Abstufungen bei Farbverläufen in Mediatheken: woran liegts?

[wern001]

nennt sich (color)banding. verursacht durch zu starke komprimierung und/oder durch unzureichende farbtiefe bei der aufnahme, bei der verarbeitung oder anzeige. bei standard 24bit farben/display kann man nur 256 abstufungen pro farbkanal darstellen.

unzureichende Farbtiefe ist fast immer schwach sinn.
z.B erzeugt der AMD und Nvidia hardware h.265 codec auch diese Farbtonabrisse in 8 bit. Das gleiche Filmmaterial in der CPU-Version des Codec erzeugt keine Farbtonabrisse.
Stellt man den Nvidia auf 10 bit Farbtiefe um dann sind die Tonwertabrisse auch weg.
Also Codec-Fehler

 

[0x8100]

das gilt nur für die annahme, das du 8bit input kodieren willst, der alleine aufgrund dieser limitierung banding enthalten kann. hast du 10bit input mit farbverläufen, die in 8bit nicht verlustfrei repräsentiert werden können, bringt dir auch die cpu-variante des codecs nichts.

die beachtung der farbtiefe in der gesamten kette kommt immer zuerst, da bringt sonst die beste technik nichts. der anfang in der verabeitungskette ist hier in diesem thread die kamera der doku und die hat ganz bestimmt nicht in 8bit aufgenommen. egal wie gut die bearbeitung war, spätestens beim kodieren des streams für die mediathek gehen informationen verloren und wir sehen banding.

 

[Pitt_G.]

keine Ahnung was der Zuspieler ist
deep colour und xvcolour soll da was richten, passende HDMI kabel u.U. auch vorausgesetzt. Und testweise mal zwischen 60 50 und falls möglich 24 fps rumspielen
bei Blu Ray gabs mal mastered in k
ich nutz selber atv hd, an fullhd

 

[0x8100]

eine 10bit hdmi-verbindung bringt dir nichts, wenn der content nur 8bit ist mit der framerate hat das zudem nichts zu tun.

 

[Pitt_G.]

wenns high profile ist kann nach meinem.Verständnis die Bitrate auch kleiner sein, bei 24 fps sowieso

Ergänzung (7. Februar 2021)

@0x8100 atv liefert ycbr in 4:4:4 Bzw rgb low und high, bei fullhd wobei sie dort explizit high speed kabel wollen

 

[0x8100]

das video hat 25fps. an dem wert kannst du nichts verändern. ob du dein display mit 24, 50 oder 60fps ansteuerst ist dem stream herzlich egal.

je höher das profil, umso kleiner kann die bitrate bei gleicher qualität oder die qualität höher bei gleicher bitrate werden - das ist richtig. allerdings ist auch das etwas, worauf man bei einem stream keinen einfluss nehmen kann

auch das farbmodell und die farbunterabtastung, mit der du dein display ansteuerst, hat keinen einfluss auf die im stream gespeicherten infomationen. ein rumspielen an den settings des hdmi-links ist hier bei diesem problem unnötig.

übrigens ist das video auch noch "limited", also statt der 0-255 helligkeitswerte bleiben nur noch 16-235 übrig. eine weitere einschränkung, die die qualität vermindert.

 

[Pitt_G.]

und wenn ich schon immer Unterwasser bezüglich dem thema, les, wellen können es keine sein?

Ergänzung (7. Februar 2021)

lichtmangel inklusive

 

[lokon]

Die ARD stream z.B. nur mit maximal 2,5 MBit/s

8 Milliarden Gebühren jährlich in alle wichtigen Bereichen einfließen

Warum die Streaming bzw. Mediathekinfrastruktur sich nicht an die eigenen Qualitätsstandards hält - das wissen bestimmt die beteiligten "Entscheider" und/oder Rundfunkrat.
Bei der Einführung von HDTV gab es diverse Tests, Bitratenempfehlungen usw.
auch Corona-Reduzierung (hier)

ARD, ZDF und Rundfunkanstalten sollten eigentlich diese Expertise haben - denn es wird auch international zusammengearbeitet - EBU - und die technischen Entwicklungen werden über Mitgliedschaft in Interessengruppen und Standardisierungsgremien gesteuert.
EBU, DVB oder das IRT hat diverse interne aber auch öffentliche Dokumente, Studien, Konferenzberichte usw.
Einige Dokumente bzw. "einschlägige Bücher" sind von Mitarbeitern/"Direktoren" der technischen Abteilungen der Sender. (bsp)

Dies hier hat quasi "Bitraten für UHD mit HEVC" bzw. auch HD mit HEVC 1ter bzw. 2ter "Kodiergeneration" - 3.25Mbit/s bzw. 2.1Mbit/s (1080p50) ; 10/6.5Mbit für 2160p50
hier sind 6Mbit für HD mit H264 "empfohlen".

Mit LeserbriefenEmail oder direkten @ .... tweet auf die Social Media Abteilung gibt es vielleicht sogar eine unbefriedigende Reaktion.


Das "Problem" : "richtige" Hardware - der ganzen Gerätekette - und deren Einstellung/Kalibrierung die außerdem das Problem verschärfen kann - sollte natürlich nicht ignoriert werden.
"Nvidia debanding/dithering hack" , De-Banding Filter/shader-based De-Banding gibt es ja für verschiedene Systeme in Hard- und Software - schon bei der MPEG2 Hardware-Dekodierung gab es bei manchen Geräten (TV bzw. DVD-Spielern) so etwas, die ganzen "AI" Filter in Fernsehern sollten auch so etwas haben - das ist ein Unterschied zwischen TV mit "Bildverbesserungen" und eine PC-Monitor ohne diese.

 

[0x8100]

und wenn ich schon immer Unterwasser bezüglich dem thema, les, wellen können es keine sein?

hast du schon mal unter wasser wellen gesehen? die zeigen sich gewöhnlich erst an der oberfläche

das problem hast du quasi überall, wo die 256 helligkeitsstufen nicht ausreichen. unter wasser, blauer himmel - selbst in spielen kannst du das haben. random bilder aus dem netz:

 

[Pitt_G.]

@0x8100 hab mir das video mal angesehen, ich würde sagen, dass schon die Aufnahme mit ursächlich ist, einfach zu dunkel

 

[0x8100]

o_O die aufnahme ist nicht zu dunkel, die verwendete technik erlaubt nur nicht die unterscheidung in genug helligkeitswerte (+ zu starke komprimierung, die das problem weiter verstärkt)... das selbe problem hast du wenn du einen hellblauen himmel hast.

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[DeusoftheWired]

Hier wiederum mein Beispielsfilm (in höchster Auflösung): https://arteptweb-a.akamaihd.net/am...VA_05549745_MP4-2200_AMM-PTWEB_1UKUH8TF7v.mp4

Das sagt MediaInfo zum Video:

Spoiler

General
Complete name                            : \bitratenfarbverläufebeispielfilm.mp4
Format                                   : MPEG-4
Format profile                           : Base Media / Version 2
Codec ID                                 : mp42 (isom/mp42)
File size                                : 864 MiB
Duration                                 : 52 min 13 s
Overall bit rate mode                    : Variable
Overall bit rate                         : 2 311 kb/s
Encoded date                             : UTC 2021-01-25 16:46:05
Tagged date                              : UTC 2021-01-25 16:46:05

Video
ID                                       : 1
Format                                   : AVC
Format/Info                              : Advanced Video Codec
Format profile                           : Main@L3.1
Format settings                          : CABAC / 3 Ref Frames
Format settings, CABAC                   : Yes
Format settings, Reference frames        : 3 frames
Codec ID                                 : avc1
Codec ID/Info                            : Advanced Video Coding
Duration                                 : 52 min 13 s
Bit rate mode                            : Variable
Bit rate                                 : 2 200 kb/s
Width                                    : 1 280 pixels
Height                                   : 720 pixels
Display aspect ratio                     : 16:9
Frame rate mode                          : Constant
Frame rate                               : 25.000 FPS
Standard                                 : PAL
Color space                              : YUV
Chroma subsampling                       : 4:2:0
Bit depth                                : 8 bits
Scan type                                : Progressive
Bits/(Pixel*Frame)                       : 0.095
Stream size                              : 815 MiB (94%)
Encoded date                             : UTC 2021-01-25 16:46:07
Tagged date                              : UTC 2021-01-25 16:46:07
Color range                              : Limited
Color primaries                          : BT.709
Transfer characteristics                 : BT.709
Matrix coefficients                      : BT.709
Codec configuration box                  : avcC

Audio
ID                                       : 2
Format                                   : AAC LC
Format/Info                              : Advanced Audio Codec Low Complexity
Codec ID                                 : mp4a-40-2
Duration                                 : 52 min 13 s
Bit rate mode                            : Variable
Bit rate                                 : 125 kb/s
Maximum bit rate                         : 361 kb/s
Channel(s)                               : 2 channels
Channel layout                           : L R
Sampling rate                            : 48.0 kHz
Frame rate                               : 46.875 FPS (1024 SPF)
Compression mode                         : Lossy
Stream size                              : 46.8 MiB (5%)
Encoded date                             : UTC 2021-01-25 16:46:07
Tagged date                              : UTC 2021-01-25 16:46:07

Also wenig überraschend der Standard H.264, Main@L3.1, PAL, YUV, 4:2:0, 8 Bit. Bin auch nach einigen Suchtreffern dazu unschlüssig, wieviel das Color range limited mit der ganzen Sache zu tun hat.

 

[0x8100]

Color range limited bedeutet im gegensatz zu full dass nicht der gesamte mögliche bereich von 0-255 genutzt wird sondern nur der bereich von 16-235. damit verringert sich die anzahl der darstellbaren helligkeitswerte noch einmal.

relevant ist das z.b. auch beim anschliessen eines pc (default: full rgb) an einen tv (default: limited rgb) bei einer 8bit ansteuerung. wenn das nicht übereinstimmt, hat man entweder ausgewaschene farben oder sogenanntes crushed black, d.h. dunkle bereiche saufen zu früh ins komplett schwarze ab.

 

[DeusoftheWired]

Ah, also doch die Geschichte mit 0–255 VS. 16–235. Danke!

 

[lokon]

Bin auch nach einigen Suchtreffern dazu unschlüssig, wieviel das Color range limited mit der ganzen Sache zu tun hat.

0–255 VS. 16–235

Ich denke das spielt für Banding keine Rolle - die "color range limit" ist auch in HDTV weiter standardisiert - rec 709 - und bei 8 und 10 bit coding (!) spezifiziert (itu rec 709 pdf) , 10bit black level: 64, 10bit peak: 940 bei RGB; bei YCbCr 64-960. [1]

Das "echte Bild" wird durch die Darstellung in einer Wiedergabekette mit verschiedenen Farbräumen und Pixeldarstellungen irgendwie immer verändert und muss durch Mastering-Techniken dagegen "immun" sein.
Bei HDMI sind wegen den Farbraum-Umrechnereien und den möglichen Verlusten und Ungenauigkeiten dabei vermutlich die anderen Standards immer hinzugekommen.
siehe wikipedia-en : YUV 4:2:0 statt RGB zB (entfallene Konvertierung -> weniger Lag durch Signalverarbeitung) ; bei der Hardware-Videobeschleunigung bzw. der Videowiedergabe im Grafiktreiber benutzen unterschiedliche Hersteller auch unterschiedliche Pixel-Anordnungen - neben den verschiedenen Farbräumen/-standards docs-microsoft
Deshalb gibt es dann Farbkalibrierungen (u. a. Weißabgleich, Schwarzabgleich...) - zwischen 6bit interner LUT bei billig Panels und 14bit Spezialpanel ist die Hardware nicht gleich - Color Grading Fehler bzw. Ausbesserungen sind bei Filmmaterial fast alltäglich

[1] Oft ein Grund:
Bestimmte Algorithmen funktionieren in bestimmter Darstellung besser - Ursache Mathematik - #InMatheIstFastJederSchlecht - wikipedia YUV oder die Informationen können durch Algorithmen "rekonstruiert" werden (filmgrain, dithering) - und am Ende optimiert das Gehirn - dazu dann psychovisuelle bzw. psychoakustische Benchmarks von Video- und Audiocodecs.

 

[0x8100]

das limited ist quasi nur noch das i-tüpfelchen bei der reduktion des farbbereichs. gefilmt wird in 10/12bit und schlussendlich musst du das material auf ganze 220 helligkeitswerte runterrechnen. dabei tritt zwangsweise banding auf, das man mit dithering zwar zu einem gewissen grad kaschieren kann, was aber spätestens durch zu starke komprimierung wieder sichtbar wird.

 

[0ssi]

unzureichende Farbtiefe ist fast immer schwach sinn.
z.B erzeugt der AMD und Nvidia hardware h.265 codec auch diese Farbtonabrisse in 8 bit.

Was soll das für eine Aussage sein, dass Content mit 8 bit Farbtiefe auch in h.265 Color Banding hat ?
Damit bestätigst du doch nur die vorherige Aussage, dass es an der unzureichenden Farbtiefe liegt !?

Das gleiche Filmmaterial in der CPU-Version des Codec erzeugt keine Farbtonabrisse.

Wie soll das technisch gehen ? Wenn Content mit 8 bit Farbtiefe auf einmal kein Color Banding hat
dann muss man doch per Software nachhelfen aber diese "Dithering Filter "zeichnen das Bild weich.

Stellt man den Nvidia auf 10 bit Farbtiefe um dann sind die Tonwertabrisse auch weg. Also Codec-Fehler

Was ist "den Nvidia" ? Ich hoffe du meinst nicht die Farbtiefe in den Anzeigen Einstellungen ?

 

[wern001]

Es geht um das gleiche ausgangsmaterial wenn man es mit AMD oder Nvidia mit 8 bit GPU codiert entstehen gelegentlich bei feinen Farbabstufungen Tonwert abrisse bei der CPU Version des h.256 codes entsteht das nicht.

 

[0ssi]

selbst in spielen kannst du das haben. random bilder aus dem netz:

Da stellt sich grundsätzlich die Frage ob diese Texturen überhaupt in 10 bit Farbtiefe vorliegen (müssen)
und ob das Color Banding einfach nur daran liegt weil der User einen Monitor mit 8 bit Farbtiefe hat !?
Weil dann läuft Windows auch nur mit 8 bit und Spiele werden wohl nur mit 8 bit ausgegeben werden !?
Hätte ein User mit 10 bit Monitor evtl. kein Color Banding und falls doch liegt es an den Spiel Texturen ?

Ergänzung (7. Februar 2021)

Es geht um das gleiche ausgangsmaterial wenn man es mit AMD oder Nvidia GPU codiert entstehen gelegentlich bei feinen Farbabstufungen Tonwert abrisse bei der CPU Version des h.256 codes entsteht das nicht.

Um welches Ausgangsmaterial ? 10 bit Content ? Was für eine Codierung ? Wiedergabe ? Kompression ?
Egal wie stark man 10 bit komprimieren würde, es dürfte doch kein Color Banding wie bei 8 bit enstehen.
Allerdings könnten Kompressionsartefakte entstehen die Farbübergänge partiell grober wirken lassen !?

 

[wern001]

mit 8 bit h.256 GPU codiert (amd und nvidia das gleiche bild)

ausgansmaterial

so sieht es mit 8 bit h.256 CPU-Codiert aus

meist fällt es gar nicht auf ist halt an dieser Scene extrem. den nvenc kann man auf 10 bit einstellen dann tritt das problem nicht auf