Profundidad del color

Profundidad del color
Monocromo de 1 bit Escala de grises de 8 bits Color de 8 bits Color de 15 o 16 bits (color de alta densidad) Color de 24 bits (color verdadero) Color de 30, 36 o 48 bits (color profundo)
Relacionado
Color indexado Paleta Modelo de color RGB Color seguro para la Web
v t mi

Número de bits usados ​​para indicar el color de un solo píxel o número de bits usados ​​para cada componente de color de un solo píxel

La profundidad de color o profundidad de color (ver deletreando diferencias ), también conocida como la profundidad de bits , es o bien el número de bits de utilizado para indicar el color de un único píxel , en una imagen de mapa de bits o vídeo framebuffer , o el número de bits utilizado para cada color componente de un solo píxel. Para los estándares de video de consumo, la profundidad de bits especifica el número de bits utilizados para cada componente de color. ^{[1] [2] [3] [4]} Cuando se hace referencia a un píxel, el concepto se puede definir como bits por píxel (bpp). Cuando se hace referencia a un componente de color, el concepto se puede definir comobits por componente , bits por canal , bits por color (los tres bpc abreviados) y también bits por componente de píxel , bits por canal de color o bits por muestra (bps). ^{[1] [2] [5]}

La profundidad del color es solo un aspecto de la representación del color, que expresa la precisión con la que se puede expresar la cantidad de cada primario; el otro aspecto es la amplitud de la gama de colores que se puede expresar (la gama ). La definición de la gama y la precisión del color se logra con una especificación de codificación de color que asigna un valor de código digital a una ubicación en un espacio de color .

El número de bits de intensidad resuelta en un canal de color también se conoce como resolución radiométrica , especialmente en el contexto de imágenes de satélite . ^[6]

Comparación

• Misma imagen en cinco profundidades de color diferentes, mostrando los tamaños de archivo resultantes (comprimidos). 8 y más pequeños utilizan una paleta adaptable, por lo que la calidad puede ser mejor que la que pueden proporcionar algunos sistemas.
• 24 bit.png 16.777.216 colores
  98 KB

• 8 bit.png 256 colores
  37 KB (−62%)

• 4 bit.png 16 colores
  13 KB (−87%)

• 2 bit.png 4 colores
  6 KB (−94%)

• 1 bit.png 2 colores
  4 KB (−96%)

Color indexado

Artículo principal: color indexado

Con la profundidad de color relativamente baja, el valor almacenado es típicamente un número que representa el índice en un mapa o paleta de colores (una forma de cuantificación vectorial ). Los colores disponibles en la propia paleta pueden ser fijados por el hardware o modificables por el software. Las paletas modificables a veces se denominan paletas de pseudocolor .

Los chips de gráficos antiguos, en particular los que se usan en computadoras domésticas y consolas de videojuegos , a menudo tienen la capacidad de usar una paleta diferente por sprites y mosaicos para aumentar el número máximo de colores mostrados simultáneamente, mientras se minimiza el uso de memoria entonces costosa (y banda ancha). Por ejemplo, en el ZX Spectrum, la imagen se almacena en un formato de dos colores, pero estos dos colores se pueden definir por separado para cada bloque rectangular de 8 × 8 píxeles.

La paleta en sí tiene una profundidad de color (número de bits por entrada). Mientras que los mejores sistemas VGA solo ofrecían una paleta de 18 bits (262,144 colores) de la cual se podían elegir colores, todo el hardware de video Macintosh en color ofrecía una paleta de 24 bits (16 millones de colores). Las paletas de 24 bits son prácticamente universales en cualquier hardware o formato de archivo reciente que las utilice.

Si, en cambio, el color puede deducirse directamente de los valores de los píxeles, es "color directo". Las paletas rara vez se usaban para profundidades superiores a 12 bits por píxel, ya que la memoria consumida por la paleta excedería la memoria necesaria para el color directo en cada píxel.

Lista de profundidades comunes

Los títulos de las subsecciones se refieren a bits por píxel.

Color de 1 bit

Artículo principal: imagen binaria

2 colores, a menudo blanco y negro (o cualquier color que fuera el fósforo CRT ) color directo. A veces, 1 significaba negro y 0 significaba blanco, lo contrario de los estándares modernos. La mayoría de las primeras pantallas gráficas fueron de este tipo, el sistema de ventanas X se desarrolló para tales pantallas, y esto se asumió para una computadora 3M . A finales de los 80 había pantallas profesionales con resoluciones de hasta 300 ppp (lo mismo que una impresora láser contemporánea), pero el color resultó más popular.

Color de 2 bits

4 colores, generalmente de una selección de paletas fijas. El CGA , NeXTstation temprana en escala de grises , Macintosh en color, resolución media Atari ST.

Color de 3 bits

8 colores, casi siempre todas las combinaciones de rojo, verde y azul de intensidad completa. Muchas de las primeras computadoras hogareñas con pantallas de TV, incluidas ZX Spectrum y BBC Micro .

Color de 4 bits

16 colores, generalmente de una selección de paletas fijas. Utilizado por la EGA y por el mínimo común denominador estándar VGA a mayor resolución, Macintosh en color, Atari ST de baja resolución, Commodore 64 , Amstrad CPC .

Color de 5 bits

32 colores de una paleta programable, utilizada por el chipset Original Amiga .

Color de 8 bits

Artículo principal: color de 8 bits

256 colores, generalmente de una paleta totalmente programable. La mayoría de las primeras estaciones de trabajo Unix en color, VGA a baja resolución, Super VGA , Macintosh en color, Atari TT , chipset Amiga AGA , Falcon030 , Acorn Archimedes . Tanto X como Windows proporcionaron sistemas elaborados para tratar de permitir que cada programa seleccione su propia paleta, lo que a menudo resulta en colores incorrectos en cualquier ventana que no sea la que tiene el foco.

Algunos sistemas colocaron un cubo de color en la paleta para un sistema de color directo (por lo que todos los programas usarían la misma paleta). Por lo general, se proporcionaron menos niveles de azul que otros, ya que el ojo humano normal es menos sensible al componente azul que al rojo o al verde (dos tercios de los receptores del ojo procesan las longitudes de onda más largas ^[7] ). Los tamaños más populares fueron:

• 6 × 6 × 6 ( colores seguros para la web ), dejando 40 colores para una rampa gris o entradas de paleta programables.
• 8 × 8 × 4. 3 bits de R y G, 2 bits de B, el valor correcto se puede calcular a partir de un color sin utilizar la multiplicación. Utilizado, entre otros, en la serie de ordenadores del sistema MSX2 a principios y mediados de la década de 1990.
• un cubo de 6 × 7 × 6, dejando 4 colores para una paleta programable o grises.
• un cubo de 6 × 8 × 5, dejando 16 colores para una paleta programable o grises.

Color de 12 bits

4096 colores, generalmente de una paleta completamente programable (aunque a menudo se configuraba en un cubo de color de 16 × 16 × 16). Algunos sistemas Silicon Graphics , sistemas Color NeXTstation y sistemas Amiga en modo HAM .

RGBA4444, una representación relacionada de 16 bpp que proporciona el cubo de color y 64 niveles de transparencia, es un formato de textura común en gráficos móviles.

Color de alta densidad (15/16 bits)

Artículo principal: color de alta

En los sistemas de colores intensos, se almacenan dos bytes (16 bits) por cada píxel. Muy a menudo, a cada componente (R, G y B) se le asignan 5 bits, más un bit no utilizado (o se utiliza para un canal de máscara o para cambiar a color indexado); esto permite representar 32.768 colores. Sin embargo, una asignación alternativa que reasigna el bit no utilizado al canal G permite representar 65.536 colores, pero sin transparencia. ^[8] Estas profundidades de color a veces se utilizan en dispositivos pequeños con una pantalla a color, como teléfonos móviles, y en ocasiones se consideran suficientes para mostrar imágenes fotográficas. ^[9] Ocasionalmente se utilizan 4 bits por color más 4 bits para alfa, lo que da 4096 colores.

El término "color intenso" se ha utilizado recientemente para referirse a profundidades de color superiores a 24 bits.

18 bits

Casi todas las pantallas LCD menos costosas (como los tipos nemáticos retorcidos típicos ) proporcionan color de 18 bits (64 × 64 × 64 = 262,144 combinaciones) para lograr tiempos de transición de color más rápidos, y utilizan el control de la velocidad de fotogramas o el dithering para aproximarse a los 24 bits color verdadero por píxel, ^[10] o desechar 6 bits de información de color por completo. Las pantallas LCD más caras (normalmente IPS ) pueden mostrar una profundidad de color de 24 bits o más.

Color verdadero (24 bits)

Todos los 16.777.216 colores (reducido, haga clic en la imagen para obtener una resolución completa)

24 bits casi siempre usan 8 bits de R, G y B (8 bpc). A partir de 2018, prácticamente todas las pantallas de computadoras y teléfonos utilizan la profundidad de color de 24 bits ^{[ cita requerida ]} y la gran mayoría de los formatos de almacenamiento de imágenes . Casi todos los casos de 32 bits por píxel asignan 24 bits al color, y los 8 restantes son el canal alfa o no se utilizan.

2 ²⁴ da 16.777.216 variaciones de color. El ojo humano puede discriminar hasta diez millones de colores, ^[11] y dado que la gama de una pantalla es más pequeña que la gama de la visión humana, esto significa que debe cubrir esa gama con más detalle de lo que se puede percibir. Sin embargo, las pantallas no distribuyen uniformemente los colores en el espacio de percepción humana, por lo que los humanos pueden ver los cambios entre algunos colores adyacentes como bandas de color . Las imágenes monocromáticas establecen los tres canales en el mismo valor, lo que da como resultado solo 256 colores diferentes; algunos programas intentan difuminar el nivel de gris en los canales de color para aumentar esto, aunque en el software moderno esto se usa con más frecuencia para la representación de subpíxeles para aumentar la resolución del espacio en pantallas LCD donde los colores tienen posiciones ligeramente diferentes.

Los estándares de DVD-Video y Blu-ray Disc admiten una profundidad de bits de 8 bits por color en YCbCr con submuestreo de croma 4: 2: 0 . ^{[12] [13]} YCbCr se puede convertir sin pérdidas a RGB.

Los sistemas Macintosh se refieren al color de 24 bits como "millones de colores". El término color verdadero se usa a veces para referirse a lo que este artículo llama color directo . ^[14] También se utiliza a menudo para referirse a todas las profundidades de color mayores o iguales a 24.

Color profundo (30 bits)

El color profundo consta de mil millones o más de colores. ^[15] 2 ³⁰ es 1.073.741.824. Por lo general, son 10 bits de rojo, verde y azul (10 bpc). Si se agrega un canal alfa del mismo tamaño, cada píxel ocupa 40 bits.

Algunos sistemas anteriores colocaban tres canales de 10 bits en una palabra de 32 bits , con 2 bits sin usar (o usados ​​como un canal alfa de 4 niveles ); el formato de archivo Cineon , por ejemplo, utilizó esto. Algunos sistemas SGI tenían convertidores de digital a analógico de 10 (o más) bits para la señal de video y podían configurarse para interpretar los datos almacenados de esta manera para su visualización. Los archivos BMP lo definen como uno de sus formatos, y Microsoft lo llama "HiColor" .

Las tarjetas de video con 10 bits por componente comenzaron a salir al mercado a fines de la década de 1990. Un ejemplo temprano fue la tarjeta Radius ThunderPower para Macintosh, que incluía extensiones para los complementos QuickDraw y Adobe Photoshop para admitir la edición de imágenes de 30 bits. ^[16] Algunos proveedores llaman a su profundidad de color de 24 bits con paneles FRC paneles de 30 bits; sin embargo, las pantallas de verdadero color profundo tienen una profundidad de color de 10 bits o más sin FRC.

La  especificación HDMI 1.3 define una profundidad de bits de 30 bits (así como profundidades de 36 y 48 bits). ^[17] En ese sentido, las tarjetas gráficas Nvidia Quadro fabricadas después de 2006 admiten color profundo de 30 bits ^[18] y Pascal o tarjetas GeForce y Titan posteriores cuando se combinan con el controlador de estudio ^{[19], al} igual que algunos modelos de Radeon HD 5900. series como la HD 5970. ^{[20] [21]} La tarjeta gráfica ATI FireGL V7350 admite píxeles de 40 y 64 bits (profundidad de color de 30 y 48 bits con un canal alfa). ^[22]

La especificación DisplayPort también admite profundidades de color superiores a 24 bpp en la versión 1.3 a través de " VESA Display Stream Compression" , que utiliza un algoritmo de baja latencia sin pérdida visual basado en el espacio de color predictivo DPCM y YCoCg-R y permite mayores resoluciones y profundidades de color y menor potencia. consumo." ^[23]

En WinHEC 2008, Microsoft anunció que Windows 7 admitiría profundidades de color de 30 y 48 bits , junto con la amplia gama de colores scRGB . ^{[24] [25]}

La codificación de video de alta eficiencia (HEVC o H.265) define el perfil Main 10, que permite 8 o 10 bits por muestra con submuestreo de croma 4: 2: 0 . ^{[2] [3] [4] [26] [27]} El perfil Main 10 se agregó en la reunión HEVC de octubre de 2012 sobre la base de la propuesta JCTVC-K0109 que propuso que se agregue un perfil de 10 bits a HEVC para aplicaciones de consumo. ^[4] La propuesta indicó que esto era para permitir una mejor calidad de video y para apoyar la Rec. Espacio de color 2020 que utilizará UHDTV . ^[4] La segunda versión de HEVC tiene cinco perfiles que permiten una profundidad de bits de 8 a 16 bits por muestra. ^[28]

A partir de 2020, algunos teléfonos inteligentes han comenzado a usar una profundidad de color de 30 bits, como OnePlus 8 Pro , Oppo Find X2 y Find X2 Pro, Sony Xperia 1 II , Xiaomi Mi 10 Ultra , Motorola Edge + , ROG Phone 3 y Sharp Aquos Zero 2.

36 bits

El uso de 12 bits por canal de color produce 36 bits, 68,719,476,736 colores. Si se agrega un canal alfa del mismo tamaño, entonces hay 48 bits por píxel.

48 bits

El uso de 16 bits por canal de color produce 48 bits, 281,474,976,710,656 colores. Si se agrega un canal alfa del mismo tamaño, entonces hay 64 bits por píxel.

El software de edición de imágenes como Adobe Photoshop comenzó a usar 16 bits por canal bastante temprano para reducir la cuantificación en los resultados intermedios (es decir, si una operación se divide por 4 y luego se multiplica por 4, perdería los 2 bits inferiores de 8 bits datos, pero si se usaran 16 bits, no perdería ninguno de los datos de 8 bits). Además, las cámaras digitales pudieron producir 10 o 12 bits por canal en sus datos sin procesar; como 16 bits es la unidad direccionable más pequeña y mayor que esa, su uso permitiría manipular los datos sin procesar.

Expansiones

Alto rango dinámico y amplia gama

Algunos sistemas comenzaron a usar esos bits para números fuera del rango 0-1 en lugar de aumentar la resolución. Los números superiores a 1 correspondían a colores más brillantes de lo que podía mostrar la pantalla, como en las imágenes de alto rango dinámico (HDRI). Los números negativos pueden aumentar la gama para cubrir todos los colores posibles y para almacenar los resultados de las operaciones de filtrado con coeficientes de filtro negativos. El Pixar Image Computer utiliza 12 bits para almacenar números en el rango [-1.5,2.5), con 2 bits para la parte entera y 10 para la fracción. El sistema de imágenes Cineon utilizó pantallas de video profesionales de 10 bits con el hardware de video ajustado para que un valor de 95 fuera negro y 685 fuera blanco. ^[29] La señal amplificada tendía a reducir la vida útil del CRT.

Espacio de color lineal y punto flotante

Más bits también fomentaron el almacenamiento de luz como valores lineales, donde el número corresponde directamente a la cantidad de luz emitida. Los niveles lineales facilitan mucho el cálculo de la luz (en el contexto de los gráficos por computadora). Sin embargo, el color lineal produce desproporcionadamente más muestras cerca del blanco y menos cerca del negro, por lo que la calidad del lineal de 16 bits es aproximadamente igual a la de sRGB de 12 bits .

Los números de punto flotante pueden representar niveles de luz lineales que espacian las muestras de forma semilogarítmica. Las representaciones de punto flotante también permiten rangos dinámicos drásticamente más grandes, así como valores negativos. La mayoría de los sistemas admitían primero precisión simple de 32 bits por canal , que excedía con creces la precisión requerida para la mayoría de las aplicaciones. En 1999, Industrial Light & Magic lanzó el formato de archivo de imagen estándar abierto OpenEXR que admitía media precisión de 16 bits por canalNúmeros de punto flotante. En valores cercanos a 1.0, los valores de punto flotante de precisión media tienen solo la precisión de un valor entero de 11 bits, lo que lleva a algunos profesionales de gráficos a rechazar la precisión media en situaciones donde no se necesita el rango dinámico extendido.

Más de tres primarias

Prácticamente todas las pantallas de televisión y de computadora forman imágenes variando la intensidad de solo tres colores primarios : rojo, verde y azul. Por ejemplo, el amarillo brillante está formado por contribuciones de rojo y verde aproximadamente iguales, sin contribución de azul.

Los colores primarios adicionales pueden ampliar la gama de colores de una pantalla, ya que ya no se limita a la forma de un triángulo en el espacio de color CIE 1931 . Tecnologías recientes como Texas Instruments 's BrilliantColor aumentan el típico rojo, verde, azul y canales con hasta otros tres colores primarios: cian, magenta y amarillo. ^[30] Mitsubishi y Samsung , entre otros, utilizan esta tecnología en algunos televisores para ampliar la gama de colores visualizables. ^{[ cita requerida ]} La línea de televisores Sharp Aquos ha introducido Quattrontecnología, que aumenta los componentes de píxeles RGB habituales con un subpíxel amarillo. Sin embargo, los formatos y medios que admiten estos colores primarios extendidos son extremadamente poco comunes.

Para almacenar y trabajar con imágenes, existen formas alternativas de expandir el triángulo tradicional. Se pueden usar primarios imaginarios que no son físicamente posibles para que el triángulo encierre una gama mucho mayor, o simplemente permita que se usen números negativos en los canales. ^{[ aclaración necesaria ]} Como los humanos son principalmente tricromáticos , (aunque existen tetracromáticos ) ^[31] el beneficio conferido por un primario adicional no está en la representación por computadora, sino en la facilidad computacional de mostrar entradas en una pantalla de cuatro primarios. ^{[ incomprensible ]}

Ver también

• Profundidad de bits de audio : concepto correspondiente para audio digital
• Plano de bits
• Resolución de imagen
• Lista de paletas de colores
• Lista de colores (compacta)
• Bandas de Mach
• Modelo de color RGB

Referencias

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2. G.J. Sullivan; Heiko Schwarz; Thiow Keng Tan; Thomas Wiegand (22 de agosto de 2012). "Comparación de la eficiencia de codificación de los estándares de codificación de video, incluida la codificación de video de alta eficiencia (HEVC)" (PDF) . IEEE Trans. sobre circuitos y sistemas para tecnología de video . Consultado el 18 de mayo de 2013 .
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