Farbraum

Ein Farbraum legt fest, welche Farben ein System darstellen soll. Er wird durch drei Primärvalenzen aufgespannt — die reinsten erreichbaren Werte für Rot, Grün und Blau — und durch einen Weißpunkt, der festlegt, was herauskommt, wenn alle drei gleich stark angesteuert werden.

Wie ein Farbraum aufgespannt wird

Alle sichtbaren Farben lassen sich in einem Diagramm anordnen, dessen Rand die reinen Spektralfarben bildet — das Licht einer einzelnen Wellenlänge. Innerhalb dieses Rands liegt alles, was das Auge unterscheiden kann.

Drei Primärvalenzen sind drei Punkte in diesem Diagramm. Alles, was sich aus ihnen mischen lässt, liegt im Dreieck zwischen ihnen. Je weiter außen die Punkte sitzen, desto größer das Dreieck — und desto mehr Farben sind darstellbar.

Der Weißpunkt ist der vierte Wert und wird oft übersehen. Er legt fest, welche Farbe bei gleicher Ansteuerung aller drei Kanäle entsteht. Alle drei hier behandelten Farbräume verwenden für den Heimbereich denselben Weißpunkt, bekannt als D65.

Die drei gebräuchlichen Farbräume

Aus dieser Tabelle springen zwei Befunde heraus, die selten ausgesprochen werden.

Das Blau von DCI-P3 ist identisch mit dem von Rec. 709. Die Koordinaten stimmen exakt überein. P3 erweitert gegenüber dem SDR-Standard also ausschließlich Rot und Grün — der Zugewinn liegt in kräftigen Rottönen und in Grün, nicht im Blau. Wer den Unterschied zwischen beiden Farbräumen sehen will, sucht ihn bei Feuer, Blut, Laub und Verkehrsschildern, nicht am Himmel.

Die Primärvalenzen von BT.2020 liegen auf dem Spektralzug. BT.2100 gibt sie ausdrücklich als einzelne Wellenlängen an: 630 Nanometer für Rot, 532 für Grün, 467 für Blau. Das sind reine Spektralfarben, also der äußerste Rand des Möglichen. Ein Gerät, das diesen Farbraum wirklich ausfüllt, bräuchte drei Lichtquellen mit exakt diesen Wellenlängen und praktisch ohne Bandbreite. Deshalb erreicht bis heute kein Consumer-Anzeigegerät den vollen BT.2020-Umfang, und deshalb wird auch kaum ein Film darin gemastert.

Bei DCI-P3 kommt eine Besonderheit dazu: Es gibt ihn mit verschiedenen Weißpunkten. Die Kinoauswertung verwendet einen leicht grünlichen Bezugspunkt, die Heimvariante — als P3D65 genormt — den üblichen D65. Wer „P3" liest, sollte deshalb wissen, welche Variante gemeint ist; die Primärvalenzen sind in allen Fällen dieselben.

Was eine Prozentangabe verschweigt

„95 Prozent DCI-P3" ist die verbreitetste Farbangabe in Datenblättern und zugleich eine der am wenigsten aussagekräftigen. Drei Dinge stehen nicht dabei.

Prozent wovon. Die Zahl ist ein Flächenverhältnis, und es hängt davon ab, in welchem Diagramm gerechnet wird. Das ältere CIE-1931-Diagramm verzerrt die Wahrnehmung erheblich — im Grünbereich sind die Flächen gegenüber dem Empfinden stark aufgebläht, im Blaubereich gestaucht. Im neueren, gleichabständigeren Diagramm fällt dieselbe Abdeckung oft anders aus. Zwei Geräte mit derselben Prozentzahl sind daher nicht zwingend vergleichbar, solange das Bezugsdiagramm fehlt.

Ob es Abdeckung oder Umfang ist. Ein Gerät kann Farben darstellen, die außerhalb des Zielfarbraums liegen — das nützt für den Zielfarbraum nichts, vergrößert aber die Fläche. Wird diese Fläche ins Verhältnis gesetzt, entsteht eine Zahl über 100 Prozent, obwohl innerhalb des Ziels womöglich noch Lücken bleiben. Die ehrlichere Angabe ist die reine Abdeckung: welcher Anteil des Ziels tatsächlich erreicht wird.

Bei welcher Helligkeit. Die Prozentangabe gilt für eine Fläche in einem zweidimensionalen Diagramm und blendet die Helligkeit aus. Eine kräftig gesättigte Farbe braucht aber Licht, und viele Geräte erreichen ihre Sättigung nur bei geringer Leuchtdichte. Die Größe, die beides zusammenfasst, heißt Farbvolumen und steht in kaum einem Datenblatt.

Der Zielkonflikt bei Projektoren

An Projektoren hängt am Farbraum ein Preis, den es an Fernsehern so nicht gibt, und er ist physikalischer Natur.

Eine Lichtquelle mit breitem Spektrum liefert nach der Farbzerlegung Primärvalenzen, die vergleichsweise blass sind — sie enthalten Nachbaranteile aus dem Spektrum. Um sie kräftiger zu machen, muss man diese Anteile wegschneiden, und genau das tut ein Farbfilter im Lichtweg. Das Ergebnis sind reinere Primärvalenzen und damit ein größeres Dreieck.

Weggeschnittenes Licht ist aber weg. Der Filter kostet Lichtstrom, und zwar erheblich. Damit steht der größere Farbraum in direkter Konkurrenz zur Leuchtdichte auf der Leinwand — also zu genau der Größe, an der es bei HDR ohnehin fehlt. Eine Einstellung, die beides liefert, gibt es an dieser Stelle nicht; welche der beiden Größen wichtiger ist, ist eine Planungsentscheidung und hängt an Bildgröße, Raum und Material. Die Folgen für die HDR-Wiedergabe führt die Wissensseite zu HDR und Tonwertabbildung aus.

Klar, moderne Laserlichtquellen sind von Haus aus schmalbandiger als eine Lampe und mildern den Konflikt — aufheben können sie ihn nicht.

Häufiges Missverständnis

„UHD-Filme sind in BT.2020, also brauche ich ein BT.2020-Gerät." BT.2020 ist der Container, in dem das Material geliefert wird — nicht der Umfang, den es ausnutzt. Weil kein Referenzmonitor diesen Farbraum darstellt, wird in der Produktion praktisch innerhalb von P3 gearbeitet und das Ergebnis im größeren Container abgelegt. Ein Gerät, das P3 gut abdeckt, zeigt daher nahezu alles, was tatsächlich im Bild ist. Die BT.2020-Zahl auf dem Karton beschreibt eine Reserve für die Zukunft.

„Mehr Farbraum ist immer besser." Zwei Einschränkungen. Beim Projektor kostet er Licht, wie oben beschrieben. Und ein größerer Farbraum nützt nur, wenn das Gerät das Material richtig zuordnet: Rec.-709-Material auf einem weiten Farbraum ohne korrekte Umrechnung sieht übersättigt aus — Hauttöne werden rot, Grün wird giftig. Das ist der häufigste Grund für den Eindruck, ein Gerät sei „zu bunt".

„Der Farbraum sagt, wie fein die Farbabstufungen sind." Er sagt, wie weit außen die Eckpunkte liegen. Wie fein zwischen ihnen abgestuft wird, ist die Bittiefe — eine unabhängige Größe. Ein großer Farbraum mit zu wenigen Stufen zeigt sichtbare Übergänge, ein kleiner mit vielen Stufen nicht.

Nicht zu verwechseln mit

• Bittiefe: Wie fein abgestuft wird, siehe Bittiefe.
• Übertragungsfunktion: Wie Codewerte in Helligkeit umgerechnet werden, siehe Übertragungsfunktion. Farbraum und Kurve sind unabhängig und gehören beide zu einer vollständigen Bildbeschreibung.
• Farbvolumen: Der Farbumfang über die Helligkeit hinweg betrachtet — die aussagekräftigere, aber selten angegebene Größe.
• Weißpunkt: Ein einzelner Punkt des Farbraums. Zwei Geräte mit demselben Dreieck und verschiedenem Weißpunkt zeigen sichtbar verschiedene Bilder.

Beim Gerätevergleich

Zwei Projektoren stehen zur Wahl, ähnlicher Preis. Der eine wird mit „100 Prozent DCI-P3" beworben, der andere mit „92 Prozent". Damit scheint die Entscheidung gefallen.

Vergleichbar sind die Zahlen erst, wenn drei Angaben dazukommen: das Bezugsdiagramm, die Frage nach Abdeckung oder Umfang und der Bildmodus, in dem gemessen wurde. Die dritte ist im Heimkino die folgenreichste. Ein Projektor erreicht seinen weitesten Farbraum mit eingeschwenktem Filter, und in diesem Zustand gibt er deutlich weniger Licht ab — die Lumenangabe auf demselben Datenblatt stammt aber fast immer aus dem hellsten Modus ohne Filter. Beide Zahlen gelten also für Zustände, in denen das Gerät nie gleichzeitig ist.

Die belastbare Frage lautet deshalb nicht, wer mehr Prozent hat, sondern welche Leuchtdichte jedes Gerät bei der geplanten Bildgröße im kalibrierten Modus mit dem Farbraum erreicht, den man tatsächlich nutzen will. Das lässt sich rechnen, sobald die Bildbreite feststeht — und es kehrt die Rangfolge zweier Geräte gelegentlich um. Wo die Werte nicht veröffentlicht sind, bleibt die Vorführung mit eigenem Material im verdunkelten Raum das einzige belastbare Mittel.

Verknüpfte Inhalte

Wie die Quelle den Farbraum ankündigt und was passiert, wenn diese Ankündigung verloren geht, steht beim InfoFrame. Die Helligkeitsseite derselben Bildbeschreibung behandelt die Übertragungsfunktion, die Feinheit der Abstufung die Bittiefe. Warum ein Farbraumfilter gerade bei HDR teuer ist, führt die Wissensseite zu HDR und Tonwertabbildung aus; was eine Kalibrierung am Farbraum überhaupt ausrichten kann, steht bei der Bildkalibrierung.

Quellen

Alle Koordinaten der Tabelle stammen aus den Normtexten selbst, die für diese Seite am Objekt gelesen wurden: Rec. 709 aus ITU-R BT.709-6, BT.2020 aus ITU-R BT.2020-2 und ITU-R BT.2100-3, die P3-Werte aus SMPTE ST 2113:2018. Dass die P3-Primärvalenzen mit denen aus SMPTE RP 431-2 übereinstimmen, hält ST 2113 ausdrücklich fest. Die Angabe der BT.2020-Primärvalenzen als monochromatische Wellenlängen steht in BT.2100-3. Die Übereinstimmung des P3-Blaus mit dem Rec.-709-Blau ist ein Vergleich der beiden Normtabellen.