Es ist wichtig, Farbumfang (Farbraum) und Farbvolumen nicht zu verwechseln. Einfach ausgedrückt: Während die Farbskala der Bereich der Farben ist, die Ihr Fernsehgerät wiedergeben kann, ist das Farbvolumen die Anzahl der Farben, die mit verschiedenen Helligkeitsstufen angezeigt werden können.
Bevor wir in die Tiefe gehen, sollten wir Folgendes bedenken: Warum erscheint ein Apfel rot? Weil er rote Wellenlängen des Lichts reflektiert und andere absorbiert. Übertragen Sie dies nun auf einen Fernsehbildschirm. Ihr Fernsehgerät muss Licht in genau den richtigen Wellenlängen ausstrahlen, damit die Farben richtig dargestellt werden.
Sie haben vielleicht schon bemerkt, dass bei geringer Bildschirmhelligkeit die Anzahl der Farben gering erscheint, aber die Anzahl der Farben wird größer, wenn die Helligkeit zunimmt. Wenn Sie jedoch die Helligkeit auf Maximum einstellen, verblassen die Farben.
Das liegt daran, dass das Farbvolumen von anderen Faktoren abhängt: In erster Linie ist das der Farbumfang. Aber auch Helligkeit und Kontrast spielen eine Rolle.
Das Farbvolumen ist also eine Ableitung der anderen Anzeigeparameter. Je heller der Bildschirm und je größer sein Farbumfang, desto tiefer ist das Farbvolumen.
Beteiligte Dimensionen: Es umfasst den Bereich der Farben (Breite x Höhe) und die Tiefe (Helligkeit).
Sie stellt dar, wie ein Fernseher oder Bildschirm Farben bei unterschiedlichen Helligkeitsstufen wiedergibt. Dies ist besonders wichtig für HDR-Inhalte, die eine präzise Farbgenauigkeit über verschiedene Helligkeitsstufen hinweg erfordern.
Farbvolumen, Farbumfang und Farbtiefe
Die Farbskala (oder der Farbraum) ist der Bereich der Farben, die das Fernsehgerät wiedergeben kann. Manchmal wird er als die Anzahl der Farben definiert, aber das ist nicht ganz korrekt, denn die Farbe ist das Spektrum.
Die Farbskala kann als roter, grüner und blauer Raum dargestellt werden. Die Kombinationen dieser Grundfarben ergeben die anderen Farben, ihre Schattierungen, Tönungen und Töne.
Werfen wir einen Blick auf diesen CIE 1931-Farbraum. Er stellt Farben mit ihrer maximalen Sättigung dar. Abhängig von seiner Qualität können wir verschiedene Räume definieren, die unser Display wiedergeben kann: Rec.709, sRGB, DCI-P3 und Rec. 2020.
Sehen wir uns nun an, wie sich verschiedene Helligkeitsstufen auf diesen Bereich auswirken. Die Farbbereiche für verschiedene Helligkeitsstufen werden von der niedrigsten Helligkeit (links) bis zur höchsten Helligkeit (rechts) angeordnet.
Werfen wir einen Blick darauf, wie sich die Helligkeit auf das Farbvolumen auswirkt. Wir sehen, dass sich der Farbumfang bei geringer Helligkeit verschlechtert (der RGB-Farbraum wird viel schlechter, in der Endhelligkeit sinkt er auf fast 3 Grundfarben).
Natürlich ist das obige Bild nicht präzise und genau (da man einen solchen Helligkeitsunterschied bei einem echten Fernseher nicht erreichen kann). Dennoch vermittelt es ein grundlegendes Verständnis: Wenn der Fernseher kein hohes Farbvolumen unterstützt, verschlechtern sich die Farben bei hohen und niedrigen Helligkeitsstufen. Zu schwach, und die Farben kommen nicht zur Geltung. Wenn sie zu hell sind, besteht die Gefahr, dass sie ausgewaschen werden. Bei hohen Helligkeitsstufen wird das Bild ausgebleicht und verliert an Lebendigkeit und Details. Umgekehrt wird das Bild bei niedrigeren Werten matschig. Ein schlechter Fernsehbildschirm verhält sich genauso.
Die Farbtiefe
Lassen Sie uns nun über die Farbtiefe sprechen. Bei der Farbtiefe geht es nicht um den Farbbereich, das ist nicht der Rede wert. Die Farbtiefe funktioniert so, wie wenn Sie versuchen, ein Bild zu verkleinern. Wenn das Bild groß genug ist, führt das Herauszoomen nicht zu einem Qualitätsverlust. Oder es beginnt, einzelne Quadrate oder Pixel zu zeigen? Jedes dieser Pixel hat eine Farbe, richtig? Wie reichhaltig und vielfältig diese Farben sein können, wird durch die Farbtiefe bestimmt.
Die Farbtiefe wird durch die Schattierungen für jede Farbe (Rot, Grün und Blau) bestimmt, d. h. die Anzahl der verschiedenen Varianten jeder Farbe. Für ein 8-Bit-Bild ist dies definiert als 2 hoch 8, d. h. jede Farbe hat 256 verschiedene Schattierungen. 24-Bit und 8-Bit sind dasselbe, ebenso wie 10-Bit und 30-Bit (die 8-Bit- oder 10-Bit-Farbtiefe wird für einen Kanal angegeben, während bei 24-Bit oder 30-Bit alle Basiskanäle berücksichtigt werden).
- 8-Bit bietet jeweils 256 Farbtöne für Rot, Grün und Blau. Wenn Sie nachrechnen, sind das 16,7 Millionen Farben (256 x 256 x 256).
- Mit 10-Bit hingegen wird diese Zahl auf 1,07 Milliarden Farben angehoben.
Wenn man bedenkt, dass unser Auge nur etwa 10 Millionen Farben erkennen kann, ist es unwahrscheinlich, dass Sie den großen Unterschied zwischen 8-Bit- und 10-Bit-Farbtiefe sehen.
Aber wenn es um die Korrelation zwischen Farbtiefe und Farbvolumen geht, gibt es keine direkte Korrelation. Man kann das Farbvolumen als die Grenzen und die Farbtiefe als die innere Füllung betrachten. Eine höhere Farbtiefe verbessert zwar die Farbe mit mehr Nuancen, verschiebt aber nicht die Grenzen zu den neuen Farbräumen: Die Farbtiefe fügt Zwischentöne hinzu.
Kontrast
Das Kontrastverhältnis – der Unterschied zwischen dem dunkelsten Schwarz und dem hellsten Weiß, das ein Fernsehgerät darstellen kann – ist eine weitere komplexe Komponente. Ein Fernseher mit einem hohen Kontrastverhältnis kann feinere Details in Schatten und Lichtern darstellen und so das Farbvolumen weiter verbessern.
Dieser große Leuchtdichtebereich ist die Leinwand, auf der die Farben gemalt werden. Ohne ausreichenden Kontrast ist die Leinwand begrenzt, wodurch das Farbvolumen komprimiert wird.
Wenn der Kontrast zunimmt, erweitert sich der Helligkeitsbereich und bietet eine Spielwiese für mehr Farben bei verschiedenen Leuchtdichten. Dies ist besonders wichtig für Szenen mit komplexer Beleuchtung – eine sonnenbeschienene Landschaft in der Morgendämmerung oder das Glitzern der Lichter einer Stadt vor einem Dämmerungshimmel.
Ein Display mit geringem Kontrast wirkt unabhängig von seinen Farbfähigkeiten flach. Selbst wenn es theoretisch eine breite Farbskala abdecken kann, bleiben die Tiefe und der Reichtum der Szene ohne einen starken Kontrast auf der Strecke.
Stellen Sie sich einen Künstler mit zwei Farbpaletten vor. Die erste Palette hat eine große Auswahl an Farben, die aber alle einen ähnlichen, gedämpften Ton haben. Die zweite Palette hat zwar die gleichen Farben, aber jeder Farbton hat unterschiedliche Helligkeits- und Dunkelheitsstufen.
Mit ihrem stärkeren Kontrast ermöglicht die zweite Palette dem Künstler, eine Szene mit Tiefe, Schatten, Lichtern und komplizierten Nuancen zu schaffen. Das Farbvolumen wird hier dank des größeren Kontrastumfangs voll ausgeschöpft.
Farbvolumen und HDR
HDR und Farbvolumen stehen in einem direkten Zusammenhang. High Dynamic Range bietet, wie der Name schon sagt, einen größeren Bereich zwischen den dunkelsten und hellsten Bereichen eines Bildes. Herkömmliche Bildschirme leiden unter einem begrenzten Dynamikbereich und können die feinen Nuancen eines Sonnenaufgangs oder die tiefen Schatten einer Mondnacht oft nicht wiedergeben.
Um all dies wiederzugeben, sollten HDR-Fernseher über ein großes Farbvolumen verfügen, damit sie den hohen Dynamikbereich korrekt darstellen können.
Erfahren Sie mehr über HDR-TV im Detail.
Wie bereits erwähnt, misst das Farbvolumen, ob verschiedene Farben in verschiedenen Helligkeitsstufen wiedergegeben werden können. Ein Fernsehgerät mit einem guten Farbvolumen kann Ihnen also mehr Details zeigen.
Wenn ein solcher Fernseher HDR unterstützt und Sie HDR-Inhalte ansehen, verschlüsselt er die Metadaten und gibt genauere Farben wieder. Die meisten HDR-unterstützenden Fernsehgeräte sind mit Displays mit großem Farbvolumen ausgestattet, denn ohne ein hochwertiges Display funktioniert die Verschlüsselung der HDR-Metadaten und der Versuch, den Inhalt anzuzeigen, nicht.
Farbvolumen und verschiedene Anzeigen: LED, OLED, QLED
Das Farbvolumen steht zwar nicht in direktem Zusammenhang mit dem Displaytyp, hängt aber davon ab. Da das Farbvolumen der Farbraum mit unterschiedlichen Helligkeitsstufen ist, wird es von der Art der Hintergrundbeleuchtung und der vom Display verwendeten Emissionstechnologie beeinflusst.
- LED-Anzeigen
Herkömmliche LED-Fernseher, bei denen es sich in Wirklichkeit um mit LEDs beleuchtete LCD-Panels handelt, sind seit langem das Arbeitspferd auf dem Display-Markt. Was das Farbvolumen angeht, können LED-Bildschirme eine anständige Palette von Farben abdecken. Allerdings haben sie aufgrund ihres Hintergrundbeleuchtungssystems oft Probleme mit tiefen Schwarztönen und Spitzenhelligkeit. Das gesamte Panel wird beleuchtet, was zu einer weniger präzisen Steuerung der einzelnen Helligkeitsbereiche führt. Folglich ist ihre Fähigkeit, Farben bei unterschiedlichen Leuchtdichten darzustellen, gut, aber nicht überragend.
- OLED-Displays
OLEDs sind eine Weiterentwicklung der LED und strahlen organisches Licht ab, wenn Strom durch sie fließt. Diese einzigartige Eigenschaft ermöglicht es jedem Pixel, sein eigenes Licht zu emittieren, wodurch eine Hintergrundbeleuchtung überflüssig wird. Was bedeutet das für das Farbvolumen? Zunächst einmal dramatisch tiefe Schwarztöne, da einzelne Pixel vollständig ausgeschaltet werden können. OLEDs verfügen außerdem über einen großen Farbraum. Allerdings ist ihre Spitzenhelligkeit im Allgemeinen geringer als die von QLEDs, was ihre Leistung in den oberen Bereichen der Leuchtdichte beeinträchtigen kann. Im Spektrum des Farbvolumens zeichnen sie sich durch die Darstellung lebendiger Farben bei niedrigeren Helligkeitsstufen aus.
- QLED-Displays
Bei QLEDs handelt es sich im Wesentlichen um LED-Fernseher, die mit Quantenpunkten – nanogroßen Halbleiterpartikeln – angereichert sind, die Helligkeit und Farbe deutlich verbessern. Wenn es um das Farbvolumen geht, strahlen QLEDs hell. Die Pixel werden aus Materialien hergestellt, die eine bessere Lichtdurchlässigkeit und Farbflussselektivität aufweisen. Solche Fernsehgeräte können ein Bild mit einer Farbtiefe von 10 Bit anzeigen. Sie erreichen beeindruckende Spitzenwerte bei der Helligkeit und übertreffen in diesem Bereich manchmal sogar OLEDs. In Kombination mit einer breiten Farbskala bedeutet diese Luminanz, dass sie sowohl bei geringer als auch bei hoher Helligkeit eine breite Palette von Farben darstellen können. Da sie jedoch immer noch mit einem Hintergrundbeleuchtungssystem arbeiten, können sie nicht den unendlichen Kontrast und die tiefen Schwarztöne von OLEDs erreichen.
Wie man das Farbvolumen bewertet und prüft
Zum Testen des Farbvolumens benötigen wir ein Kolorimeter, einen Spektralbelichtungsmesser und eine Möglichkeit, Bilder mit unterschiedlicher Helligkeit auf dem Fernseher anzuzeigen.
Wie gesagt, hängt das Farbvolumen vom Farbumfang (Farbraum) ab. Es gibt keinen Grund, den Rec. 709-Farbraum zu berücksichtigen, da die meisten modernen Fernseher ihn vollständig abdecken. Es macht also Sinn, DCI P-3 und Rec.2020 zu berücksichtigen.
Wir müssen die Helligkeit des Fernsehers ändern und den verfügbaren Farbbereich bei verschiedenen Helligkeitsstufen messen. So erhalten wir eine Vielzahl von Farbbereichen für verschiedene Helligkeitsstufen, deren Kombination das Farbvolumen ergibt. Wir können es als den prozentualen Anteil des Farbraums ausdrücken, den Fernsehgeräte bei verschiedenen Helligkeitsstufen wiedergeben können.
Seit 2016 hat die UHD Alliance die Anforderung angenommen, dass Premium-Fernseher mit UHD-Auflösung mindestens 90 % des DCI-P3-Farbraums abdecken müssen. Aber das ist eine Zahl für die Farbskala, nicht für das Farbvolumen. So können sich auch heute noch Fernseher, selbst wenn sie ähnliche Farbbereiche haben, in Bezug auf das Farbvolumen erheblich unterscheiden.
Wer prüft das DCI-P3-Farbvolumen in Fernsehern
Der Hersteller kann zwar schreiben, dass der Fernseher DCI-P3 (und auch jeden anderen Farbbereich) unterstützt, aber das ist nicht ganz korrekt. Daher können unabhängige Organisationen prüfen, ob das Produkt der Norm entspricht. Eine solche Organisation ist das VDE-Institut, das sich mit der Produktzertifizierung befasst.