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Tutorial: 8-Bit
/ 16 Bit Thomas
Gade / Juli 2005
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Theorie I:
Scanner und Digitalkameras können Helligkeiten nicht stufenlos
erfassen. Man fotografiert einen Verlauf von Schwarz nach Weiss:
Der Helligkeitsverlauf kann in zwei Stufen geteilt sein.
Das ist nur bedingt sinnvoll, beispielsweise beim Digitalisieren
von Texten oder im künstlerischen Sektor.
Mit vier Stufen wird die Differenzierung feiner:
Mit 32 gleichmäßig verteilten Stufen ist der Helligkeitsverlauf
bereits in kleine Stufen unterteilt.
Bei 256 Stufen fließen die Tonwerte für unsere
Augen stufenlos ineinander über:
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Theorie II:
Bilddateien mit möglichst natürlich wirkenden Tonwertübergängen,
sollten feine Abstufung ohne sichtbare Stufen (Tonwertsprünge)
der Helligkeiten beinhalten.
Es gibt 8 Bit oder 16 Bit Dateien.
Das sind Angaben für einen Farbkanal oder für Schwarzweissbilder.
Farbaufnahmen haben drei Kanäle: Rot, Grün und Blau.
Daher entsprechen 8 Bit bei Farbe dem 24 Bit RGB (Rot-Grün-Blau)
Modus. 16 Bit sind 48 Bit im RGB Modus.
1 Bit ist die kleinste Informationseinheit der Computerwelt. Es
kann zwei Zustände annehmen wie An oder Aus, O oder 1, Schwarz
oder Weiss. Bleiben wir bei der Null und der Eins.
Acht Bit können aus acht Nullen bestehen: 00000000. Oder
aus acht Einsen: 11111111.
Zudem kann man jede beliebige Kombination aus Nullen und Einsen
in 8 Bit packen. Beispielsweise 00011100 oder 11001100.
Mit acht Bit kann man 256 unterschiedliche Kombinationen von 00000000
über 00000001 und 00000010 bis zu 11111111 einstellen.
In der Geschichte der EDV-Entwicklung hat man sich darauf verständigt
acht Bit zur Einheit Byte zusamenzufassen. Ein einzelnes Bit mit
zwei Zustandsmöglichkeiten ist praktisch unbrauchbar, aber
mit acht Bit kann man ein Alphabet mit Groß- und Kleinschreibung
und Sonderzeichen auf 256 mögliche Kombinationen verteilen.
Möchte man mehr als 256 Helligkeitsstufen codieren, muss
man 2 Byte nehmen, also 16 Bit. Damit kann man bereits bis zu
256 x 256 Stufen = 65536 Stufen unterscheiden. Aber aufgepasst:
Eine 16 Bit Datei muss nicht unbedingt so viele Informationen
enthalten. Wenn der Scanner oder Kamera in der Lage ist, einen
Helligkeitsverlauf in 1000 unterschiedliche Stufen zu differenzieren,
lassen sich diese nicht mit 8 Bit darstellen aber sehr wohl mit
16 Bit. Man kann Bilder nicht im 10 Bit oder 12 Bit Modus speichern
und muss sich für 8 Bit oder 16 Bit entscheiden.
Stellen wir das mit einem anschaulichen Beispiel dar: Angenommen
Sie haben zwei Thermoskannen. Die eine fasst einen halben Liter
und die andere zwei Liter. Sie möchten einen Liter Tee mitnehmen.
Das geht nur, indem Sie die Zweiliterkanne benutzen. Sie ist aber
nicht voll, wenn Sie nur einen Liter einfüllen.
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An folgenden Beispielen kann man erkennen, dass 256 Tonwertstufen pro
Kanal für eine stufenlos wirkende Darstellung gut ausreichen.
8-Bit oder 16-Bit? Wenn 256 Tonwertstufen ausreichen, um eine gute Abbildung
zu erzeugen, wozu benötigt man dann die 16-Bit Daten?
Die Urdatei enthält Werte, die mehr oder weniger stark korrigiert
werden müssen, um ein Bild ansehlich zu machen. Wenn in der Urdatei
das Bild nicht komplett auf die 256 Tonwerte verteilt wurde und die
Werte von Schwarz nach Weissgespreizt werden, erhöht man den Kontrast,
erhält aber nicht mehr Tonwerte als bereits da waren. Jede Kontraständerung
mittels Gradationskurve reduziert die Anzahl der Tonwerte durch ein
Auseinderzerren der Tonwerte mit dazwischen entstehenden Lücken
oder einem Stauchen einer Menge Tonwerte auf weniger Tonwerte. Nicht
selten betont man in den dunklen Schatten die vorhandene schwache Zeichnung.
Dazu wird in diesen Zonen der Kontrast kräftig erhöht. Die
Lücken zwischen den Tonwerten können dabei so weit auseinanderklaffen,
dass sichtbare Tonwertsprünge im Bild entstehen. Da Kameras und
Scanner mindestens mit 12 Bit Wandlern ausgestattet sind, ist eine 16
Bit Ausgabe sinnvoll. Die 12 Bit sagen aus, dass das Eingabegerät
seine Meßwerte in 1024 Stufen unterteilen kann. Diese bleiben
in der 16-Bit Datei erhalten und stehen bei der folgenden Bildbearbeitung
voll zur Verfügung. Die 1024 Werte verteilen sich in gleichmäßigen
Abständen auf einer Skala mit 65536 Stufen der 16-Bit Datei. Daher
gehen bei der Bearbeitung nicht unbedingt Tonwerte verloren. Sie verteilen
sich anders auf der Skala, bleiben aber in ihrer Gesamtzahl vorhanden,
sofern man keine drastischen Veränderungen praktiziert. Hinzu kommt,
dass beim Scannen die Hintergründe oder Ränder der Vorlagen
teilweise mitgescannt werden. Sie können deutlich heller oder dunkler
als die Bildpartien sein, um die es eigentlich geht. Sie haben Einfluß
auf die Ausgabe der Bilddatei, welche dann nur einen begrenzten Teil
der verfügbaren Tonwertskala für die bildwichtigen Zonen verwendet.
Nach dem Beschnitt der Bilder im Photoshop wird eine Spreizung der Tonwertkurve
notwndig, um ein brauchbares Bild zu erzeugen. Dabei entstehen ungenutzte
Lücken in der Tonwertabstufung. Folgt danach noch eine Kontrastveränderung,
kann die Enddatei qualitativ mangelhaft sein.
Wozu wandelt man die 16-Bit Dateien in 8-Bit Daten?
16-Bit Dateien sind doppelt so groß wie 8-Bit Dateien und können
bis zu 256 mal so viele Informationen beinhalten. Bis Anfang dieses
Jahrhunderts war die Bildbearbeitung eine starke Belastung für
Computer. Erst der rapide Preisverfall bei Festplatten mit großen
Kapazitäten, bei Arbeitsspeichern und Prozessoren sowie der Verfügbarkeit
von billigen Speichermedien wie DVDs sowie die enorme Erhöhung
der Datentransfergeschwindigkeit über Netze, beseitigten den Zwang
zum Datensparen. Das bekannte jpg-Format kann nur 8-Bit Daten speichern.
Viele Bildverwaltungs und -bearbeitungsprogramme waren nur für
8-Bit Daten vorgesehen. Mittlerweile wird diesbezüglich stark nachgebessert.
Der Photoshop CS 2 kann nahezu alle wichtigen Schritte im 16-Bit Modus
durchführen. Eigentlich spricht nichts dagegen, die Bilder im 16-Bit
(48-Bit RGB) Format zu belassen. Seitdem billige Programme wie Thumbs
Plus 7 Massenbeschriftungen von 16-Bit-Tiffs erlauben, speichere ich
meine Digitalkamera-Dateien grundsätzlich in dem Format auf DVDs.
Die Daten für den schnellen Zugriff sind als jpg-Dateien mit erheblich
geringerem Volumen auf dem Rechner gespeichert.
© Thomas Gade / Juli 2005 - Der Nachdruck oder die sonstige Verwendung
ist nur mit ausdrücklicher schriftlicher Erlaubnis des Verfassers gestattet.
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