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 nyújt 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 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, 138. o (2003). ISBN 978‐0‐13‐100312‐5 
  10. Ben Waggoner. Compression for great digital video: power tips, techniques, and common sense. Focal Press, 34. o (2002). ISBN 978‐1‐57820‐111‐2 
  11. David A. Karp. Windows 98 annoyances. O'Reilly Media, 156. o (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, 36. o (2003). ISBN 1-55860-792-7 
  15. Keith Jack. Video demystified: a handbook for the digital engineer, 5th, Newnes, 168. o (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.. [2012. július 13-i dátummal az eredetiből archiválva] 
  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.)