In der Trickkiste der Datenreduzierung schlummert so manches Werkzeug. 4:4:4, 4:2:2 oder 4:2:0 sind Abstufungen von voller Farbauflösung bis zu deutlicher Reduzierung, die zeigt, wie man an den Farben spart. Der Sparwille ist natürlich technisch bedingt, Digitalisierung lässt gegenüber der analogen Speicherung den Speicherbedarf massiv explodieren. Das kann bis zu 20 Mal so viel werden, als Videos noch auf Tape (Videokassetten) aufgezeichnet wurden, konnte man das sehr direkt feststellen. Diese Datenmengen ließen sich weder sinnvoll aufzeichnen (volle Digitale Dateninformation hätte die Aufnahmedauer von Videokassetten auf einen Bruchteil reduziert) noch war es möglich, diese Datenmengen sinnvoll über Antenne zu senden oder über Kabel in die Haushalte zu transportieren. Vom Internet ganz zu schweigen...
Historisch betrachtet hatte das Chroma Subsampling (chrominance subsampling) auch mit der Kompatibilität zu tun. Als nämlich die Farbfernsehsysteme weltweit eingeführt wurden, musste man ein schonendes Verfahren finden, damit einerseits keine zusätzlichen Fernsehfrequenzen für Farbübertragung notwendig wurden, andererseits nicht all die Besitzer von Schwarzweißfernsehern ihre Geräte verschrotten mussten. So wurden im Prinzip Schwarzweißfernsehbilder mit einem Farbträger überlagert, also quasi coloriert. Auch hier wurde die Farbinformation mit geringerer Bandbreite übertragen, als die Schwarzweißinformation.
Nichts viel anders arbeitet das digitale HD Amateurformat HDV, welches mit einem recht dünnen 4:2:0 auskommt. Wegen der stark reduzierten Farbwiedergabe wird diese Farbtiefe auch nicht in den Pflichtenheften der Fernsehanstalten zugelassen. Was das heißt? Nun in HDV gedrehte Filme werden von Fernsehanstalten in der Regel nicht akzeptiert, also nicht gekauft und auch nicht gesendet. Ausnahmen sind vielleicht historisch bedeutende Aufnahmen von besonderem Wert.
Reduzierung bei der Farbinformation
Aus diesem Grunde wurden vielfältige Wege gesucht und auch bis heute angewendet, die Datenmengen zu verkleinern. Einer davon ist die sogenannte Farbtiefe. Wie kommen die Kamerahersteller überhaupt dazu, einfach einen Teil der Farbinformationen weglassen zu wollen. Das nämlich geschieht beim Subsampling. Nun Forscher haben herausgefunden, dass Menschen Helligkeitsunterschiede viel präziser erkennen können als Farbunterschiede. Das hat mit der Menge an Stäbchen und Zapfen auf unserer Netzhaut zu tun (s.u.). Aus diesem Grunde versucht man um Daten einzusparen, bei Fotos und Videoaufnahmen möglichst mehr Informationen über die Helligkeitsunterschiede als über die unterschiedlichen Farben festzuhalten.
Möglichkeiten und Grenzen
Bei 4:4:4 werden alle Farbinformationen aufgezeichnet, das ist ideal, braucht aber viel Speicherplatz. 4:2:2 stellt eine geringfügige Reduzierung dar und 4:2:0 noch mal eine weitere Reduzierung. Wie macht sich das bemerkbar? Nun, man könnte zum Beispiel vergleichen, ob sich bei den geringeren Farbsampling-Raten die verschiedenen Farben bei Verläufen noch als weiche Übergänge oder bereits als voneinander abgesetzte Farbbereiche darstellen. Man spricht in dem Zusammenhang von "Banding", wenn also statt eines weichen Farbverlaufs lauter einzelne Farbbereiche nebeneinander abgebildet werden.
Wenn man 4:2:0 mit 4:2:2 vergleicht, so werden einem fast keine Unterschiede auffallen. Man kann also wenn man keine extremen Lichtverhältnisse hat, problemlos mit 4:2:0 aufnehmen, der Kompromiss ist akzeptabel. Sind aber die Kontrastunterschiede hoch, ist 4:2:0 eher problematisch. Und was noch viel wichtiger ist, für professionelle Zwecke wird 4:2:0 weder bei Fernsehanstalten noch bei Netflix Ankäufen oder Eigenproduktionen akzeptiert.
Chroma Subsampling findet man übrigens nicht nur bei Videoaufnahmen und Übertragungen sondern auch bei verschiedenen Fotografieformaten wie beispielsweise JPG. Alle Aufzeichnungsmodelle bei denen Helligkeit und Farbe getrennt behandelt werden, können theoretisch mit Chroma Subsampling arbeiten. Man darf das Verfahren nicht verteufeln, im Gegenteil, es hilft uns, dass wir Videodateien auch auf nicht Top-Leistungsrechnern betrachten und bearbeiten können. Außerdem fallen die Unterschiede zwischen 4:4:4 und 4:2:2 nur in Extremsituationen wirklich auf. 4:2:0 und 4:1:1 können beispielsweise beim Keyen, also dem digitalen Stanzen von Personen oder Objekten vor grünem oder blauem Hintergrund, zu Problemen führen.
Letztlich macht sich dieses Verfahren nur Eigenschaften der menschlichen Wahrnehmung zunutze,das kann man schon allein an der Anzahl der Sinneszellen im Auge erkennen. Während unsere Netzhaut mit etwa 120 Millionen Stäbchen besetzt ist, die für die Helligkeitsunterschiede zuständig sind, finden sich in ihr lediglich Sechs Millionen Zapfen, welche die Farbwahrnehmung übernehmen. Man kann also sagen, dass die Evolution bei uns Menschen bereits vor langer, langer zeit eine Art Chroma-Subsampling (Farbunterabtastung) eingeführt hat.
Im Idealfall nehmen wir die Reduzierung in der Farbinformation wenn sie sich in gewissen Grenzen hält, gar nicht wahr. Dabei werden die Algorithmen immer raffinierter, so können 4 K Videos heute mit nahezu gleichen Dateigrößen gespeichert werden wie früher 2K Videos. Es muss also nicht immer die volle RAW Farbauflösung sein, die ein überzeugendes farbiges Bilderlebnis ermöglicht. Profis jedoch sollten eine möglichst hohe Farbtiefe (4:2:2 oder 4:4:4) anstreben, damit sie ihre Aufnahmen auch tatsächlich an Fernsehsender und Streamingdienste verkaufen können.
