14-bitarsbluffen!

[DavidBerg]

Vad säger ni? Är det onödigt med 14-bitarsfiler hos Nikonkameror (och andra digitalkameror också för den delen)?

Teorin enligt denna sida (som jag bara skummat igenom) är att bruset är mer än två bitar hos 14-bitars bilderna. Här ett citat:

Curiously, all the 14-bit cameras on the market (as of this writing) do not merit 14-bit recording. The noise is more than four levels in 14-bit units on all of these cameras (Nikon D3/D300, Canon 1D3/1Ds3 and 40D); the additional two bits are randomly fluctuating, since the levels are randomly fluctuating by +/- four levels or more. Twelve bits are perfectly adequate to record the image data without any loss of image quality, for any of these cameras (though the D3 comes quite close to warranting a 13th bit)

http://theory.uchicago.edu/~ejm/pix/20d/tests/noise/noise-p3.html

Att 14-bitars bilder skulle vara mer robusta mot posterisering är heller inte sant. Man kan lägga på 2 bitars brus på 12-bitars bilden för att uppnå samma "skydd" mot posteriserade bilder.

Förövrigt en mycket intressant sida, som dock kräver lite tid inser jag.

 

[Johannes-S]

Ja, det stämmer och är välkänt inom sensorbranschen sedan länge. Däremot ligger det en viss sanning i att extra bitar hjälper mot posterisering. Visserligen kan man lägga på extra bitar med brus i efterbehandlingen men det är enklare att göra det direkt i sensorn.

 

[sarnor]

Sedan får vi även ta med det faktum att när vi har 12 bitar är också då 2 bitar brus, det handlar helt enkelt om precisionen i A/D omvandlingen.

Så med en ruskigt bra A/D omvandlare skulle du klara dig med färre bitar, men det är både enklare och billigare att använda lite fler bitar i signalkedjan.

Men visst skulle det gå att strippa de två lägsta bitarna i kameran, vilket antagligen är precis vad Nikon redan gör.

Men vi får även tänka på att de bästa kamerorna idag faktiskt ger 13 bitar riktigt data, tänker på Nikon D3X som enligt DxO har ett dynamiskt omfång på 12.84 EV.

 

[DavidBerg]

Sedan får vi även ta med det faktum att när vi har 12 bitar är också då 2 bitar brus, det handlar helt enkelt om precisionen i A/D omvandlingen.

Så med en ruskigt bra A/D omvandlare skulle du klara dig med färre bitar, men det är både enklare och billigare att använda lite fler bitar i signalkedjan.

Men visst skulle det gå att strippa de två lägsta bitarna i kameran, vilket antagligen är precis vad Nikon redan gör.

Men vi får även tänka på att de bästa kamerorna idag faktiskt ger 13 bitar riktigt data, tänker på Nikon D3X som enligt DxO har ett dynamiskt omfång på 12.84 EV.

Jag är som sagt inte så insatt men i artikeln står att i 14-bitarsbilderna så är de två lägsta bitarna brus och att A/D omvandlingen i sig ger försumbart tillskott till bruset, enligt samma artikel ca 0,3 kvantiseringssteg. Bruset är alltså i storleksordningen 2^2 / 2^14 = 2^-12 av totala signalen. Att sampla den signalen med 12-bitar istället skulle inte ge 2 bitars brus utan 2^-12 * 2^12 = 1 bit om jag förstått saken rätt?

När artikeln skrevs fanns nog inte D3x och han skriver att ingen av dagens (läs gårdagens ;-) ) kameror kräver 14-bitar, D3 är den som kommer närmast att behöva en 13:e, jag tolkar det som att D3/D700 alltså ger lika bra/dålig bildkvalité med 12 bitar som 14 bitar. Kanske dags att ställa om kameran till 12-bitars igen då?

Ja, det stämmer och är välkänt inom sensorbranschen sedan länge. Däremot ligger det en viss sanning i att extra bitar hjälper mot posterisering. Visserligen kan man lägga på extra bitar med brus i efterbehandlingen men det är enklare att göra det direkt i sensorn.

Det enda som låter lite lurigt är det där med posterisering, jag håller med om att det låter smart att lägga till det direkt i sensorn om man ändå har det tillgängligt så att säga. Men man skulle ju kunna klara sig med 12-bitars råfiler och låta råhanteraren i datorn lägga in två bitar med slumpmässiga värden. Borde ju spara både lagringsutrymme och processorkraft i kameran?

Kanske bara man förbereder sig för framtiden? Om det som Sara skrev stämmer så behöver ju redan D3x 13-bitar och med allt mindre brus på framtida kameror så behövs kanske snart 14 bitar, men än så länge är 14 bitar bluff.

 

[The_SuedeII]

Det stämmer i stort, men det som Emil "glömmer" att nämna är att kvantiseringsbruset för en 12-bit AD är betydligt högre än 0.3 bitar, det ligger snarare upp mot och över 0.5 bitar.

Skillnaden kan tyckas vara löjlig, men innebär faktiskt att de flesta "12-bitars" AD omvandlare inte KAN hålla en högre nogrannhet än 11 bitar (+/- 0.5 bitar i osäkerhetsfaktor!)

Så visst, om världen bestått av perfekta digitala sanningar så hade det räckt med 12 bitar i raw-filen. Nu gör den inte riktigt det. En 14-bit fil ger ungefär 13 bitars värdessäkerhet, och det är ungefär vad man behöver.

 

[DavidBerg]

Det stämmer i stort, men det som Emil "glömmer" att nämna är att kvantiseringsbruset för en 12-bit AD är betydligt högre än 0.3 bitar, det ligger snarare upp mot och över 0.5 bitar.

Skillnaden kan tyckas vara löjlig, men innebär faktiskt att de flesta "12-bitars" AD omvandlare inte KAN hålla en högre nogrannhet än 11 bitar (+/- 0.5 bitar i osäkerhetsfaktor!)

Så visst, om världen bestått av perfekta digitala sanningar så hade det räckt med 12 bitar i raw-filen. Nu gör den inte riktigt det. En 14-bit fil ger ungefär 13 bitars värdessäkerhet, och det är ungefär vad man behöver.

Jag är dåligt insatt själv men han har alltså fel när han skriver att

"Averaging the quantization error over a uniformly distributed set of input values will yield an average quantization error of about 0.3 of the quantization step. Thus, quantization error is negligible in digital imaging provided the noise exceeds the quantization step. "

Spontant utan att förstå teorin i detalj kan jag inte se hur kvantiseringsfelet någonsin skulle kunna bli större än 0.5 bitar, det borde väl vara ett absolut max? Jag tycker också att det känns rätt som han skriver att det i medeltal borde bli mindre än 0.5 bitar. Så 0.3 låter inte orimligt i mina öron.

 

[Falumas]

Nästan all digitalbehandling görs i fler bitar än vad slutresultatet är. Vid kameror är sensorn och viss del av digitalbehandlingen i fler bitar än vad som levereras i RAW-filen. Detta ger flera fördelar men också nackdelen att vid konverteringen till färre bitar skapas brus. Vid musik sker nästan all mixning i höga bitrates för att sedan hamna på en CD med bara 16-bitar. Vid nerkonverteringen där så finns det massor med olika ditherings-metoder som alla använder sista biten till att lägga på olika sorters brus.
Vad spelar då 1 eller 2-bitsbrus för roll på en 14-bitars bild?
Den som kan se skillnad på nyans 12340 och 12343 på en skala med 16383 nyanser bjuder jag på en öl.
Jag har inga problem att leva med 2-bitars brus på en 14-bitars bild.

/Karl

 

[The_SuedeII]

David:
I den absoluta perfekta teoretiska världen så stämmer det väldigt väl. Det Emil menar med "quantization error" i detta sammanhang är den teoretiska statistiska min.avvikelsen mellan värdena från en perfekt AD-omvandlare som behandlar ett perfekt definierat analogt värde. När du kan visa mig en kamera med absolut perfekt analog värdessäkerhet från sensorn, innehållande AD-omvandlare med noll i kalibreringsfel så så stämmer detta. I verkligheten är det dock inte riktigt så...

En 12-bitars AD har extremt sällan högre mätnoggrannhet än 11 bitar. Vill man i en konstruktion hålla 12 bitars värdessäkerhet väljer man 14-bitars AD-omvandlare. Vill man hålla 14 bitars säkerhet använder man 16-bitars AD.

En 14-bitars AD-omvandlare med 1 bits värdesosäkerhet är BÅDE mycket billigare OCH mer exakt än en 12-bitars AD-omvandlare med noll i osäkerhet. Därför väljer man 14-bits omvandling - det är både billigare och bättre för slutresultatet.

Man KAN göra samma mätning med en väldigt exakt 12-bits AD-omvandlare och få ut samma värdessäkerhet i slutändan, men det blir både dyrare och (mätbart!) sämre. Vill du absolut ha dyrare och sämre, så finns det alltid andra, snabba lösningar på detta. Köp en Mac-skärm eller nåt.

 

[DavidBerg]

Tack för alla svar, nu vet jag lite bättre hur det fungerar!