Barevná hloubka - Color depth

Barevná hloubka nebo barevná hloubka (viz rozdíly v hláskování ), známá také jako bitová hloubka , je buď počet bitů použitých k označení barvy jednoho pixelu , v bitmapovém obrázku nebo vyrovnávací paměti snímků videa , nebo počet bitů použitých pro každou barvu složka jednoho pixelu. U standardů pro spotřebitelské video udává bitová hloubka počet bitů použitých pro každou barevnou komponentu. Při odkazování na pixel lze koncept definovat jako bity na pixel (bpp). Když se odkazuje na barevnou složku, koncept může být definován jako bity na komponentu , bity na kanál , bity na barvu (všechny tři zkráceně BTC), a také bity na komponentu pixelu , bity na barevný kanál nebo bity na vzorek (bps).

Barevná hloubka je pouze jedním aspektem barevné reprezentace, vyjadřující přesnost, s jakou lze vyjádřit množství každého primárního; druhým aspektem je, jak široký rozsah barev lze vyjádřit ( gamut ). Definice přesnosti barev a gamutu se dosahuje specifikací barevného kódování, která přiřazuje hodnotu digitálního kódu místu v barevném prostoru .

Počet bitů rozlišené intenzity v barevném kanálu je také znám jako radiometrické rozlišení , zejména v kontextu satelitních snímků .

Srovnání

Indexovaná barva

S relativně nízkou barevnou hloubkou je uloženou hodnotou obvykle číslo představující index do barevné mapy nebo palety (forma vektorové kvantizace ). Barvy dostupné v samotné paletě mohou být fixovány hardwarem nebo upravitelné softwarem. Modifikovatelné palety jsou někdy označovány jako pseudocolor palety.

Staré grafické čipy, zejména ty, které se používají v domácích počítačích a videoherních konzolách , často mají možnost použít jinou paletu na skřítky a dlaždice, aby se zvýšil maximální počet současně zobrazovaných barev a zároveň se minimalizovalo používání tehdy drahé paměti (a šířka pásma). Například ve spektru ZX je obraz uložen ve dvoubarevném formátu, ale tyto dvě barvy lze definovat samostatně pro každý obdélníkový blok 8 × 8 pixelů.

Samotná paleta má barevnou hloubku (počet bitů na položku). Zatímco nejlepší systémy VGA nabízely pouze 18bitovou (262 144 barev) paletu, ze které bylo možné vybírat barvy, veškerý barevný video hardware Macintosh nabízel 24bitovou (16 milionů barev) paletu. 24bitové palety jsou do značné míry univerzální na jakémkoli nedávném hardwaru nebo formátu souborů, který je používá.

Pokud místo toho lze barvu přímo zjistit z hodnot pixelů, je to „přímá barva“. Palety byly zřídka použity pro hloubky větší než 12 bitů na pixel, protože paměť spotřebovaná paletou by překročila nezbytnou paměť pro přímou barvu na každém pixelu.

Seznam společných hloubek

1bitová barva

2 barvy, často černobílá (nebo jakákoli barva, kterou měl CRT luminofor) přímá barva. Někdy 1 znamenalo černou a 0 bílou, opak moderních standardů. Většina prvních grafických displejů byla tohoto typu, pro takové displeje byl vyvinut X okenní systém , a to se předpokládalo u počítače 3M . Na konci 80. let existovaly profesionální displeje s rozlišením až 300 dpi (stejné jako u současné laserové tiskárny), ale barevný tisk se stal populárnějším.

2bitová barva

4 barvy, obvykle z výběru pevných palet. CGA , šedé stupnice brzy NeXTstation , barevné Macintoshes, rozlišení medium Atari ST.

3bitová barva

8 barev, téměř vždy všechny kombinace červené, zelené a modré plné intenzity. Mnoho raných domácích počítačů s televizními displeji, včetně ZX Spectrum a BBC Micro .

4bitová barva

16 barev, obvykle z výběru pevných palet. Používá jej standard EGA a nejméně společný jmenovatel standardu VGA ve vyšším rozlišení, barevné Macintoshe, nízké rozlišení Atari ST, Commodore 64 , Amstrad CPC .

5bitová barva

32 barev z programovatelné palety, používané čipovou sadou Original Amiga .

8bitová barva

256 barev, obvykle z plně programovatelné palety. Většina raných barevných unixových pracovních stanic, VGA s nízkým rozlišením, Super VGA , barevné Macintoshes, Atari TT , čipová sada Amiga AGA , Falcon030 , Acorn Archimedes . Jak X, tak Windows poskytovaly propracované systémy, které se pokoušely umožnit každému programu vybrat si vlastní paletu, což často mělo za následek nesprávné barvy v jakémkoli jiném okně, než v tom, které bylo zaostřeno.

Některé systémy umístily barevnou kostku do palety pro systém přímých barev (a všechny programy by tedy používaly stejnou paletu). Obvykle bylo poskytnuto méně úrovní modré než ostatní, protože normální lidské oko je méně citlivé na modrou složku než na červenou nebo zelenou (dvě třetiny receptorů oka zpracovávají delší vlnové délky) Oblíbené velikosti byly:

  • 6 × 6 × 6 ( barvy bezpečné pro web ), zbývá 40 barev pro šedou rampu nebo programovatelné položky palety.
  • 8 × 8 × 4. 3 bity R a G, 2 bity B, správnou hodnotu lze vypočítat z barvy bez použití násobení. Používá se mimo jiné v řadě počítačů řady MSX2 na začátku až polovině 90. let.
  • krychle 6 × 7 × 6, zbývající 4 barvy pro programovatelnou paletu nebo šedé.
  • krychle 6 × 8 × 5, zbyde 16 barev pro programovatelnou paletu nebo šedé.

12bitová barva

4096 barev, obvykle z plně programovatelné palety (ačkoli to bylo často nastaveno na barevnou kostku 16 × 16 × 16). Některé systémy Silicon Graphics , Color NeXTstation a Amiga v režimu HAM .

RGBA4444, související 16bpp reprezentace poskytující barevnou kostku a 64 úrovní průhlednosti, je běžný formát textur v mobilní grafice.

Vysoká barva (15/16 bitů)

Ve vysoce barevných systémech jsou pro každý pixel uloženy dva bajty (16 bitů). Nejčastěji je každé komponentě (R, G a B) přiřazeno 5 bitů plus jeden nepoužitý bit (nebo se používá pro kanál masky nebo pro přepnutí na indexovanou barvu); to umožňuje reprezentaci 32 768 barev. Alternativní přiřazení, které znovu přiřadí nepoužitý bit kanálu G, však umožňuje zastoupení 65 536 barev, ale bez průhlednosti. Tyto barevné hloubky se někdy používají v malých zařízeních s barevným displejem, jako jsou mobilní telefony, a někdy jsou považovány za dostatečné k zobrazení fotografických obrázků. Občas se používají 4 bity na barvu plus 4 bity pro alfa, což dává 4096 barev.

Pojem „vysoká barva“ byl v poslední době používán pro označení barevných hloubek větších než 24 bitů.

18bitové

Téměř všechny nejlevnější LCD (jako jsou typické zkroucené nematické typy) poskytují 18bitové barvy (64 × 64 × 64 = 262 144 kombinací) pro dosažení kratších časů přechodu barev a pro přibližně 24bitové použití používají buď dithering nebo ovládání rychlosti snímků -per-pixel true color, nebo úplně zahodit 6 bitů barevných informací. Dražší LCD (obvykle IPS ) mohou zobrazovat 24bitovou barevnou hloubku nebo větší.

Skutečné barvy (24bitové)

Všech 16 777 216 barev (zmenšeno, kliknutím na obrázek zobrazíte plné rozlišení)

24 bitů téměř vždy používá 8 bitů R, G a B (8 bpc). Od roku 2018 využívá 24bitovou barevnou hloubku prakticky každý počítač a displej telefonu a drtivá většina formátů pro ukládání obrázků . Téměř všechny případy 32 bitů na pixel přiřadí 24 bitů barvě a zbývajících 8 je alfa kanál nebo nevyužito.

2 24 poskytuje 16 777 216 barevných variací. Lidské oko dokáže rozlišit až deset milionů barev, a protože gamut displeje je menší než rozsah lidského vidění, znamená to, že by tento rozsah měl pokrýt více detailů, než je možné vnímat. Displeje však nerozdělují barvy v prostoru lidského vnímání rovnoměrně, takže lidé mohou změny mezi některými sousedními barvami vnímat jako barevné pruhy . Monochromatické obrázky nastavují všechny tři kanály na stejnou hodnotu, což má za následek pouze 256 různých barev; nějaký software se pokouší rozptýlit úroveň šedi do barevných kanálů, aby to zvýšil, i když v moderním softwaru se to častěji používá pro vykreslování subpixelů ke zvýšení rozlišení prostoru na obrazovkách LCD, kde mají barvy mírně odlišné polohy.

Standardy DVD-Video a Blu-ray Disc podporují bitovou hloubku 8 bitů na barvu v YCbCr s podvzorkováním chroma 4: 2: 0 . YCbCr lze bezeztrátově převést na RGB.

Systémy Macintosh označují 24bitové barvy jako „miliony barev“. Termín pravá barva se někdy používá k označení toho, čemu tento článek říká přímá barva . Často se také používá k označení všech barevných hloubek větších nebo rovných 24.

Hluboké barvy (30bitové)

Hluboká barva se skládá z miliardy a více barev. 2 30 je 1 073 741 824. Obvykle je to 10 bitů červené, zelené a modré (10 bpc). Pokud je přidán alfa kanál stejné velikosti, pak každý pixel zabírá 40 bitů.

Některé dřívější systémy umístily tři 10bitové kanály do 32bitového slova , přičemž 2 bity nebyly použity (nebo byly použity jako 4úrovňový alfa kanál ); formát souboru Cineon například použit tento. Některé systémy SGI měly 10- (nebo více) bitové převodníky digitálního signálu na analogový pro video signál a mohly být nastaveny tak, aby interpretovaly data uložená tímto způsobem pro zobrazení. Soubory BMP to definují jako jeden ze svých formátů a společnost Microsoft jej nazývá „HiColor“ .

Grafické karty s 10 bity na komponentu začaly přicházet na trh koncem 90. let minulého století. Raným příkladem byla karta Radius ThunderPower pro Macintosh, která obsahovala rozšíření pro doplňky QuickDraw a Adobe Photoshop pro podporu úpravy 30bitových obrázků. Někteří prodejci nazývají svou 24bitovou barevnou hloubku s panely FRC 30bitovými panely; ale skutečně hluboké barevné displeje mají 10bitovou nebo více barevnou hloubku bez FRC.

Specifikace HDMI  1.3 definuje bitovou hloubku 30 bitů (stejně jako 36 a 48 bitové hloubky). V tomto ohledu grafické karty Nvidia Quadro vyrobené po roce 2006 podporují 30bitové hluboké barvy a karty Pascal nebo novější GeForce a Titan, když jsou spárovány s ovladačem Studio, stejně jako některé modely řady Radeon HD 5900, jako je HD 5970. ATI Grafická karta FireGL V7350 podporuje 40- a 64bitové pixely (30 a 48bitová barevná hloubka s alfa kanálem).

Specifikace DisplayPort také podporuje barevné hloubky větší než 24 bpp ve verzi 1.3 až „ VESA Display Stream Compression , která využívá vizuálně bezeztrátový algoritmus s nízkou latencí založený na prediktivním barevném prostoru DPCM a YCoCg-R a umožňuje vyšší rozlišení a barevné hloubky a nižší výkon spotřeba."

Na WinHEC 2008 společnost Microsoft oznámila, že v systému Windows 7 budou podporovány barevné hloubky 30 bitů a 48 bitů spolu se širokým barevným gamutem scRGB .

High Efficiency Video Coding (HEVC nebo H.265) definuje profil Main 10, který umožňuje 8 nebo 10 bitů na vzorek s podvzorkováním chroma 4: 2: 0 . Profil Main 10 byl přidán na setkání HEVC v říjnu 2012 na základě návrhu JCTVC-K0109, který navrhoval přidání 10bitového profilu do HEVC pro spotřebitelské aplikace. Návrh uvedl, že to má umožnit lepší kvalitu videa a podpořit Rec. Barevný prostor 2020, který bude používat UHDTV . Druhá verze HEVC má pět profilů, které umožňují bitovou hloubku od 8 bitů do 16 bitů na vzorek.

Od roku 2020 začaly některé smartphony používat 30bitovou barevnou hloubku, například OnePlus 8 Pro , Oppo Find X2 a Find X2 Pro, Sony Xperia 1 II , Xiaomi Mi 10 Ultra , Motorola Edge+ , ROG Phone 3 a Sharp Aquos Zero 2.

36bitové

Použití 12 bitů na barevný kanál produkuje 36 bitů, 68 719 476 736 barev. Pokud je přidán alfa kanál stejné velikosti, pak je 48 bitů na pixel.

48bitové

Použití 16 bitů na barevný kanál produkuje 48 bitů, 281 474 976 710 656 barev. Pokud je přidán alfa kanál stejné velikosti, pak je 64 bitů na pixel.

Software pro úpravu obrázků, jako je Adobe Photoshop, začal používat 16 bitů na kanál poměrně brzy, aby omezil kvantizaci u mezivýsledků (tj. Pokud je operace dělena 4 a poté vynásobena 4, ztratí spodní 2 bity 8 bitů data, ale pokud by bylo použito 16 bitů, neztratilo by to žádné z 8bitových dat). Kromě toho, digitální fotoaparáty byly schopny produkovat 10 nebo 12 bitů na kanál v jejich surových dat; protože 16 bitů je nejmenší adresovatelná jednotka větší než tato, jeho použití by umožnilo manipulaci se surovými daty.

Rozšíření

Vysoký dynamický rozsah a široký gamut

Některé systémy začaly tyto bity používat spíše pro čísla mimo rozsah 0–1 než pro zvýšení rozlišení. Čísla větší než 1 byla pro barvy jasnější, než mohl displej zobrazit, jako u zobrazování s vysokým dynamickým rozsahem (HDRI). Záporná čísla mohou zvýšit gamut tak, aby pokryl všechny možné barvy, a pro ukládání výsledků filtračních operací s negativními koeficienty filtrování. Pixar obrazový počítač používá 12 bitů pro uložení čísla v rozsahu [-1.5,2.5), s 2 bity pro celočíselné části a 10 pro frakci. Cineon zobrazovací systém používá 10-bitové získané video displeje s video hardwaru se upraví tak, aby se hodnota 95 byla černá a 685 bylo bílé. Zesílený signál měl tendenci snižovat životnost CRT.

Lineární barevný prostor a plovoucí desetinná čárka

Více bitů také podpořilo ukládání světla jako lineárních hodnot, kde číslo přímo odpovídá množství vyzařovaného světla. Lineární úrovně výrazně usnadňují výpočet světla (v kontextu počítačové grafiky). Lineární barva však má za následek nepoměrně více vzorků v blízkosti bílé a méně v blízkosti černé, takže kvalita 16bitových lineárních je přibližně stejná jako 12bitová sRGB .

Čísla s plovoucí desetinnou čárkou mohou představovat lineární úrovně světla, které oddělují vzorky polologaritmicky. Zobrazení s plovoucí desetinnou čárkou také umožňuje výrazně větší dynamické rozsahy a záporné hodnoty. Většina systémů nejprve podporovala 32bitovou jednoduchou přesnost na kanál , což daleko přesahovalo přesnost požadovanou pro většinu aplikací. V roce 1999 společnost Industrial Light & Magic vydala otevřený standardní formát obrazového souboru OpenEXR, který podporoval čísla s poloviční přesností s plovoucí desetinnou čárkou 16 bitů na kanál . Při hodnotách blízkých 1,0 mají hodnoty s poloviční přesností s plovoucí desetinnou čárkou pouze přesnost 11bitové celočíselné hodnoty, což vede některé grafické profesionály k odmítnutí poloviční přesnosti v situacích, kdy není potřeba rozšířený dynamický rozsah.

Více než tři primárky

Prakticky všechny televizní obrazovky a počítačové displeje vytvářejí obrazy změnou síly pouze tří základních barev : červené, zelené a modré. Například jasně žlutá je tvořena zhruba stejnými červenými a zelenými příspěvky, bez modrého příspěvku.

Další barevné primárky mohou rozšířit barevný rozsah displeje, protože již není omezen na tvar trojúhelníku v barevném prostoru CIE 1931 . Nedávné technologie, jako je BrilliantColor společnosti Texas Instruments, rozšiřují typické červené, zelené a modré kanály až o tři další primární složky: azurovou, purpurovou a žlutou. Mitsubishi a Samsung , mimo jiné, používají tuto technologii v některých televizorech k rozšíření řady zobrazitelných barev. Řada televizorů Sharp Aquos představila technologii Quattron , která rozšiřuje obvyklé komponenty pixelů RGB o žlutý subpixel. Formáty a média podporující tyto rozšířené primární barvy jsou však extrémně neobvyklé.

Pro ukládání a práci s obrázky existují alternativní způsoby rozšíření tradičního trojúhelníku. Lze použít imaginární primárky, které nejsou fyzicky možné, aby trojúhelník uzavřel mnohem větší gamut, nebo jednoduše povolit použití záporných čísel v kanálech. Jelikož jsou lidé primárně trichromaty (i když tetrachromaty existují), přínos plynoucí z dalšího primárního prvku není v počítačové reprezentaci, ale ve výpočetní snadnosti zobrazování vstupů na čtyřprimárním displeji.

Viz také

Reference