Глубина цвета - Color depth

Глубина цвета
Связанный

Глубина цвета или же глубина цвета (видеть орфографические различия ), также известный как битовая глубина, это либо количество биты привыкший указывать цвет сингла пиксель, в растровое изображение или видео кадровый буфер, или количество битов, используемых для каждой цветовой составляющей одного пикселя. Для стандартов потребительского видео битовая глубина определяет количество бит, используемых для каждого цветового компонента.[1][2][3][4] При ссылке на пиксель это понятие можно определить как бит на пиксель (бит на пиксель). При упоминании цветовой составляющей это понятие можно определить как бит на компонент, бит на канал, бит на цвет (все три сокращенно bpc), а также бит на компонент пикселя, бит на канал цвета или же бит на выборку (бит / с).[1][2][5]

Глубина цвета - это только один аспект цветового представления, выражающий точность, с которой может быть выражено количество каждого основного цвета; другой аспект - насколько широкий диапазон цветов может быть выражен ( гамма ). Определение как точности цвета, так и гаммы достигается с помощью спецификации кодирования цвета, которая присваивает значение цифрового кода местоположению в цветовое пространство.

Число битов разрешенной интенсивности в цветовом канале также известно как радиометрическое разрешение, особенно в контексте спутниковые снимки.[6]

Сравнение

  • Одно и то же изображение с пятью разной глубиной цвета, показывающее результирующий (сжатый) размер файла. 8 и меньше используйте адаптивная палитра поэтому качество может быть лучше, чем могут предоставить некоторые системы.

  • 24 бит.png 16,777,216 цветов
    98 КБ

  • 8 бит.png 256 цветов
    37 КБ (−62%)

  • 4 бит.png 16 цветов
    13 КБ (−87%)

  • 2 бит.png 4 цвета
    6 КБ (−94%)

  • 1 бит.png 2 цвета
    4 КБ (−96%)

Индексированный цвет

Основная статья: Индексированный цвет

При относительно низкой глубине цвета сохраненное значение обычно представляет собой число, представляющее индекс в цветовой карте или палитра (форма векторное квантование ). Цвета, доступные в самой палитре, могут фиксироваться аппаратно или изменяться программным обеспечением. Изменяемые палитры иногда называют псевдоцвет палитры.

Старые графические чипы, особенно те, которые используются в домашние компьютеры и игровые приставки, часто имеют возможность использовать другую палитру для спрайты и плитка для увеличения максимального количества одновременно отображаемых цветов при минимальном использовании дорогостоящей памяти (и полосы пропускания). Например, в ZX Spectrum изображение сохраняется в двухцветном формате, но эти два цвета могут быть определены отдельно для каждого прямоугольного блока размером 8 × 8 пикселей.

Сама палитра имеет глубину цвета (количество бит на запись). В то время как лучшие системы VGA предлагали только 18-битную (262 144 цвета) палитру, из которой можно было выбирать цвета, все цветное видеооборудование Macintosh предлагало 24-битную (16 миллионов цветов) палитру. 24-битные палитры в значительной степени универсальны для любого современного оборудования или файлового формата, использующего их.

Если вместо этого цвет может быть непосредственно определен из значений пикселей, это «прямой цвет». Палитры редко использовались для глубины, превышающей 12 бит на пиксель, так как память, потребляемая палитрой, превышала бы необходимую память для прямого цвета на каждом пикселе.

Список общих глубин

1-битный цвет

Основная статья: Двоичное изображение

2 цвета, часто черный и белый (или любой другой цвет ЭЛТ люминофор был) прямого цвета. Иногда 1 означал черный, а 0 - белый, что противоречит современным стандартам. Большинство первых графических дисплеев были этого типа, X оконная система был разработан для таких дисплеев, и это предполагалось для Компьютер 3М. Первый Макинтоши, Atari ST высокое разрешение. В конце 80-х были профессиональные дисплеи с разрешением до 300 dpi (как у современного лазерного принтера), но цветные оказались более популярными.

2-битный цвет

4 цвета, обычно из набора фиксированных палитр. В CGA, ранние серые Следующая станция, цветные Макинтоши, Atari ST среднего разрешения.

3-битный цвет

8 цветов, почти всегда все комбинации интенсивного красного, зеленого и синего. Многие ранние домашние компьютеры с телевизорами, включая ZX Spectrum и BBC Micro.

4-битный цвет

16 цветов, обычно из набора фиксированных палитр. Используется EGA и по наименьшему общему знаменателю стандарт VGA при более высоком разрешении, цветные Macintosh, низкое разрешение Atari ST, Коммодор 64, Амстрад КТК.

5-битный цвет

32 цвета из программируемой палитры, используемые Оригинальный чипсет Amiga.

8-битный цвет

Основная статья: 8-битный цвет

256 цветов, обычно из полностью программируемой палитры. Самые ранние цветные рабочие станции Unix, VGA при низком разрешении, Супер VGA, цветные макинтоши, Atari TT, Чипсет Amiga AGA, Falcon030, Желудь Архимеда. И X, и Windows предоставили сложные системы, позволяющие каждой программе выбирать свою собственную палитру, что часто приводило к неправильным цветам в любом окне, кроме окна с фокусом.

В некоторых системах цветовой куб помещался в палитру для системы прямого цвета (и поэтому все программы использовали одну и ту же палитру). Обычно было обеспечено меньше уровней синего, чем других, поскольку нормальный человеческий глаз менее чувствителен к синему компоненту, чем к красному или зеленому (две трети рецепторов глаза обрабатывают более длинные волны[7]) Популярные размеры были:

  • 6×6×6 (веб-цвета ), оставляя 40 цветов для серой рампы или вводов программируемой палитры.
  • 8 × 8 × 4. 3 бита R и G, 2 бита B, правильное значение может быть вычислено из цвета без использования умножения. Используется, среди прочего, в MSX2 Системная серия компьютеров начала-середины 1990-х гг.
  • куб 6 × 7 × 6, оставляя 4 цвета для программируемой палитры или оттенков серого.
  • куб 6 × 8 × 5, оставляя 16 цветов для программируемой палитры или оттенков серого.

12-битный цвет

4096 цветов, обычно из полностью программируемой палитры (хотя часто задавался цветовой куб 16 × 16 × 16). Немного Силиконовая Графика системы, системы Color NeXTstation и Amiga системы в ВЕТЧИНА режим.

Высокий цвет (15/16 бит)

Основная статья: Высокий цвет

В системах с высокой цветопередачей для каждого пикселя хранится два байта (16 бит). Чаще всего каждому компоненту (R, G и B) назначается пять битов плюс один неиспользуемый бит (или используется для канала маски или для переключения на индексированный цвет); это позволяет представить 32 768 цветов. Однако альтернативное назначение, которое переназначает неиспользуемый бит каналу G, позволяет представить 65 536 цветов, но без прозрачности.[8] Эта глубина цвета иногда используется в небольших устройствах с цветным дисплеем, таких как мобильные телефоны, и иногда считается достаточной для отображения фотографических изображений.[9] Иногда используется 4 бита на цвет плюс 4 бита для альфа-канала, что дает 4096 цветов.

Термин «высокий цвет» недавно использовался для обозначения глубины цвета более 24 бит.

18-битный

Почти все наименее дорогие ЖК-дисплеи (например, типовые скрученный нематик типы) обеспечивают 18-битный цвет (64 × 64 × 64 = 262 144 комбинации) для достижения более быстрого перехода цвета, и используйте либо дизеринг или же управление частотой кадров чтобы приблизить истинный цвет к 24 битам на пиксель,[10] или полностью выбросить 6 бит информации о цвете. Более дорогие ЖК-дисплеи (обычно IPS ) может отображать глубину цвета 24 бита или больше.

Истинный цвет (24 бита)

Все 16 777 216 цветов (уменьшено, щелкните изображение, чтобы увидеть полное разрешение)

24 бита почти всегда используют 8 бит для R, G и B. По состоянию на 2018 год 24-битная глубина цвета используется практически на каждом компьютере и дисплее телефона.[нужна цитата ] и подавляющее большинство форматы хранения изображений. Почти во всех случаях 32 бита на пиксель цвету назначается 24 бита, а оставшиеся 8 - это альфа-канал или неиспользованный.

224 дает 16 777 216 цветовых вариаций. Человеческий глаз может различать до десяти миллионов цветов.[11] и поскольку гамма экрана меньше, чем диапазон человеческого зрения, это означает, что он должен охватывать этот диапазон с большей детализацией, чем может быть воспринято. Однако дисплеи неравномерно распределяют цвета в пространстве человеческого восприятия, поэтому люди могут видеть изменения между некоторыми соседними цветами как цветная полоса. Монохромные изображения установите для всех трех каналов одно и то же значение, что приведет к получению только 256 различных цветов и, следовательно, потенциально более заметных полос, поскольку средний человеческий глаз может различать только около 30 оттенков серого.[12] Некоторое программное обеспечение пытается размыть уровень серого в цветовых каналах, чтобы увеличить его, хотя в современном программном обеспечении это чаще используется для субпиксельный рендеринг для увеличения пространственного разрешения на ЖК-экранах, где цвета немного отличаются друг от друга.

В DVD-видео и Blu-ray диск стандарты поддерживают глубину цвета 8 бит на цвет в YCbCr с 4: 2: 0 субдискретизация цветности.[13][14] YCbCr может быть преобразован без потерь в RGB.

Системы Macintosh называют 24-битный цвет «миллионами цветов». Период, термин истинный цвет иногда используется для обозначения того, что называется в этой статье прямой цвет.[15] Он также часто используется для обозначения глубины цвета, большей или равной 24.

Глубокий цвет (30 бит)

Глубокий цвет состоит из миллиарда и более цветов.[16] 230 составляет примерно 1,073 миллиарда. Обычно это 10 бит красного, зеленого и синего цветов. Если добавляется альфа-канал того же размера, то каждый пиксель занимает 40 бит.

Некоторые более ранние системы помещали три 10-битных канала в 32-битный слово, при этом 2 бита не используются (или используются как 4-уровневый альфа-канал); в Формат файла Cineon, например, использовал вот это. Немного SGI системы имели 10- (или более) бит цифро-аналоговые преобразователи для видеосигнала и может быть настроен для интерпретации данных, сохраненных таким образом, для отображения. BMP файлы определите это как один из его форматов, и он называется "HiColor" Microsoft.

Видеокарты с 10 битами на компонент начали поступать на рынок в конце 1990-х годов. Ранним примером был Радиус Карта ThunderPower для Macintosh с расширениями для Зарисовка и Adobe Photoshop плагины для поддержки редактирования 30-битных изображений.[17] Некоторые производители называют свою 24-битную глубину цвета FRC панели 30-битные панели; однако дисплеи с истинной глубиной цвета имеют глубину цвета 10 или более бит без FRC.

В HDMI 1.3 спецификация определяет битовую глубину 30 бит (а также глубины 36 и 48 бит).[18]В связи с этим Nvidia Quadro видеокарты, произведенные после 2006 года, поддерживают глубину цвета 30 бит[19] и Pascal или более поздние карты GeForce и Titan в паре с драйвером Studio[20] как и некоторые модели Radeon HD 5900, например HD 5970.[21][22] В ATI FireGL V7350 видеокарта поддерживает 40- и 64-битные пиксели (30- и 48-битная глубина цвета с альфа-каналом).[23]

В DisplayPort спецификация также поддерживает глубину цвета более 24 бит на пиксель в версиях от 1.3 до "Сжатие потока дисплея VESA, который использует визуально без потерь алгоритм с малой задержкой, основанный на прогнозирующем цветовом пространстве DPCM и YCoCg-R, позволяет повысить разрешение и глубину цвета, а также снизить энергопотребление ».[24]

В WinHEC 2008, Microsoft объявила, что глубина цвета 30 бит и 48 бит будет поддерживаться в Windows 7, наряду с широкой цветовой гаммой scRGB.[25][26]

Высокоэффективное кодирование видео (HEVC или H.265) определяет профиль Main 10, который позволяет использовать 8 или 10 бит на выборку с 4: 2: 0 субдискретизация цветности.[2][3][4][27][28] Профиль Main 10 был добавлен на собрании HEVC в октябре 2012 года на основе предложения JCTVC-K0109, в котором предлагалось добавить 10-битный профиль в HEVC для потребительских приложений.[4] В предложении говорилось, что это должно было позволить улучшить качество видео и поддержать Рек. 2020 г. цветовое пространство, которое будет использоваться UHDTV.[4] Вторая версия HEVC имеет пять профилей, которые позволяют использовать разрядность от 8 до 16 бит на выборку.[29]

С 2020 года некоторые смартфоны начали использовать 30-битную глубину цвета, например OnePlus 8 Pro, Oppo Find X2 & Найти X2 Pro, Sony Xperia 1 II, Xiaomi Mi 10 Ультра, Motorola Edge +, ROG Phone 3 и Острый Aquos Zero 2.

36-битный

Использование 12 бит на канал цвета дает 36 бит, примерно 68,71 миллиарда цветов. Если добавить альфа-канал того же размера, то будет 48 бит на пиксель.

48 бит

Использование 16 бит на цветовой канал дает 48 бит, примерно 281,5 триллиона цветов. Если добавляется альфа-канал того же размера, то на пиксель приходится 64 бита.

Программное обеспечение для редактирования изображений Такие как Фотошоп довольно рано начал использовать 16 бит на канал, чтобы уменьшить квантование промежуточных результатов (то есть, если операция разделена на 4, а затем умножена на 4, она потеряет 2 нижних бита 8-битных данных, но если бы 16 бит были при использовании он не потерял бы ни одного из 8-битных данных). Кроме того, цифровые фотоаппараты могли выдавать 10 или 12 бит на канал в своих необработанных данных; поскольку 16 бит - это наименьшая адресуемая единица большего размера, чем это, ее использование позволит манипулировать необработанными данными.

Высокий динамический диапазон и широкая гамма

Некоторые системы начали использовать эти биты для чисел вне диапазона 0–1, а не для увеличения разрешения. Цифры больше 1 означают цвета ярче, чем может отображать дисплей, как в визуализация с высоким динамическим диапазоном (HDRI). Отрицательные числа могут увеличить цветовую гамму, чтобы охватить все возможные цвета, а также для хранения результатов операций фильтрации с отрицательными коэффициентами фильтра. В Компьютер Pixar Image использовал 12 бит для хранения чисел в диапазоне [-1,5,2,5), причем 2 бита для целой части и 10 для дроби. В Cineon Система визуализации использовала 10-битные профессиональные видеодисплеи с видеооборудованием, настроенным так, чтобы значение 95 было черным, а 685 - белым.[30] Усиленный сигнал сокращал срок службы ЭЛТ.

Линейное цветовое пространство и плавающая точка

Больше битов также способствовало хранению света в виде линейных значений, где число напрямую соответствует количеству излучаемого света. Линейные уровни значительно упрощают расчет света (в контексте компьютерной графики). Однако линейный цвет приводит к непропорционально большему количеству образцов около белого и меньшему количеству образцов около черного, поэтому качество 16-битного линейного цвета примерно равно 12-битному. sRGB.

Плавающая точка числа могут представлять линейные уровни освещенности, расположенные между образцами полулогарифмически. Представления с плавающей запятой также допускают значительно большие динамические диапазоны, а также отрицательные значения. Большинство систем сначала поддерживали 32 бита на канал одинарная точность, что намного превышает точность, требуемую для большинства приложений. В 1999 году, Промышленный свет и магия выпустил открытый стандарт формат файла изображения OpenEXR который поддерживает 16 бит на канал половинная точность числа с плавающей запятой. При значениях, близких к 1,0, значения с плавающей запятой половинной точности имеют точность только 11-разрядного целого числа, что заставляет некоторых профессионалов в области графики отвергать половинную точность в ситуациях, когда расширенный динамический диапазон не требуется.

Более трех праймериз

Практически все телевизионные и компьютерные дисплеи формируют изображения, варьируя силу всего трех основные цвета: красный, зеленый и синий. Например, ярко-желтый цвет образуется примерно равным вкладом красного и зеленого без синего вклада.

Дополнительные основные цвета могут расширить цветовая гамма дисплея, так как он больше не ограничивается формой треугольника в Цветовое пространство CIE 1931. Последние технологии, такие как Инструменты Техаса с BrilliantColor Добавьте к типичным красным, зеленым и синим каналам до трех других основных цветов: голубому, пурпурному и желтому.[31] Mitsubishi и Samsung, среди прочего, используют эту технологию в некоторых телевизорах для расширения диапазона отображаемых цветов.[нужна цитата ] В Sharp Aquos линейка телевизоров представила Quattron технология, которая дополняет обычные пиксельные компоненты RGB желтым подпикселем. Однако форматы и носители, поддерживающие эти расширенные основные цвета, встречаются крайне редко.

Для хранения и работы с изображениями можно использовать «воображаемые» основные цвета, которые физически невозможны, так что треугольник действительно охватывает гораздо большую гамму, поэтому еще не ясно, приводят ли более трех основных цветов к различию для человеческого глаза. доказано, поскольку люди в первую очередь трихроматы, хотя тетрахроматы существовать.[32]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б G.J. Салливан; Ж.-Р. Ом; W.-J. Хан; Т. Виганд (25 мая 2012 г.). «Обзор стандарта высокоэффективного кодирования видео (HEVC)» (PDF). IEEE Transactions по схемам и системам для видеотехнологий. Получено 18 мая, 2013.
  2. ^ а б c G.J. Салливан; Хайко Шварц; Тиоу Кенг Тан; Томас Виганд (22 августа 2012 г.). «Сравнение эффективности кодирования стандартов видеокодирования - включая высокоэффективное кодирование видео (HEVC)» (PDF). IEEE Trans. по схемам и системам для видеотехники. Получено 18 мая, 2013.
  3. ^ а б «Проект 10 спецификации текста высокоэффективного кодирования видео (HEVC) (для FDIS и согласия)». JCT-VC. 17 января 2013 г.. Получено 18 мая, 2013.
  4. ^ а б c d Альберто Дуэньяс; Адам Малами (18 октября 2012 г.). «О 10-битном профиле, ориентированном на потребителя, в высокоэффективном кодировании видео (HEVC)». JCT-VC. Получено 18 мая, 2013.
  5. ^ «After Effects / Основы цвета». Adobe Systems. Получено 14 июля, 2013.
  6. ^ Thenkabail, P. (2018). Справочник по дистанционному зондированию - комплект из трех томов. Справочник по дистанционному зондированию. CRC Press. п. 20. ISBN  978-1-4822-8267-2. Получено 27 августа, 2020.
  7. ^ Pantone, Как мы видим цвет
  8. ^ Эдвард М. Швальб (2003). Справочник iTV: технологии и стандарты. Prentice Hall PTR. п. 138. ISBN  978-0-13-100312-5.
  9. ^ Дэвид А. Карп (1998). Проблемы с Windows 98. O'Reilly Media. п.156. ISBN  978-1-56592-417-8.
  10. ^ Ковалиски, Кирилл; Гасиор, Джефф; Уоссон, Скотт (2 июля 2012 г.). «Системное руководство TR's Summer 2012». Технический отчет. п. 14. Получено 19 января, 2013.
  11. ^ Д. Б. Джадд и Г. Вышеки (1975). Цвет в бизнесе, науке и промышленности. Серия Wiley в чистой и прикладной оптике (третье изд.). Нью-Йорк: Wiley-Interscience. п. 388. ISBN  0-471-45212-2.
  12. ^ «Люди могут различать только около 30 оттенков серого». Популярная наука. Получено 10 декабря, 2019.
  13. ^ Клинт ДеБоэр (16 апреля 2008 г.). «HDMI Enhanced Black Levels, xvYCC и RGB». Аудиоголики. Получено 2 июня, 2013.
  14. ^ «Цифровое цветовое кодирование» (PDF). Telairity. Архивировано из оригинал (PDF) 7 января 2014 г.. Получено 2 июня, 2013.
  15. ^ Чарльз А. Пойнтон (2003). Цифровое видео и HDTV. Морган Кауфманн. п. 36. ISBN  1-55860-792-7.
  16. ^ Кейт Джек (2007). Демистификация видео: руководство для цифрового инженера (5-е изд.). Newnes. п. 168. ISBN  978-0-7506-8395-1.
  17. ^ «Radius поставляет видеокарту ThunderPower 30/1920 с суперразрешением 1920 × 1080 и миллиардами цветов». Деловой провод. 5 августа 1996 г.
  18. ^ «Спецификация HDMI 1.3a, раздел 6.7.2». HDMI Licensing, LLC. 10 ноября 2006 г. Архивировано с оригинал 10 июля 2009 г.. Получено 9 апреля, 2009.
  19. ^ «Глава 32. Настройка дисплеев Depth 30 (примечания к выпуску драйвера)». NVIDIA.
  20. ^ «Драйвер NVIDIA Studio 431.70 (особенности выпуска)». NVIDIA.
  21. ^ «Обзор графических функций ATI Radeon HD 5970». AMD. Получено 31 марта, 2010.
  22. ^ «10-битная технология вывода видео AMD» (PDF). AMD. Архивировано из оригинал (PDF) 16 февраля 2010 г.. Получено 31 марта, 2010.
  23. ^ Смит, Тони (20 марта 2006 г.). «ATI представляет первую видеокарту на 1 ГБ». Архивировано из оригинал 8 октября 2006 г.. Получено 3 октября, 2006.
  24. ^ «Ищу порт дисплея HDMI 2.0 для порта дисплея моего монитора - [Решено] - Дисплеи». Оборудование Тома. Получено 20 марта, 2018.
  25. ^ «WinHEC 2008 GRA-583: Технологии отображения». Microsoft. 6 ноября 2008 г. Архивировано с оригинал 27 декабря 2008 г.. Получено 4 декабря, 2008.
  26. ^ «Поддержка Windows 7 High Color Support». Софтпедия. 26 ноября 2008 г.. Получено 5 декабря, 2008.
  27. ^ Карл Фургуссон (11 июня 2013 г.). «Сосредоточьтесь на ... HEVC: предыстория революционного стандарта - Ericsson». Эрикссон. Архивировано из оригинал 20 июня 2013 г.. Получено 21 июня, 2013.
  28. ^ Саймон Форрест (20 июня 2013 г.). «Появление HEVC и 10-битных цветовых форматов». Воображаемые технологии. Архивировано из оригинал 15 сентября 2013 г.. Получено 21 июня, 2013.
  29. ^ Джилл Бойс; Цзянлэ Чен; Ин Чен; Дэвид Флинн; Миска М. Ханнуксела; Маттео Наккари; Крис Розуорн; Карл Шарман; Джоэл Соле; Гэри Дж. Салливан; Терухико Сузуки; Gerhard Tech; Е-Куй Ван; Кшиштоф Вегнер; Ян Е (11 июля 2014 г.). «Проект высокоэффективного кодирования видео (HEVC) версии 2, расширений комбинированного диапазона форматов (RExt), масштабируемости (SHVC) и расширений с несколькими представлениями (MV-HEVC)». JCT-VC. Получено 11 июля, 2014.
  30. ^ «Цветовое пространство 8 бит и 10 бит» (PDF). Январь 2010 г.
  31. ^ Хатчисон, Дэвид (5 апреля 2006 г.). «Расширение цветовой гаммы в системах отображения DLP с помощью технологии BrilliantColor». Digital TV DesignLine. Архивировано из оригинал 28 сентября 2007 г.. Получено 16 августа, 2007.
  32. ^ «Реальна ли тетрахроматия? Определение, причины, тест и многое другое». Линия здоровья. Получено 4 октября, 2019.