Experiment

[isaac]

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Liebe M8 Freunde!

 

Ich habe mir extra einige Wochen - nach dem Kauf der M8 - Zeit gelassen, bis ich genug „Beweismaterial“ gesammelt hatte um das folgende von mir zu geben. Es geht um die inzwischen zwar schon abgeflaute 8-Bit DNG Diskussion, die auch durch den sehr guten Artikel im letzten LFI, noch nicht ausgestanden ist.

Hier zum Vergleich einige Dateigrößen:

 

Verzeichnis von O:\Leica_DNG

 

20.02.07 17.56 10.575.284 L1000117.DNG

25.02.07 9.33 61.888.757 L1000117_48BIT.TIF

25.02.07 10.07 12.220.586 L1000117_12BIT_LL.DNG

25.02.07 10.03 14.750.165 L1000117_14BIT_LL.DNG

25.02.07 9.52 10.836.550 L1000117_BW12_LL.TIF

25.02.07 9.30 13.403.133 L1000117_BW14_LL.TIF

25.02.07 9.27 15.966.338 L1000117_BW16_LL.TIF

25.02.07 9.23 48.363.476 L1000117_48BIT_LL.TIF

 

L1000117.DNG ist unsere bekannte Wurzeldatei, L1000117_48BIT.TIF die daraus resultierende 3x16 Bit Datei die das fertige Farbbild enthält. Durch Speicherung im „lossless JPEG“ Format reduziert sich die Größe auf ca. 78% (L1000117_48BIT_LL.TIF). Das ¯lossless JPEG® ist ?brigends keine LZW Kompression sondern ein Huffman Enthropie Kompression, aber wer ist schon perfekt.

Nun habe ich das Farbbild in ein Graustufenbild umgewandelt (DNG enthält ja nur eine implizite Farbinformation) und mit 16, 14 bzw 12 Bit Auflösung und „lossless JPEG“ Kompression jeweils ein schwarz/weiß TIF abgelegt. Die 16 Bit Datei (L1000117_BW16_LL.TIF) ist exakt ein Drittel so groß wie die 3 x 16 Bit Farbdatei, was auf eine recht gute Enthropieverteilung in den drei Farbkanälen schlieáen läßt. Das ist nicht weiter aufregend, da das Bild ja schon das „Bayer demosaicing“ und eine Farbwertkorrektur (AsShotNeutral) hinter sich hat.

Reduziert man nun die Auflösung auf 14 Bit (was wiederum der „Dekompression“ entspricht) und speichert „lossless JPEG“ ab (L1000117_BW14_LL.TIF), so erhält man eine weitere Reduktion der Datenmenge auf ca. 84%. Eine weitere Einsparung um 2 Bit Auflösung (L1000117_BW12_LL.TIF) bringt eine Verringerung auf ca. 68%.

Wird das Original DNG auf 14 Bit „dekomprimiert“ und „lossless JPEG“ abgespeichert (L1000117_14BIT_LL.DNG) so steigt der Platzbedarf auf etwa 140% an, was man eigentlich als akzeptablen Platzbedarf für die Originaldaten des CCD-Sensors ansehen könnte. Zum Vergleich mit den TIF Dateien noch eine Datenreduktion des Original DNGs auf 12 Bit (L1000117_12BIT_LL.DNG) die nur Zuwachs um ca. 16% kosten würde (und damit der Auflösung entspricht, mit der Mitbewerber ihre DNGs - auch wenn sie dann CR2 heissen - ablegen).

Jetzt ist aber ein kurzer Exkurs zur Huffman Enthropie Kompression notwendig um die folgende überlegungen etwas zu kl„ren. Enthropie ist sowas wie ein Maß für die Unordnung in einem System. Der (relative) Wert 1 entspricht dabei, grob gesagt, absoluter Unordnung, der Wert 0 hingegen absoluter Ordnung. Auf unsere Bilddaten umgelegt, entspricht ein hoher Wert für die Enthropie einer hohen Anzahl unterschiedlicher Farb-/Grauwerte, und ein niedriger Wert somit einer geringeren Anzahl unterschiedlicher Farb-/Grauwerte.

Was nützt das für ein Kompressionsverfahren? Sehr viel, weil man kann ?ber die statistische Verteilung der Werte (wie man es auch in einem Histogramm tut), die Werte nach der Häufigkeit ihres Auftretens sortieren und dann ganz einfach diejenigen Werte mit dem größten Auftreten mit wenigen Bits und die mit nur sporadischen Auftreten mit entsprechend mehr Bits abspeichern. Das ist das Verfahren, das den Hrn. Huffman so berühmt gemacht hat.

Im gegenständlichen Fall kann man aber noch sehr viel mehr aus der Enthropie der Bilddaten herauslesen, nämlich den Informationsgehalt (was man aber besser nicht - auch entgegen der bisherigen „Lehrmeinung“ - machen darf, ist, Farbwerte die vorher schon einer Quantifizierung - wie bei der verlustbehafteten JPEG Kompression - unterworfen wurden dafür zu verwenden).

Gegenüberstellung 12 Bit Original DNG zu 14 Bit aus 8 Bit dekomprimiertes DNG:

Bei Tageslicht haben beide DNGs ausreichend Dynamikumfang und Auflösungsreserven, Bilder vom selben Objekt sind visuell nicht von einander zu unterscheiden. Tonwertanpassungen oder Veränderungen („pushen“) führen allerdings zu deutlich sichtbaren Unterschieden in den Schatten und auch in den Lichtern. Wo dem einen (12 Bit) Dynamik fehlt, fehlt dem anderen (14/8 Bit) einfach die Auflösung von hilfreichen Zwischenwerten. Praktisch eine Pattstellung!

In den Rohdaten, wie sie uns durch die DNGs geliefert werden, ist keinerlei Information über das Umgebungslicht enthalten. Bei direkter Sonnenbeleuchtung, wolkigem Himmel oder auch Blitzlicht (ca. 5500K) sind alle drei Farbkanäle (nach dem Bayerfilter) etwa gleich optimal ausgenutzt. Auch im Schatten (höherer Blauanteil) wird der Sensor noch nicht übersteuert, da sich ja Schatten eben in den dünkleren Bildpartien aufhält. Anders ist es aber bei Kunstlicht, wo der blaue Anteil im Licht sehr stark zurückgeht und der rote Lichtanteil übermäßig stark repräsentiert ist. Die hohe Dynamik von 14 Bit schluckt das aber wesentlich besser als zB. nur 12 Bit. Aber jetzt fehlt uns ganz deutlich sichtbar in den Lichtern des Rotkanales und in den Schatten des Blaukanales die Auflösung. Für ein Bild, das mit „verfügbarem Licht“ aufgenommen worden ist, und das keinerlei Weiterbearbeitung braucht, sind die 8 Bit Auflösung noch zu Akzeptieren, schon geringste Tonwert- oder gar Farbwertanpassungen sind der 12 Bit DNG Liga aber hoffnungslos unterlegen.

 

Zusammenfassung:

Die Enthropie Kodierung zeigt uns, daß das Kompressionsverfahren unserer M8 zwar visuell sehr gute (eigentlich ausgezeichnete) Ergebnisse liefert, daß aber mit ein wenig größerem Platzbedarf - etwa 50% - nicht nur eine 14 Bit Dynamik, sondern auch eine 14 Bit Auflösung erreicht werden kann. Der sichtbare Größenunterschied zwischen 14 Bit DNG und 14 Bit TIF erklärt sich daraus, daß eben die zusätzliche, implizite Farbinformation (Bayer Mosaik) noch zusätzlich Enthropie bringt aber hauptsächlich leider nur als Artefakte (Interpolation).

Wir wären sehr gut bedient, wenn sich - alternativ zur vorliegenden Methode - die Rohdaten auch mit 14 Bit Huffman Enthropie Kompression (also „lossless JPEG“) abspeichern ließen. Ein Speicherung mit unkomprimierten 16 Bit, wie es das DMR macht, wäre zwar eine Alternative, wurde aber schon im Vorfeld als zu langsam verworfen. Die Methode mit 14 Bit „lossless JPEG“ wäre sicher ein optimaler Kompromiß vor allem im Hinblick auf die Photographie bei „verfügbarem Licht“.

[htroom]

[k_g_wolf ✝]

DAS muss man also heute alles wissen um digital zu fofografieren ?!

 

Ich bin beeindruckt von diesem Isaac Newton- Beitrag und sehne mich trotzdem - od. auch deswegen - zurück nach den Zeiten von AGFA CT18.

 

 

M f G

[Guest xxl-user]

na ja, es muss ja nicht gerade CT18 sein ...

 

lg arnold

[Guest drjr]

Gottseidank muß ich mit der Knipse nur fotografieren, denn diese Abhandlung ist zu hoch für mich, und für meine M8 auch, denn die macht trotzdem gut nachbearbeitbare Bilder...

Dennoch, Danke für den sicher arbeitsaufwendigen Beitrag.

[gerd_heuser]

Nun stellt euch nicht so an. Digitalfotografen müssen sowieso etwas mehr Grundlagen beherrschen, wenn sie den eigenen Workflow beherrschen wollen.

Etwas darüber hinaus wirds richtig interessant, aber wie beim Bergsteigen, man muß ja nicht in die Schwierigkeit 6 nachsteigen.

Und glaubt mir: Auch rund um den Film (CT18) gibts durchaus anspruchsvolles. Schaut mal ins Historica Forum.

 

 

Harald, interessanter Ansatz mit dem Beleuchtungsspektrum. Wie kommt man an die Beispielbilder?

 

 

.

[Guest b2lore]

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ein guter Beitrag, mir würde allerdings das doppelt so große 16bittige File, wie vom DMR schon reichen.

 

Das einzige Problem dabei wird wohl der halb so große Puffer sein, damit

könnte ich aber leben.

[fth]

Manche benutzen die M8 auch nur zum Fotografieren, einfach so, ohne philosophischen Überbau, aber schön zu hören, wozu sie sonst noch taugt...

[augenschmaus]

... Gegenüberstellung 12 Bit Original DNG zu 14 Bit aus 8 Bit dekomprimiertes DNG:

Bei Tageslicht haben beide DNGs ausreichend Dynamikumfang und Auflösungsreserven, Bilder vom selben Objekt sind visuell nicht von einander zu unterscheiden. Tonwertanpassungen oder Veränderungen („pushen“) führen allerdings zu deutlich sichtbaren Unterschieden in den Schatten und auch in den Lichtern. Wo dem einen (12 Bit) Dynamik fehlt, fehlt dem anderen (14/8 Bit) einfach die Auflösung von hilfreichen Zwischenwerten. Praktisch eine Pattstellung! ...

Mir ist schleierhaft, wie Du an ein "12 Bit Original DNG" kommst, wenn aus der M8 keine vollen 12 Bit zu bekommen sind, und aus 8 Bit 14 Bit zauberst, um sie dann zu vergleichen. Vielleicht kann man das nochmal so sagen, dass es jeder versteht.

[Guest b2lore]

Manche benutzen die M8 auch nur zum Fotografieren, einfach so, ohne philosophischen Überbau, aber schön zu hören, wozu sie sonst noch taugt...

 

digital ohne philosophischen Überbau zu fotografieren ist ungefähr so,

wie mit Film sw zu fotografieren und nix von der Dunkelkammer hören zu wollen;)

[Venkman]

digital ohne philosophischen Überbau zu fotografieren ist ungefähr so,

wie mit Film sw zu fotografieren und nix von der Dunkelkammer hören zu wollen;)

 

Ja nee, is klar...

[Bertl]

...und was mach ich nun wenn das Ding trotzdem einfach gute Bilder macht?

[Venkman]

...und was mach ich nun wenn das Ding trotzdem einfach gute Bilder macht?

 

Verkaufen. Da kann was nicht stimmen.

[Guest b2lore]

...und was mach ich nun wenn das Ding trotzdem einfach gute Bilder macht?

 

weiter:)

[ennjott]

Da sind aber doch einige Unstimmigkeiten.

Wortbreite hat erstmal nichts mit der Dynamik zu tun, es lassen sich auch 20 Blendenstufen in 1 Bit pro Pixel speichern (eben mit 2 Werten). Dynamik verlierst du bei einer Konvertierung von 14 zu 12 Bits nur, wenn du die Werte einfach abschneidest.

Dann frage ich mich auch, woher die unkomprimierten DNGs kommen. Es sieht eigentlich so aus, als sei einfach nur ein normales 8-Bit-DNG aus der Kamera gewandelt worden. In dem Fall hast du beim erneuten Packen eine geringere Entropie (ohne h!) als bei einem Bild, das wirklich Rohdaten des Sensors enthält. Rückschlüsse auf den Platzbedarf tatsächlicher Bilder läßt das nicht zu.

[Bertl]

weiter:)

.....ob ich das bei dem Hintergrundwissen jetzt weiterhin so unbelastet tun kann?

Bertram

[Guest b2lore]

ja, einfach draufdrücken.

[augenschmaus]

... Wortbreite hat erstmal nichts mit der Dynamik zu tun, es lassen sich auch 20 Blendenstufen in 1 Bit pro Pixel speichern (eben mit 2 Werten). ...

??? Wer, wenn es um Fotografie geht, spricht denn von 1-Bit-Bildern mit 20 Blenden Helligkeitsdifferenz ohne die Zwischenwerte? Das wird wohl eine hübsche Fotokopie sein.

 

Man darf im Fotobereich doch wohl schon annehmen, dass man die Zwischenstufen auch gerne aufnehmen und speichern möchte. Und da hängt die Farbtiefe (=Wortbreite) mit dem maximal codierbaren Dynamikumfang doch wohl direkt und zwingend zusammen: 8 Bit Farbtiefe = 8 Blendenstufen Dynamikumfang; 12 Bit = 12 Blendenstufen, etc.

[fth]

digital ohne philosophischen Überbau zu fotografieren ist ungefähr so,

wie mit Film sw zu fotografieren und nix von der Dunkelkammer hören zu wollen;)

 

 

Und selbst das geht problemlos - ganz ohne Ultrafin-Inhalation und Essigsäure-Schnüffelei. Ilford und Kodak machen es mit ihren hervorragenden chromogenen SW-Filmen vor.

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Hallo,

Look here: Interesting Leica gear

[guest]

...Wir wären sehr gut bedient, wenn sich - alternativ zur vorliegenden Methode - die Rohdaten auch mit 14 Bit Huffman Enthropie Kompression (also „lossless JPEG“) abspeichern ließen. Ein Speicherung mit unkomprimierten 16 Bit, wie es das DMR macht, wäre zwar eine Alternative, wurde aber schon im Vorfeld als zu langsam verworfen. Die Methode mit 14 Bit „lossless JPEG“ wäre sicher ein optimaler Kompromiß vor allem im Hinblick auf die Photographie bei „verfügbarem Licht“.

 

14Bit Lossless JPEG ? http://www.jpeg.org/public/jfif.pdf