Farbmanagement-Grundlagen

Farbtiefe

Wie schon erwähnt, werden RGB-Farben mit je einer Zahl für Rot, Grün und Blau definiert, von denen jede 256 verschiedene Werte (0 bis 255) annehmen kann. Die "krumme" Zahl 256 ergibt sich aus der computertypischen Rechnung mit Binärzahlen (umgangssprachlich auch "Nullen und Einsen" genannt). Mathematisch sind das Zweierpotenzen: 8 Bit sind 28 = 256.
Rechnet man die drei Grundfarben zusammen, ergibt sich insgesamt eine Farbauswahl von 224 = 2563, also rund 16,8 Millionen.
Man sagt dann, man hat eine "Farbtiefe" oder "Bittiefe" von 8 Bit. Wenn man sich auf die gesamte RGB-Farbinformation bezieht, spricht man von 24 Bit. (Zur Vermeidung von Missverständnissen sollte man immer dazu sagen, ob man sich auf einen einzelnen Farbkanal oder auf alle drei bezieht.)

Die Farbtiefe von 8 Bit pro Kanal findet man z. B. fest verankert im JPEG-Bildformat. In den Frühzeiten der digitalen Bildverarbeitung hatte wohl irgendjemand ausgetüftelt, dass 256 Helligkeitsabstufungen pro Farbe ausreichend sind, um auch feine Farbverläufe in Fotos darstellen zu können. Im Prinzip ist das richtig - solange man nur das fertige Bild betrachtet.

Allerdings hat dieser Jemand nicht an die Möglichkeit stärkerer Bildbearbeitungen gedacht, in deren Verlauf Abstufungen ("Tonwerte") verloren gehen können. Man denke z. B. an eine starke Kontrastspreizung, mit der man ein bei Dunst aufgenommenes Foto nachbessert. Und plötzlich hat man statt 256 Stufen nur noch 100. Wenn mehrere solcher Bearbeitungsschritte hintereinander erfolgen, gehen weitere Stufen verloren, und man hat irgendwann nur noch 30 oder weniger Stufen. Bezogen auf unsere RGB-Farben bedeutet das, dass in einem Farbkanal z. B. nur noch die Werte 15, 27, 39... vorkommen, während die Abstufungen dazwischen fehlen. Zuerst erkennt man diese Lücken nur im Histogramm, aber ab einer gewissen Breite werden sie auch im Bild als Abstufung der Farbübergänge sichtbar. Man spricht wegen der entstehenden Farbbänder auch von "Banding". Der technische Ausdruck heißt "Tonwert-Abriss".

Nicht nur starke Kontrastbearbeitung, sondern auch jede Konvertierung von Farbräumen führt zum Verlust von Tonwerten. Solange nur einmal konvertiert wird, ist das zwar im Histogramm sichtbar, aber noch nicht im Bild; in Kombination mit weiteren Bearbeitungsschritten kann eine Konvertierung aber das Auftreten von Tonwertabrissen (mit-)verursachen. Insbesondere die Konvertierung aus sehr großen Farbräumen wie WideGamutRGB oder ProPhotoRGB in kleine Farbräume wie sRGB ist in dieser Hinsicht kritisch.
Manchmal enthält zwar die Bilddatei selbst noch keine starken Tonwertabrisse, aber es entstehen welche auf dem Weg zum Monitor oder im Monitor selbst. Das Monitor-Farbmanagement arbeitet nämlich auch nur in 8 Bit Farbtiefe pro Kanal und trägt daher seinen Teil zur Sichtbarkeit des Tonwertverlusts bei. So erklärt sich, dass das Banding manchmal nur in Programmen zu sehen ist, die Farbmanagement beherrschen - was natürlich kein Argument ist, auf Farbmanagement zu verzichten, sondern eher zur größeren Sorgfalt im Umgang mit Tonwerten mahnt.

Links: Normal bearbeitetes Bild
Rechts: Tonwertabriss (Banding) aufgrund starker Bearbeitung bei geringer Farbtiefe

Schon in der Bildbearbeitung mit kleinen und mittleren Farbräumen wie sRGB oder AdobeRGB reicht eine Farbtiefe von 8 Bit pro Kanal nicht immer aus. Wenn man mit sehr großen Farbräumen wie ProPhotoRGB arbeitet, reicht sie auf keinen Fall. Der große Farbraum braucht für sich schon mehr Zwischenwerte, um alle Farbschattierungen sauber darzustellen; spätestens beim Konvertieren in kleinere Farbräume wird eine höhere Farbtiefe dann unabdingbar.

Um ein Durcheinander an verschiedensten Formaten zu verhindern, hat man sich auf eine schlichte Verdoppelung der Farbtiefe von 8 auf 16 Bit pro Kanal als neuen Standard verständigt. Für alle drei Farbkanäle sind das dann 48 Bit statt 24 Bit.
Die Verdoppelung der Bittiefe bedeutet natürlich nicht nur eine Verdoppelung der möglichen Helligkeitsstufen pro Kanal, sondern eine Ver256fachung: 216 = 2562 = 65536 Helligkeitswerte pro Kanal. Für alle drei Kanäle sind es dann 655363, also rund 281 Milliarden. Das reicht nach heutigem Stand der Technik für nahezu alle Bild-Manipulationen in hoher Qualität und ohne die Gefahr von Tonwert-Abrissen. Dabei wird der Speicherbedarf selbst für unkomprimierte Bilder nur verdoppelt.

Autor: Andreas Beitinger
Letzte Änderung: Oktober 2017
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