Színmélység

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A színmélység, bitmélység, néha mint színfelbontás utalhat az egyetlen képpont színét meghatározó bitek számára egy rasztergrafikus képen vagy video-keretpufferben (frame buffer, vagy utalhat a képpont egyetlen színkomponensét meghatározó bitek számára is.[1][2][3][4]

A szórakoztatóelektronikai videoszabványok, mint a High Efficiency Video Coding esetében a bitmélység a színkomponensenként felhasznált bitek számára utal.[1][2][3][4] Ha az egyes képpontokra utalunk, a bits per pixel (bpp, bit per képpont) kifejezés használatos, ami a képpontonként használt bitek számát jelzi. Ha a színkomponensekre utalunk, a bits per channel (bpc, bit per csatorna), bits per color (bpc, bit per szín) vagy bits per sample (bps bit per minta) kifejezések elterjedtek.[1][2][5] A színmélység a színmegjelenítésnek csak egyetlen aspektusa, ami kifejezi, hogy mennyire „finoman” lehetséges a színárnyalatok lépcsőzetes megjelenítése (színpontosság); egy másik fontos aspektus, hogy milyen „széles” színskála fejezhető ki (gamut). Mind a színpontosság, mind a színskála (gamut) meghatározása egy színkódolási specifikációval történik, ami összerendeli a digitális értékeket egy-egy a színtérben elfoglalt hellyel.

Indexelt szín[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Viszonylag alacsony színmélységnél a tárolt érték általában egy index, ami egy színtérkép vagy színpaletta értékére mutat. A palettán rendelkezésre álló színek lehetnek hardveresen rögzítettek vagy a hardver korlátain belül változtathatók – például mind a színes Macintosh rendszerek és a VGA-val felszerelt IBM PC-k 256 színt lehetővé tevő 8 bitet használtak a kevés videomemória miatt, de míg a legjobb VGA rendszerekben is csak 18 bites (262 144 színből álló) színskálából lehetett ezt a 256 színt kiválasztani, valamennyi Macintosh videohardver 24 bites (16 millió színű) színskálából tette lehetővé a választást.

1 bit (2 szín)
2 bit (4 szín)
  • 3 bites szín (23 = 8 szín): korai, tévékimenettel ellátott otthoni számítógép, köztük a ZX Spectrum és a BBC Micro
4 bit (16 szín)
  • 4 bites szín (24 = 16 szín): az EGA és magasabb felbontáson a közös nevezőnek számító VGA-szabvány; színes Macontosok, Atari ST, Commodore 64, Amstrad CPC.
  • 5 bites szín (25 = 32 szín): az Amiga eredeti csipkészlete (Original Chip Set)
  • 6 bites szín (26 = 64 szín): az eredeti Amiga csipkészlet
8 bit (256 szín)

Régi grafikus csipekben, főleg azokban, amiket videojáték-konzolokba és otthoni számítógépekbe építettek, gyakran még egy palettázási szint található, hogy egyidejűleg több színt legyenek képesek megjeleníteni. Például a ZX Spectrum a képeket kétszínű formátumban tárolta, de minden 8×8-as blokkban külön definiálni lehetett, hogy melyik két színt jelenítse meg.

Direkt szín[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ahogy a bitek számát növeljük, úgy lesz egyre kevésbé praktikus színtérképen vagy palettán számon tartani a felhasznált színeket. Így aztán nagyobb színmélységnél jellemzően a szín értékét közvetlenül a piros, zöld és kék szín relatív fényességével határozzák meg az RGB színtéren belül. Más színterek is használhatók természetesen.

Egy tipikus számítógép-monitor/videokártya-kombináció 8 bites színfelbontást (256 kimeneti szintet) ér el R/G/B színcsatornánként, ami egy összességében 24 bites színteret eredményez (vagy 32 bitet, az alpha átlátszósági bitekkel, aminek kevés köze van a színpontossághoz); korábbi szabványok 6 bites színfelbontást (64 kimeneti szintet) értek el; a DVD-Video és blu-ray disc szabványok pedig támogatják a színenként 8 bites YCbCr megoldást 4:2:0 chroma subsamplinggel (színtérkép-színfelbontás csökkentése).[6][7]

8 bites szín[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Egy nagyon korlátozott képességű, de azért valódi direkt színekkel működő rendszerben 3 bit (8 különböző árnyalat) lehetséges az R és a G komponenseken, a bájt maradék 2 bitje (4 különböző árnyalat) pedig a B komponensre marad, így 256 (8×8×4) színt lehetővé téve. Az emberi szem kevésbé érzékeny a kék komponensére, mint akár a pirosra vagy a zöldre (a szem receptorainak kétharmada a hosszabb hullámhosszakon érzékenyebb)[8]), ezért kapja a kék a kevesebb bitet. Többek között az 1990-es évek közepén, az MSX2 sorozatú otthoni számítógépeken volt használatos.

Nem tévesztendő össze a 8 bites direkt szín a 8 bpp színmélységű indexelt színnel (bár utóbbi rendszerek képesek szimulálni a 8 bites direkt színt megfelelő tábla kiválasztásával).

High color (15/16 bit)[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A high color színmélység 15/16 bitet jelent a három RGB színre elosztva. A 16 bites direkt színnél 4 bit (16 lehetséges szint) jut az R, G és B komponenseknek, valamint opcionálisan 4 bitnyi alpha (átlátszóság), ami 4096 (16×16×16) különböző színt jelent 16 átlátszósági szinttel. Más rendszereken 5 bit (32 lehetséges szint) jut az egyes színkomponensekre és csak 1 bit alpha (32×32×32=32 768 szín, átlátszó vagy nem); vagy lehetséges 5 bit piros, 6 bit zöld és 5 bit kék, azaz 65 535 szín átlátszóság nélkül.[9] Ezeket a színmélységeket néha apró, színes kijelzővel ellátott eszközökben használják, pl. mobiltelefonokban.

Néha a színkomponensenként 5 bitet elérő variánsokat nevezik high colornak,[10] mivel ezek már megfelelőnek tekinthetők fotografikus képek megjelenítéséhez.[11]

18 bit[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Csaknem minden, nagyon olcsó kategóriás LCD-kijelző (amilyenek a tipikus csavart nematikus típusúak) 18 bites színt jelenít meg (64×64×64=262 144 színárnyalat) a gyorsabb színváltás elérésére, és vagy ditheringgel vagy frame rate controllal (FRC, továbbfejlesztett képkocka-vezérlés vagy időbeli dithering) közelítik meg a 24 bpp true colort,[12] vagy egyszerűen eldobnak 6 bitnyi színinformációt. A drágább LCD kijelzők (jellemzően IPS panelek) képesek 24 bit vagy nagyobb színmélység megjelenítésére.

True color (24 bit)[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

24 bit (16 777 216 szín, „true color”)

A true color („valódi szín”) 24 bitet jelent a három RGB színre elosztva. Lehetőséget nyúlt képi információ digitális tárolására és megjelenítésére az RGB színtérben olyan módon, hogy a jó minőségű fotók és komplex grafikák számára szükséges igen nagy számú fokozatot és színárnyalatot kezelni tudja. Általában a true color definíció szerint legalább a piros, zöld és kék színek egyenként legalább 256 árnyalatát jelenti, összesen 16 777 216 variációt. Az emberi szem összesen kb. 10 millió színt képes megkülönböztetni.[13]

Három különböző szürkeárnyalatos képből (A, B és C) különböző sorrendben megkomponált színes képek.

A „true color” utalhat olyan RGB megjelenítési módra is, ami nem igényel színfeloldó táblázatot (color look-up table, CLUT).[14]

Minden képponthoz általában színcsatornánként egy bájt tartozik, míg a negyedik bájt (ha jelen van), az alpha csatorna adatát tartalmazza vagy egyszerűen figyelmen kívül van hagyva. A bájtsorrend szinte minden esetben RGB vagy BGR. Egyes rendszerek több mint 8 bitet használnak csatornánként, ezeket szintén true colornak hívjuk (például 48 bites true color lapolvasó).

Még a true color színfelbontást használva is előfordulnak olyan monokróm (egy alapszínt tartalmazó), és így egy színcsatorna 256 árnyalatára korlátozódó képek, melyeknél poszterizációs/csíkozódási hibák láthatók.

A true color megjelenítés, mivel az RGB színmodellre épül, nem képes az RGB színtéren (általában sRGB) kívül első színek kifejezésére.

A Macintosh rendszereken a 24 bites színre általában úgy utalnak, hogy „több millió szín” (millions of colors).

Jelenleg (2013) a modern asztali GUI-k nagy része (Mac OS X, GNOME, KDE, Windows XP/Vista/7/8 stb.) kínál 24 bites true color lehetőséget 8 bit alphával, amit általában „32 bites színnek” vagy RGBA színtérnek neveznek. Ezeken a rendszereken a 8/16/24 bites üzemmódra váltás általában letiltja az átlátszósági/áttetszőségi effektusokat (a színmélység csak 8/16 bites színre váltáskor csökken ténylegesen).

Deep color (30/36/48 bit)[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A deep color („mély szín”) olyan színskála, ami egymilliárd vagy annál több színárnyalatból áll össze.[15] Az xvYCC, sRGB és az YCbCr színterek használhatók deep color rendszerekkel.[16]

A deep color 30/36/48 biten tárolja a három RGB szín árnyalatait. A színcsatornánként 10 bitet kezelni képes videokártyák (30 bites RGB) az 1990-es évek végén jelentek meg a piacon. Egy korai példa erre a Radius cég által a Macintosh gépekhez gyártott ThunderPower videokártya, amihez a 30 bites képek szerkesztését segítő QuickDraw és Adobe Photoshop pluginek is jártak.[17]

Vannak olyan rendszerek, amelyik a 32 biten tárolt képpontok esetében 24-nél több bitet használnak a tényleges színkódolásra; ezek legtöbbjénél a 30 bites színmélység mellett megmaradó 2 bit csak kitöltésre szolgál.

Bár egyes csúcskategóriás grafikus munkaállomások (amilyeneket pl. a Silicon Graphics forgalmazott) mindig is 8-nál több bitet, általában 12-t vagy 16-ot használtak színcsatornánként, ezek a színmélységek csak az utóbbi időben jutottak el az általános célú gépek piacára.

Vannak 64 bites színmélységű képformátumok, melyek 48 bites tényleges színinformációt és 16 bit alpha csatornát tartalmaznak.

Ahogy a bitmélység színcsatornánként 8 bit fölé kúszik, egyes rendszerek az extra biteket a nagyobb intenzitástartomány kifejezésére használják, ami pl. a HDR fotók megjelenítéséhez kellhet.

Lebegőpontos számokkal kifejezhetők a „teljesen” fehér és fekete színnél világosabb, illetve sötétebb színek. Így lehetővé válik egy képen és színtéren belül a nap intenzitását és a mély árnyékokat is alacsony torzítással megjeleníteni, akár a kép intenzív szerkesztése után. Több modell létezik ezeknek a tartományoknak a leírására, ezek egy része 32 bites pontosságot kezel színcsatornánként. 1999-ben az Industrial Light & Magic megjelentette az OpenEXR nyílt szabványú képfájlformátumot, ami csatornánként 16 bitet, félpontosságú lebegőpontos formátumot használt.

A High Efficiency Video Coding (HEVC) szabványban meghatározott Main 10 profile 8–10 bit színmélységet engedélyez csatornánként, 4:2:0 chroma subsamplinggel.[2][3][4] A színcsatornánkénti 8 bit 256, míg a 10 bit 1024 árnyalat megkülönböztetését teszi lehetővé alapszínenként (összesen 16,78 millió, illetve 1,07 milliárd színt).[18][19] A Main 10 profile-t a 2012. októberi HEVC értekezleten hagyták jóvá a JCTVC-K0109 számú javaslat alapján, ami a 10 bites profilt támogatta a HEVC szórakoztatóipari alkalmazásai számára.[4] A javaslat leszögezte, hogy a Main 10 profile célkitűzése a javított videominőség mellett az UHDTV által is használt Rec. 2020 színtér támogatása.[4]

Iparági támogatás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A HDMI 1.3 specifikáció a következő színmélységeket határozza meg: 30 bit (1,073 milliárd szín), 36 bit (68,71 milliárd szín) és 48 bit (281,5 billió szín).[16] Emiatt a 2006 után gyártott Nvidia grafikus kártyák támogatják a 30 bites deep colort,[20] ahogy egyes Radeon HD 5900 modellek, köztük a HD 5970.[21][22] Az ATI FireGL V7350 grafikus kártya támogatja a 40 bites és a 48 bites színmélységet.[23]

A DisplayPort specifikáció is támogatja a 24 bpp-nél nagyobb színmélységeket.

A 2008-as WinHEC konferencián a Microsoft bejelentette, hogy a Windows 7 támogatni fogja a 30 és a 48 bites színmélységeket, továbbá a széles színspektrumú scRGB színteret (ami konvertálható xvYCC kimenetre).[24][25]

A televízió színei[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Gyakorlatilag az összes televízió vagy monitor képernyője a három alapszín: a piros, zöld és kék színek erősségének változtatásával jeleníti meg a színes képeket. Az élénksárga színt például a nagyjából azonos erősségű piros és zöld keveréke adja, ha kék színből csak nagyon keveset vagy egyáltalán semennyit se kevernek hozzá.

Az alapszínek számának növelésével lehetőség van a kijelző által reprodukálni képes színskála kiterjesztésére. Újabb módszerekkel, amilyen a Texas Instruments BrilliantColor technológiája legfeljebb három új alapszínnel bővíti a tipikus RGB csatornákat: a cián, bíborvörös és sárga színekkel.[26] A Mitsubishi, a Samsung és néhány másik gyártó egyes TV-készülékeiben található meg ez a kijelezhető színek kibővítésére szolgáló technológia. A Sharp Aquos tévé-termékvonalban alkalmazták először a Quattron technológiát, ami a szokásos RGB pixelkomponenseket egy sárga szubpixellel egészíti ki.

Az analóg katódsugárcsöves monitorok, legyenek akár színesek vagy monokrómok bemenetén folytonos feszültségtartományban lehetnek a jelek, nincsenek tehát a használható intenzitásértékeknek diszkrét értékeik. A szóban forgó jeleknél így viszont számolni kell az átvitel zajával.

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Fordítás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Ez a szócikk részben vagy egészben a Color depth című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. ^ a b c G.J. Sullivan. „Overview of the High Efficiency Video Coding (HEVC) Standard” (PDF), IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, 2012. május 25. (Hozzáférés ideje: 2013. május 18.) 
  2. ^ a b c d G.J. Sullivan. „Comparison of the Coding Efficiency of Video Coding Standards – Including High Efficiency Video Coding (HEVC)” (PDF), IEEE Trans. on Circuits and Systems for Video Technology, 2012. augusztus 22. (Hozzáférés ideje: 2013. május 18.) 
  3. ^ a b c High Efficiency Video Coding (HEVC) text specification draft 10 (for FDIS & Consent)”, JCT-VC, 2013. január 17. (Hozzáférés ideje: 2013. május 18.) 
  4. ^ a b c d e Alberto Dueñas. „On a 10-bit consumer-oriented profile in High Efficiency Video Coding (HEVC)”, JCT-VC, 2012. október 18. (Hozzáférés ideje: 2013. május 18.) 
  5. After Effects / Color basics”, Adobe Systems (Hozzáférés ideje: 2013. július 14.) 
  6. Clint DeBoer. „HDMI Enhanced Black Levels, xvYCC and RGB”, Audioholics, 2008. április 16. (Hozzáférés ideje: 2013. június 2.) 
  7. Digital Color Coding” (PDF), Telairity (Hozzáférés ideje: 2013. június 2.) 
  8. Pantone, How we see color
  9. Edward M. Schwalb. iTV handbook: technologies and standards. Prentice Hall PTR (2003). ISBN 978‐0‐13‐100312‐5 
  10. Ben Waggoner. Compression for great digital video: power tips, techniques, and common sense. Focal Press (2002). ISBN 978‐1‐57820‐111‐2 
  11. David A. Karp. Windows 98 annoyances. O'Reilly Media (1998). ISBN 978‐1‐56592‐417‐8 
  12. TR's Summer 2012 system guide. The Tech Report, 2012. július 2. (Hozzáférés: 2013. január 19.)
  13. D. B. Judd and G. Wyszecki. Color in Business, Science and Industry, third, Wiley Series in Pure and Applied Optics, New York: Wiley-Interscience,  388. o (1975). ISBN 0-471-45212-2 
  14. Charles A. Poynton. Digital Video and HDTV. Morgan Kaufmann (2003). ISBN 1-55860-792-7 
  15. Keith Jack. Video demystified: a handbook for the digital engineer, 5th, Newnes (2007). ISBN 978-0-7506-8395-1 
  16. ^ a b HDMI Specification 1.3a Section 6.7.2”, HDMI Licensing, LLC., 2006. november 10. (Hozzáférés ideje: 2009. április 9.) 
  17. Radius Ships ThunderPower 30/1920 Graphics Card Capable of Super Resolution 1920 × 1080 and Billions of Colors”, Business Wire, 1996. augusztus 5. 
  18. Carl Furgusson. „Focus on...HEVC: The background behind the game-changing standard- Ericsson”, Ericsson, 2013. június 11. (Hozzáférés ideje: 2013. június 21.) 
  19. Simon Forrest. „The emergence of HEVC and 10-bit colour formats”, Imagination Technologies, 2013. június 20. (Hozzáférés ideje: 2013. június 21.) 
  20. Chapter 32. Configuring Depth 30 Displays (driver release notes). NVIDIA
  21. ATI Radeon HD 5970 Graphics Feature Summary. AMD. (Hozzáférés: 2010. március 31.)
  22. AMD’s 10-bit Video Output Technology. AMD. (Hozzáférés: 2010. március 31.)
  23. Smith, Tony: ATI unwraps first 1GB graphics card, 2006. március 20. (Hozzáférés: 2006. október 3.)
  24. WinHEC 2008 GRA-583: Display Technologies. Microsoft, 2008. november 6. (Hozzáférés: 2008. december 4.)
  25. Windows 7 High Color Support. Softpedia, 2008. november 26. (Hozzáférés: 2008. december 5.)
  26. Hutchison, David C. (2006. április 5.). „Wider color gamuts on DLP display systems through BrilliantColor technology”. Digital TV DesignLine. Hozzáférés ideje: 2007. augusztus 16.