Farbraum ist. Farbräume oder Farbskalen definieren, inwieweit Farben aus dem gesamten Farbbereich ausgewählt werden können, der für das menschliche Auge sichtbar ist (oder sogar darüber hinaus, wie dies bei ProPhotoRGB oder einigen der neuen 10-Bit-Modelle der Fall wäre) TV-Gamuts). Wenn Sie die Farbe "Pure Green" in sRGB abbilden, ist diese Farbe in der Tat ein numerisch reines Grün ... es ist jedoch möglicherweise nicht das wahrnehmungsgenaueste reine Grün. Die gleiche Farbe zuordnen "Pure Green" ist AdobeRGB, und numerisch gesehen ist es dasselbe Grün, wenn es in AdobeRGB abgebildet wird, ist es gesättigter und lebendiger. (Ordnen Sie außerdem in ProPhotoRGB dieselbe Farbe zu, und die Farbsättigung ist dann noch höher als in AdobeRGB ... vorausgesetzt natürlich,

Nun kommt die Bittiefe. Der Unterschied zwischen Pure Green in 8-Bit und 16-Bit beträgt 0,255,0 gegenüber 0,65535,0. Eine viel größere Zahl wird verwendet, um den grünen Kanal in reinem Grün in 16-Bit-Farbe als in 8-Bit-Farbe zu beschreiben. Wenn wir ein Medium Green einbringenDer Wert in 8-Bit könnte 0,128,0 sein, während er in 16-Bit 0,32768,0 wäre. Gleiche Farbe, aber die Anzahl der unterschiedlichen Farben in der Klasse zwischen Pure Green und Medium Green ist mit 16-Bit-Farben viel höher. Sie haben insgesamt 32768 verschiedene Grünstufen zwischen diesen beiden Stufen in 16-Bit, verglichen mit lediglich 128 verschiedenen Stufen in 8-Bit. Nehmen wir an, wir wählen ein helleres Grün, z. B. 0,192,0 in 8-Bit. Dieselbe Farbe wäre 0,49152,0 in 16-Bit. Diese Zunahme möglicher eindeutiger Farben führt dazu, dass Farbverläufe bei Verwendung einer höheren Bittiefe erheblich weicher und feiner abgegrenzt werden.

Wie arbeiten Bittiefen und Farbräume zusammen? Bei einem engen Farbraum wie sRGB haben Sie einen eingeschränkten Farbraum, in dem Sie verschiedene Farben abbilden können. Mit sRGB und 8-Bit-Farben wird jede Farbe auf allen Grüns von 0,1,0 bis 0,128,0 bis 0,255,0 eindeutig sein. Was passiert, wenn Sie ein 16-Bit-Image im sRGB-Bereich haben? In Zahlen ausgedrückt kann Ihr Bild über 280 Billionen verschiedene Farben darstellen (16 + 16 + 16 Bits sind insgesamt 48 Bits, 2 ^ 48 sind 281,5 Billionen). Wahrscheinlich ... Wenn numerische RGB-Werte auf Farben mit eingeschränktem Farbumfang abgebildet werden, wird eine signifikante Menge dieser 280 Billionen Farben auf genau dieselbe "Farbkoordinate" im Farbraum abgebildet. Ihre Bilddatei enthält immer noch Farbdaten mit voller Genauigkeit, wenn sie jedoch auf dem Bildschirm gerendert (oder zum Drucken gerendert) werden.

Wenn wir auf AdobeRGB umsteigen, vergrößert sich die Farbskala, es ist ein größerer Farbraum und kann daher eine größere Anzahl unterschiedlicher Farbzuordnungen umfassen. Mit einer 8-Bit-Farbtiefe werden Sie dieser größeren Farbskala effektiv nur spärlich zugeordnet. Technisch gesehen kann die Farbskala mehr Farben beschreiben, als Sie mit Ihrer Bittiefe referenzieren können. Ihre einschränkenden Faktoren sind jetzt vertauscht ... anstatt dass die Farbskala einschränkend ist, ist die Bittiefe einschränkend. Wenn wir 16-Bit-Farben im AdobeRGB-Farbraum verwenden, haben unsere 280 Billionen potenziellen Farben mehr Platz, um auf bestimmte Farben zu verweisen. Es ist wahrscheinlich, dass im AdobeRGB-Raum immer noch mehrere Farben denselben tatsächlichen Koordinaten zugeordnet werden. In diesem größeren Raum kommt es jedoch zu weitaus weniger Kollisionen als bei sRGB.

Während also Farbraum / Farbskala und Bittiefe unterschiedliche Dinge sind, hängen sie miteinander zusammen. Sie müssen keine größere Farbskala verwenden, wenn Sie eine höhere Bittiefe zum Speichern Ihrer Bilddaten verwenden. Es wird jedoch empfohlen, diese höhere Bittiefe optimal zu nutzen. Wenn Sie dagegen Bilder mit einer geringeren Bittiefe speichern, ist es oft weniger sinnvoll, diese Bilder mit mehr als sRGB zu rendern.

Um die Farbinformationen mit hoher Bittiefe in einer Bilddatei voll auszunutzen, sind größere Farbskalen und gleichzeitig bessere Bildschirme, die diese Farbskalen tatsächlich anzeigen können, wertvoll. Um 10-, 12- und 16-Bit-Farben auf Fernsehgeräten oder Computerbildschirmen wiederzugeben, sind häufig Farbräume erforderlich, die größer als AdobeRGB und sogar größer als ProPhotoRGB sind, um die visuelle Wahrnehmung des Menschen voll auszunutzen. Unsere Augen sind erstaunliche Geräte und verfügen über einen unglaublichen Dynamikbereich und eine extrem breite Farbempfindlichkeit. Moderne 10-Bit-Bildschirme mit 12-, 14- und 16-Bit-Hardware-LUTs (3D Color Look Up Tables) können 1,07 Milliarden gleichzeitige Farben anzeigen, ausgewählt aus insgesamt 68,7 Milliarden (12-Bit), 4,4 Billionen (14-Bit) oder 281,5 Billionen (16-Bit) Farben, die von der LUT sehr genau beschrieben werden.

Das sind unabhängige Dinge. Der Farbraum repräsentiert alle möglichen Farben und ist ein zusammenhängender Raum. Digitale Geräte erfordern eine Diskretisierung des Raums. Dies bedeutet, dass die einzelnen Schritte Farben darstellen können, die sich innerhalb des Farbraums befinden.

Hier ist eine einfache Analogie: Sache über die Höhe zwischen zwei Etagen als Farbraum. Das ist der Raum zwischen den Etagen. Wie viele Stufen benötigen Sie, um eine Treppe vom unteren zum oberen Stockwerk zu bauen? Die Antwort hängt von der Größe der Stufe ab. Das ist die Bittiefe.

Wenn Sie nun über Bittiefen sprechen, die in Dateiformaten verwendet werden, ist die Situation komplexer, da nicht alle Schritte die Größe haben, die darin besteht, dass die Bittiefe im linearen Sinne nicht gleichmäßig verteilt ist. Manchmal folgen die Schritte einer präzeptuellen Kurve, einer Gammakurve oder einer logarithmischen Kurve.

Wenn Sie die Bittiefe erhöhen, erhalten Sie im Allgemeinen mehr Abstufung innerhalb eines Farbraums, aber seine Grenzen bleiben gleich. Es gibt jedoch HDR-Dateiformate, die Gleitkomma- oder Festkommawerte verwenden, die sogar negativ sein können, um Farben außerhalb des speziellen Farbraums darzustellen.

Versuchen wir ein einfaches Beispiel. Nehmen wir an, wir haben einen Farbraum namens "Regenbogen". Es enthält die Farben eines Regenbogens, besteht also aus Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett. Der Farbraum beschreibt eine Reihe von Farben, die von der Farbskala abgedeckt werden.

Die Bittiefe andererseits definiert, wie viele verschiedene Farben wir in diesem Raum erzeugen können. Wenn wir nur ein paar Bits hätten, könnten wir nur die Grundfarben des Regenbogens darstellen, aber wenn wir ein paar Bits hätten, könnten wir dunkle Rottöne und helle Rottöne und mittlere Rottöne usw. machen. Mit mehr Bits, Wir können mehr eindeutige Werte definieren und haben so mehr Farben, aber es sind immer noch alle Schattierungen von Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett.

Dies ist der Grund, warum es tatsächlich möglich ist, dass eine höhere Bittiefe einen kleineren Farbbereich darstellt. Sie erhalten einfach viel mehr Präzision in den abgedeckten Farben.

Technischer definiert die Bitrate die Granularität der Farben innerhalb des Farbraums und der Farbraum definiert die Min- und Max-Werte der Farbe (und möglicherweise auch einige andere Dinge, je nach Raum), aber Sie können eine beliebige Anzahl von haben Schritte zwischen diesen Werten.

Mit den zusätzlichen Bits können Sie den abgedeckten Farbraum erweitern, die Farben im Farbraum genauer steuern oder eine Kombination aus beiden durchführen.

Eine einfache Möglichkeit, über solche Dinge nachzudenken, besteht darin, dass Farbräume Container sind. Sie enthalten die Farbwerte des Farbraums, für den sie erstellt wurden. Wenn es sich um RGB-Farbräume handelt, sind die Werte in jedem Kanal RGB-0-255. Wenn CMYK 0-100 Werte.

Diese Werte ändern sich nicht, wenn sich die Lautstärke des Farbraums ändert. Was die Lautstärke eines Farbraums ändert, sind die CIEXYZ-Werte, die diesen Raum definieren. Ein größerer Volumenfarbraum kann im Allgemeinen Farben enthalten, die gesättigter sind. Ein Beispiel dafür ist sRGB (kleiner Farbraum nach Volumen) und ProPhoto (großer Farbraum nach Volumen). Das Öffnen eines sRGB-Bildes in Photoshop führt zu einem erwarteten Ergebnis. Durch das Zuweisen des ProPhoto ICC-Profils wird jedoch die Bildfarbe drastisch geändert und die Bildsättigung erhöht, die RGB-Werte wurden jedoch nicht geändert. Nur ihre Beziehung zu CIELab. Die CIEXYZ-Werte, die das Volumen des Farbraums definieren, werden in CIELab und anschließend in den Zielraum konvertiert.

Die Bittiefe ist die Menge an Farbinformationen, die in einem Pixel verfügbar sind. Das ist sehr gut erklärt hierHöhere Bittiefen für Fotografie und digitale Bilder ermöglichen mehr Bildinformationen in jedem Pixel. Diese höhere Bittiefe bietet eine bessere Einstellbarkeit beim Öffnen von Schatten oder beim Wiederherstellen von Hervorhebungsdetails. Denken Sie daran, dass die gerenderte Pixelbittiefe nicht die erfasste Bittiefe ist. Denken Sie daran, dass einmal verkleinerte Bits oder Farbräume nicht mehr erweitert werden können. Das Aufnehmen eines 8-Bit-Bildes auf 16 Bit erzeugt nicht mehr Bits pro Pixel, sondern verdoppelt einfach die Bits im 8-Bit-Pixel. Gleiches gilt für Farbräume. Wenn das Bild in sRGB gerendert wurde und Sie nun alle diese hellen Farben aus dem Ursprungsbild auf Ihrem Drucker mit großem Farbumfang drucken möchten, sind diese Farben in diesem sRGB-Bild leider nicht mehr vorhanden. Beginnen Sie von vorne und rendern Sie diese Pixel in den größeren Farbraum.