Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Глубина цвета
Связанный

Глубина цвета или глубина цвета (см. Различия в написании ), также известная как битовая глубина , - это либо количество бит, используемых для обозначения цвета отдельного пикселя в растровом изображении или буфере кадра видео , либо количество бит, используемых для каждого цвета. составляющая одного пикселя. Для стандартов потребительского видео битовая глубина определяет количество бит, используемых для каждого цветового компонента. [1] [2] [3] [4] При ссылке на пиксель понятие может быть определено как бит на пиксель ( бит / пиксель ). При упоминании цветовой составляющей это понятие можно определить какбит на компонент , бит на канал , бит на цвет (все три сокращенно bpc), а также бит на компонент пикселя , бит на канал цвета или 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 цветовом пространстве .

Количество битов разрешенной интенсивности в цветовом канале также известно как радиометрическое разрешение , особенно в контексте спутниковых изображений . [6]

Сравнение [ править ]

  • Одно и то же изображение с пятью разными глубинами цвета, показывающее результирующие (сжатые) размеры файлов. 8 и меньше используют адаптивную палитру, поэтому качество может быть лучше, чем могут обеспечить некоторые системы.

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

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

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

  • 2 bit.png 4 цвета
    6 КБ (−94%)

  • 1 bit.png 2 цвета
    4 КБ (−96%)

Индексированный цвет [ править ]

Основная статья: индексированный цвет

При относительно низкой глубине цвета сохраненное значение обычно представляет собой число, представляющее индекс цветовой карты или палитры (форма векторного квантования ). Цвета, доступные в самой палитре, могут быть зафиксированы аппаратно или изменены программным обеспечением. Изменяемые палитры иногда называют псевдоцвет палитрами.

Старые графические чипы, особенно те, которые используются в домашних компьютерах и игровых консолях , часто имеют возможность использовать другую палитру для спрайтов и плиток , чтобы увеличить максимальное количество одновременно отображаемых цветов, минимизируя использование тогда дорогой памяти (и пропускная способность). Например, в ZX Spectrum изображение хранится 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 более 12 бит на пиксель, поскольку память, потребляемая палитрой, превышала бы необходимую память для прямого цвета на каждом пикселе.

Список общих глубин [ править ]

Заголовки подразделов относятся к битам на пиксель.

1-битный цвет [ править ]

Основная статья: Двоичное изображение

2 цвета, часто черный и белый (или любой другой цвет люминофора CRT ) прямой цвет. Иногда 1 означал черный, а 0 - белый, что противоречит современным стандартам. Большинство первых графических дисплеев были этого типа, система X Window была разработана для таких дисплеев, и это предполагалось для компьютера 3M . В конце 80-х были профессиональные дисплеи с разрешением до 300 точек на дюйм (как у современных лазерных принтеров), но цветные оказались более популярными.

2-битный цвет [ править ]

4 цвета, обычно из набора фиксированных палитр. CGA , серая шкала раннего NeXTstation , цвет Макинтоши, Atari ST разрешение среднего.

3-битный цвет [ править ]

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

4-битный цвет [ править ]

16 цветов, обычно из набора фиксированных палитр. Используется EGA и стандартом VGA с наименьшим общим знаменателем при более высоком разрешении, цветных Macintosh, Atari ST с низким разрешением, Commodore 64 , Amstrad CPC .

5-битный цвет [ править ]

32 цвета из программируемой палитры, используемой чипсетом Original Amiga .

8-битный цвет [ править ]

Основная статья: 8-битный цвет

256 цветов, обычно из полностью программируемой палитры. Самые ранние цветные рабочие станции Unix, VGA с низким разрешением, Super VGA , цветные Macintosh, Atari TT , чипсет Amiga AGA , Falcon030 , Acorn Archimedes . И X, и Windows предоставили тщательно продуманные 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 с прямым цветовоспроизведением (и поэтому все программы использовали одну и ту же палитру). Обычно было предоставлено меньше уровней синего, чем других, поскольку нормальный человеческий глаз менее чувствителен к синему компоненту, чем к красному или зеленому (две трети глазных рецепторов обрабатывают более длинные волны [7] ). Популярные размеры были:

  • 6 × 6 × 6 ( веб-безопасные 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 серии компьютеров MSX2 с начала до середины 1990-х годов.
  • 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 [ править ]

4096 цветов, обычно из полностью программируемой палитры (хотя часто задавался цветовой куб 16 × 16 × 16). Некоторые системы Silicon Graphics, системы Color NeXTstation и системы Amiga в режиме HAM .

High color (15/16 бит) [ править ]

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 5 бит 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 [ править ]

Почти все наименее дорогие ЖК-дисплеи (например, типичные витые нематические типы) обеспечивают 18-битный цвет (64 × 64 × 64 = 262144 комбинации) для достижения более быстрого перехода цвета и используют либо дизеринг, либо управление частотой кадров для приблизительно 24-битного истинный цвет на пиксель, [10] или полностью отбросить 6 бит информации о цвете. Более дорогие ЖК-дисплеи (обычно IPS ) могут отображать глубину цвета 24 бита или больше.

Истинный цвет (24 бита) [ править ]

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

24 бита почти всегда используют по 8 бит R, G и B (8 бит на канал). По состоянию на 2018 год 24-битная глубина цвета используется практически на всех компьютерах и телефонах [ необходима цитата ] и в подавляющем большинстве форматов хранения изображений . Почти во всех случаях 32 бита на пиксель цвету назначается 24 бита, а оставшиеся 8 являются альфа-каналом или не используются.

2 24 дает 16 777 216 цветовых вариаций. Человеческий глаз может различать до десяти миллионов цветов [11], а поскольку цветовой охват дисплея 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 цветовую полосу . Монохроматические изображения устанавливают для всех трех каналов одно и то же значение, что дает только 256 различных цветов; некоторое программное обеспечение пытается смешать уровень серого в цветовых каналах, чтобы увеличить его, хотя в современном программном обеспечении это чаще используется для субпиксельного рендеринга. для увеличения пространственного разрешения на ЖК-экранах, где цвета немного отличаются друг от друга.

Стандарты DVD-Video и Blu-ray Disc поддерживают глубину цвета 8 бит на цвет в YCbCr с субдискретизацией цветности 4: 2: 0 . [12] [13] YCbCr можно без потерь преобразовать в RGB.

Системы Macintosh называют 24-битный цвет «миллионами цветов». Термин « истинный цвет» иногда используется для обозначения того, что в этой статье называется прямым цветом . [14] Он также часто используется для обозначения всех значений глубины цвета больше или равных 24.

Глубокий цвет (30 бит) [ править ]

Глубокий цвет состоит из миллиарда или более цветов. [15] 2 30 составляет 1 073 741 824 человека. Обычно это 10 бит красного, зеленого и синего цветов (10 бит на канал). Если добавляется альфа-канал того же размера, то каждый пиксель занимает 40 бит.

Некоторые более ранние системы помещали три 10-битных канала в 32-битное слово , при этом 2 бита не использовались (или использовались как 4-уровневый альфа-канал ); формат файла Cineon , например, использовал это. Некоторые системы SGI имели 10-битные (или более) цифро-аналоговые преобразователи для видеосигнала и могли быть настроены для интерпретации данных, хранящихся таким образом, для отображения. Файлы BMP определяют это как один из своих форматов, и Microsoft называет его «HiColor» .

Видеокарты с 10 битами на компонент начали поступать на рынок в конце 1990-х годов. Ранним примером была карта Radius ThunderPower для Macintosh, которая включала расширения для плагинов QuickDraw и Adobe Photoshop для поддержки редактирования 30-битных изображений. [16] Некоторые производители называют свою 24-битную глубину цвета панелями FRC 30-битными панелями; однако дисплеи с истинно глубоким цветом имеют глубину цвета 10 или более бит без FRC.

Спецификация HDMI  1.3 определяет битовую глубину 30 бит (а также глубины 36 и 48 бит). [17] В этом отношении видеокарты Nvidia Quadro, произведенные после 2006 года, поддерживают 30-битную глубину цвета [18], а карты GeForce и Titan на Pascal или более поздних версиях в сочетании с драйвером Studio [19], как и некоторые модели Radeon HD 5900. серии , такие как HD 5970. [20] [21] ATI FireGL V7350 видеокарты поддерживает 40- и 64-битные пиксели (30 и 48 бит глубины цвета с альфа - каналом). [22]

Спецификация DisplayPort также поддерживает глубину цвета более 24 бит на пиксель в версии 1.3 через VESA Display Stream Compression , которое использует алгоритм с малой задержкой без визуальных потерь, основанный на прогнозирующем цветовом пространстве DPCM и YCoCg-R, и позволяет увеличить разрешение и глубину цвета, а также снизить энергопотребление. потребление." [23]

На WinHEC 2008 Microsoft объявила, что в Windows 7 будет поддерживаться глубина цвета 30 бит и 48 бит , а также широкая цветовая гамма scRGB . [24] [25]

Высокоэффективное кодирование видео (HEVC или H.265) определяет профиль Main 10, который позволяет использовать 8 или 10 бит на выборку с субдискретизацией цветности 4: 2: 0 . [2] [3] [4] [26] [27] 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. Цветовое пространство 2020, которое будет использовать UHDTV . [4] Вторая версия HEVC имеет пять профилей, которые позволяют использовать битовую глубину от 8 до 16 бит на выборку. [28]

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

36-бит [ править ]

Использование 12 бит на канал цвета дает 36 бит, 68 719 476 736 цветов. Если добавить альфа-канал того же размера, то на пиксель будет 48 бит.

48-бит [ править ]

Использование 16 бит на канал цвета дает 48 бит, 281 474 976 710 656 цветов. Если добавляется альфа-канал того же размера, то на пиксель приходится 64 бита.

Программное обеспечение для редактирования изображений, такое как Photoshop, довольно рано начало использовать 16 бит на канал, чтобы уменьшить квантование промежуточных результатов (то есть, если операцию разделить на 4, а затем умножить на 4, она потеряет нижние 2 бита 8-битных данных. , но при использовании 16 битов 8-битные данные не теряются). Кроме того, цифровые камеры могли воспроизводить 10 или 12 бит на канал в своих необработанных данных; поскольку 16 бит - это наименьшая адресуемая единица большего размера, чем это, ее использование позволило бы манипулировать необработанными данными.

Расширения [ править ]

Высокий динамический диапазон и широкая гамма[ редактировать ]

Некоторые системы начали использовать эти биты для чисел вне диапазона 0–1, а не для увеличения разрешения. Цифры больше 1 означают, что цвета ярче, чем может отображать дисплей, как при визуализации с расширенным динамическим диапазоном (HDRI). Отрицательные числа могут увеличить цветовую гамму, чтобы охватить все возможные цвета, а также для сохранения результатов операций фильтрации с отрицательными коэффициентами фильтра. Pixar Изображение Компьютер используется 12 бит для хранения чисел в диапазоне [-1.5,2.5), с 2 - мя битами для целой части и 10 для фракции. В системе обработки изображений Cineon использовались 10-битные профессиональные видеодисплеи с видеооборудованием, настроенным таким образом, чтобы значение 95 было черным, а 685 - белым. [29] Усиленный сигнал сокращал срок службы ЭЛТ.

Линейное цветовое пространство и плавающая точка [ править ]

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 около черного, поэтому качество 16-битного линейного цвета примерно равно 12-битному sRGB .

Числа с плавающей запятой могут представлять линейные уровни освещенности, расположенные между выборками полулогарифмически. Представления с плавающей запятой также допускают значительно большие динамические диапазоны, а также отрицательные значения. Большинство систем сначала поддерживали 32-битную одинарную точность на канал , что намного превышало точность, требуемую для большинства приложений. В 1999 году Industrial Light & Magic выпустила открытый стандартный формат файла изображения OpenEXR, который поддерживал 16-битную канальную половинную 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 [ править ]

Практически все телевизионные и компьютерные дисплеи формируют изображения, варьируя интенсивность всего трех основных цветов : красного, зеленого и синего. Например, ярко-желтый цвет образуется примерно равным вкладом красного и зеленого без синего вклада.

Дополнительные основные цвета могут расширить цветовую гамму дисплея, поскольку она больше не ограничивается формой треугольника в цветовом пространстве CIE 1931 . Последние технологии, такие как BrilliantColor от Texas Instruments , дополняют типичные красный, зеленый и синий каналы тремя другими основными цветами: голубым, пурпурным и желтым. [30] Mitsubishi и Samsung , среди прочих, используют эту технологию в некоторых телевизорах для расширения диапазона отображаемых цветов. [ Править ] Sharp Aquos линия 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 изображений и работы с ними существуют альтернативные способы расширения традиционного треугольника. Можно использовать воображаемые основные цвета, которые физически невозможны, чтобы треугольник охватил гораздо большую гамму, или просто разрешить использование отрицательных чисел в каналах. Поскольку люди в первую очередь являются трихроматами (хотя тетрахроматы существуют) [31], преимущество, предоставляемое дополнительным первичным элементом, заключается не в компьютерном представлении, а в вычислительной простоте отображения входных данных на четырехчастном дисплее.

См. Также [ править ]

  • Битовая глубина звука - соответствующая концепция цифрового звука
  • Битовая плоскость
  • Разрешение изображения
  • Список цветовых палитр
  • Список цветов (компактный)
  • Полоса Маха
  • Цветовая модель RGB

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б Г.Дж. Салливан; Ж.-Р. Ом; W.-J. Хан; Т. Виганд (25 мая 2012 г.). «Обзор стандарта высокоэффективного кодирования видео (HEVC)» (PDF) . IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology . Проверено 18 мая 2013 года .
  2. ^ а б в Г.Дж. 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 . Проверено 18 мая 2013 года .
  3. ^ a b «Проект 10 спецификации текста высокоэффективного кодирования видео (HEVC) (для FDIS и согласия)» . JCT-VC. 17 января 2013 . Проверено 18 мая 2013 года .
  4. ^ a b c d Альберто Дуэньяс; Адам Малами (18 октября 2012 г.). «О 10-битном профиле, ориентированном на потребителя, в высокоэффективном кодировании видео (HEVC)» . JCT-VC . Проверено 18 мая 2013 года .
  5. ^ «After Effects / Основы цвета» . Adobe Systems . Проверено 14 июля 2013 года .
  6. ^ Thenkabail, P. (2018). Справочник по дистанционному зондированию - трехтомный комплект . Справочник по дистанционному зондированию. CRC Press. п. 20. ISBN 978-1-4822-8267-2. Проверено 27 августа 2020 года .
  7. ↑ Pantone, Как мы видим цвет. Архивировано 29 декабря 2011 г. на Wayback Machine.
  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). Раздражает 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 . Проверено 19 января 2013 года .
  11. ↑ DB Judd и G. Wyszecki (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. ^ Clint DeBoer (16 апреля 2008). «Расширенные уровни черного HDMI, xvYCC и RGB» . Аудиоголики . Проверено 2 июня 2013 года .
  13. ^ «Цифровое кодирование цвета» (PDF) . Telairity. Архивировано из оригинала (PDF) на 7 января 2014 года . Проверено 2 июня 2013 года .
  14. ^ Чарльз А. Пойнтон (2003). Цифровое видео и HDTV . Морган Кауфманн. п. 36. ISBN 1-55860-792-7.
  15. ^ Джек, Кейт (2007). Видео демистифицировано: пособие для цифрового инженера (5-е изд.). Newnes. п. 168. ISBN 978-0-7506-8395-1.
  16. ^ «Радиус поставляет видеокарту ThunderPower 30/1920 с суперразрешением 1920 × 1080 и миллиардами цветов» . Деловой провод . 5 августа 1996 г.
  17. ^ «Спецификация HDMI 1.3a, раздел 6.7.2» . HDMI Licensing, LLC. 10 ноября 2006 года архивации с оригинала на 10 июля 2009 года . Проверено 9 апреля 2009 года .
  18. ^ «Глава 32. Настройка дисплеев Depth 30 (примечания к выпуску драйвера)» . NVIDIA.
  19. ^ «NVIDIA Studio Driver 431.70 (Основные сведения о выпуске)» . NVIDIA.
  20. ^ «Обзор графических функций ATI Radeon HD 5970» . AMD . Проверено 31 марта 2010 года .
  21. ^ «10-битная технология вывода видео AMD» (PDF) . AMD. Архивировано из оригинального (PDF) 16 февраля 2010 года . Проверено 31 марта 2010 года .
  22. ↑ Смит, Тони (20 марта 2006 г.). «ATI разворачивает первую видеокарту на 1 ГБ» . Архивировано из оригинала 8 октября 2006 года . Проверено 3 октября 2006 года .
  23. ^ «Ищу порт дисплея HDMI 2.0 для порта дисплея моего монитора» . Оборудование Тома . [Решено] - Отображает . Проверено 20 марта 2018 года .
  24. ^ "WinHEC 2008 GRA-583: Display Technologies" . Microsoft. 6 ноября 2008 года Архивировано из оригинального 27 декабря 2008 года . Проверено 4 декабря 2008 года .
  25. ^ «Windows 7 High Color Support» . Софтпедия. 26 ноября 2008 . Проверено 5 декабря 2008 года .
  26. ^ Furgusson, Карл (11 июня 2013). «HEVC: предыстория изменившего правила игры - Ericsson» . Сосредоточьтесь на ... Эрикссоне. Архивировано из оригинала на 20 июня 2013 года . Проверено 21 июня 2013 года .
  27. ↑ Форрест, Саймон (20 июня 2013 г.). «Появление HEVC и 10-битных цветовых форматов» . Воображаемые технологии. Архивировано из оригинального 15 сентября 2013 года . Проверено 21 июня 2013 года .
  28. ^ Бойс, Джилл; Чен, Цзяньлэ; Чен, Инь; Флинн, Дэвид; Hannuksela, Miska M .; Наккари, Маттео; и другие. (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 . Проверено 11 июля 2014 года .
  29. ^ «8-битное против 10-битного цветового пространства» (PDF) . Январь 2010. Архивировано из оригинального (PDF) 12 марта 2014 года . Проверено 15 мая 2014 года .
  30. ↑ Хатчисон, Дэвид (5 апреля 2006 г.). «Расширение цветовой гаммы в системах отображения DLP с помощью технологии BrilliantColor» . Цифровое телевидение DesignLine . Архивировано из оригинального 28 сентября 2007 года . Проверено 16 августа 2007 года .
  31. ^ «Является ли тетрахроматия реальной? Определение, причины, тест и многое другое» . Линия здоровья . Проверено 4 октября 2019 года .