RAW-Daten wie sie 1. aus der Kamera kommen, 2. im de-bayering Farbe und 3. in der Korrektur Kontrast und Ausdruck bekommen

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So genannte Single-Chip HD Kameras wie die D21, die Red One und andere arbeiten, so wie digitale Spiegelreflexkameras nicht mit drei getrennten Chips für jeden Farbauszug (RGB), sondern mit einem einzigen C-MOS Sensor, bei dem dicht nebeneinander liegende für unterschiedliche Farbanteile sensibilisierte Fotodioden jeweils die Informationen für Rot, Blau (jeweils eine Fotodiode) und Grün (2 Fotodioden) nutzen, um daraus ein Farbbild zu erzeugen.

Daraus werden später nach einer festgelegten Matrix die farbigen Pixel des späteren Bildes berechnet, die Struktur, nach der dies geschieht, wird Bayer-Muster genannt. Bevor dies geschieht, ist das Bild zunächst schwarzweiß und ohne den späteren Kontrast vorhanden. Die Bilddaten sind also noch roh, nicht interpretiert, deshalb nennt man sie auch RAW-Daten.

Das Bild wird noch nicht als separierte RGB Auszüge ausgeliefert, sondern als nicht interpretiertes Schwarzweißbild. Dieses Verfahren erinnert ein wenig an den analogen Film, wo wir es zunächst auch mit einem Negativ zu tun haben, welches erst lichtbestimmt und farbkorrigiert werden muss.

Farbtiefe und Bildinformationen

Wenn eine Kamera die Daten in MPEG ausgibt, so haben diese zumeist 8 Bit Farbtiefe, was 256 Helligkeitsstufen entspricht. Speichert die gleiche Kamera die Daten aber im RAW Format ab, so sind je nach internem Prozessor 10,12 oder gar 14 Bit möglich, was bis zu 16.384 Helligkeitsstufen entspricht. Im RAW Modus greift die Kamera weitgehend lediglich auf die Parameter Empfindlichkeit und Belichtung zu. Alle anderen Einstellungen wie Farbtemperatur, Farbsättigung, Kontrast oder auch adaptive Schärfe, werden erst später außerhalb der Kamera per Software vorgenommen.

(Ausschnitt aus dem obigen rechten Bildteil) Der CMOS Chip misst eigentlich nur Helligkeitswerte, liefert also ein Schwarzweiß-Bild. Durch die Sensibilisierung mit Farbfiltern, die im Herstellungsprozess aufgebracht werden, sind benachbarte Photodioden jeweils für ROT, Blau und zweimal Grün sensibilisiert. Diese Sensibilisierung ist hier symbolhaft dargestellt, tatsächlich sind die Filter pixelgroß.

Im MPEG Format sind all diese Parameter bereits enthalten, wodurch nachträgliche Veränderungen schwieriger und verlustreicher sind, was die Bildqualität angeht. Vorteilhaft ist die Verwendung von RAW Dateien auf jeden Fall, sie macht sich besonders bemerkbar in den Grenzbereichen der Belichtung, also in den hellsten Lichtbereichen und den dunkelsten Schattenzonen.

Leider legt jeder Kamerahersteller ein eigenes Format für die RAW Dateien an, weshalb man entweder auf proprietäre Software des Herstellers oder auf die breite Palette an möglichen Eingabeformaten der Schnittsoftware angewiesen ist. Rechnet man die Formate von Fotokameras dazu, welche inzwischen ja oftmals auch in der Lage sind, Videos in HD aufzunehmen, existieren über 100 verschiedene RAW Formate. Adobe bemüht sich mit DNG einen Standard zu etablieren, doch ob sich die Industrie auf so etwas einigen wird, steht in den Sternen.

Pixel

Was die Bildinformationen angeht, so reduziert sich diese um etwa 1/3 bis 1/4. Ein Chip einer Single-Chip Kamera der theoretisch 2 Millionen Pixel hat, kann daraus also ein Farbbild von etwa 1,43 bzw. 1,5 Millionen Pixel errechnen.

Die unterschiedliche Sensibilisierung bewirkt andere Auswertungen der Helligkeit, jeweils im Rot, Grün und Blau. Während hier schematisch drei Bereiche des Bildes gezeigt werden, sind auf einem CMOS Chip jeweils benachbarte Pixel nach dem Bayer-Muster (Pattern) für die Grundfarben sensibilisiert.

Es hängt stark von den Algorithmen der nächsten Bearbeitungsschritte ab, wie gut das Bild dann aussieht, dadurch, dass dieser Vorgang bewusst außerhalb der Kamera geschieht, sind die Einflussmöglichkeiten der Anwender deutlich größer, als wenn diese Aufgabe den Presets eines Kameraherstellers überlassen wird. In diesem De-Bayering Prozess müssen nicht nur die Farbwerte berechnet werden, sondern auch weiche Übergänge erzeugt werden, die pure technische Abgrenzung der Chips würde zu einem sterilen, unansehnlichen Ergebnis führen.

RAW-Daten, bei denen das De-Bayering fehlt, sind deshalb zunächst eher unansehnlich, enttäuschen den Betrachter, weil die wichtigen Auswertungsschritte noch nicht erfolgt sind. Die Beurteilung dessen, was man gerade dreht, ist damit eigentlich weitgehend auf den Bildausschnitt beschränkt sagt aber nichts über die Bildwirkung aus.

Für eine ansprechendere Betrachtung gibt es sogenannte Look-up-tables (LUT), mit denen man etwa am Laptop oder an geeigneten Monitoren die vorläufige Wirkung des Bildes simulieren kann.

Wie RAW ist RAW?

Damit man im Sucher (hier bei der RED im HD-Workshop von Filmstudenten an der m-hmk) kein flaues RAW-Schwarzweissbild sondern ein Farbbild sehen kann, verfügt der Monitor über LUTs, die ein mögliches Endergebnis simulieren.

Wie so oft in der Welt der Industrie gibt es auch bei RAW enorme Unterschiede. Die Datenformate von Kameras wie RED, SI-2K, ARRI D20/D21, DALSA, Viper (LDK 7500), HDW F900, F35 oder Weisscam unterscheiden sich erheblich. Einige haben ihrer mitgelieferten Software entsprechende Namen gegeben, wie etwa Redcode RAW.

Ein besonderer Vorteil von RAW-Dateien ist ihre Datenmenge, die ist nämlich deutlich geringer als die eines interpretierten Bildes. So benötigt man nur etwa 30-40 % an Speicher gegenüber den interpretierten Dateien im unkomprimierten RGB Format. Deshalb müssen die RAW Dateien viel weniger oder bei manchen High-End Kameras sogar überhaupt nicht komprimiert werden. 

(Man darf hier natürlich nicht stark komprimierte Aufnahmen mit RAW vergleichen, MPEG schmeißt jede Menge Bildinformationen einfach weg.) Ja,- Sie lesen richtig, bei vielen Anbietern (auch bei RED) sind nämlich auch RAW-Dateien komprimiert, damit die Kameraprozessoren die Datenmengen überhaupt verarbeiten können. Nur ganz wenigen High-End Geräte geben unkomprimierte RAW Dateien (etwa die Arri D21) aus. Häufig werden die Daten wegen der großen Datenmenge über zwei HD-SDI Buchsen ausgegeben und zu einem entsprechenden Festplattenrekorder weitergeleitet. Man hat also mit dem Nachteil zu leben, dass von der Kamera mehrere Kabel wegführen zu einem abgesetzten Geräteteil, was die Beweglichkeit etwas einschränkt.

Für die Farbkorrektur sind RAW Dateien genial, weil sie die maximale Steuerung des Bildes erlauben und auch Problemaufnahmen, die man bei einer herkömmlichen Kamera vielleicht nicht mehr verwenden würde, manchmal noch nutzbar werden lassen.

Bei RAW Dateien kann man auf Informationen im Bild zurückgreifen, die tatsächlich enthalten sind und kann davon ausgehend, Helligkeit, Kontrast und Farbtemperatur korrigieren. Bei bereits interpretierten Dateien, wie MPEG (oder beim Foto JPEG) ist an den betreffenden Stellen, an denen man korrigieren möchte, bereits ein fester Wert gesetzt, den kann man dann nur noch bedingt verändern.

Gradation / Gamma

Arris D21 ist in der Lage, RAW Dateien sogar unkomprimiert auszugeben

RAW Dateien sind linear, sie besitzen noch keine flache oder steile Gamma-Kurve. Das ist grundsätzlich anders als bei Filmmaterial oder klassischen Videokameras mit Presets. Das muss für RAW-Dateien erst später per Software geschehen.

Das bedeutet, dass man dem Bildmaterial erst beibringen muss, wie es sich an den Grenzbereichen hin zur Über- oder Unterbelichtung verhalten soll, und wie differenziert oder wie knackig die Werte dazwischen vom Kontrast her dargestellt werden sollen.

Spitzenwerte in einzelnen Farbkanälen kann man abschwächen, um die Gefahr des gefürchteten Clippens, des technischen Weiß ohne jede Differenzierung zu umgehen. Dennoch gilt auch bei RAW-Aufnahme- man sollte unbedingt das Clippen vermeiden, lieber etwas unterbelichten, als in den Spitzen Probleme zu bekommen. Noch sind HD Kameras hinsichtlich ihres Kontrastumfangs noch weit von dem Spielraum analogen Filmmaterials entfernt.

Kompression

Je nachdem, in welchem Format das Endprodukt des fertigen Filmes als Master ausgespielt wird, findet bei Verwendung von RAW Dateien die finale Kompression erst in der Postproduktion statt, wo meistens bessere, aufwändigere Interpolationen für bessere Ergebnisse und weniger Artefakte sorgen.