La profundidad de color o profundidad de color (ver diferencias ortográficas ), también conocida como profundidad de bits , es la cantidad de bits utilizados para indicar el color de un solo píxel , o la cantidad de bits utilizados para cada componente de color de un solo píxel. 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 como bits por componente , bits por canal , bits por color (los tres abreviados bpc), y también bits por componente de píxel , bits por canal de color o bits por muestra (bps). [1] [2] [3] Los estándares modernos tienden a usar bits por componente, [1] [2] [4] [5] pero los sistemas históricos de menor profundidad usaban bits por píxel con mayor frecuencia.
La profundidad del color es sólo 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 cuán amplia se puede expresar una gama de colores (la gama ). La definición tanto de la precisión como de la gama de colores se logra con una especificación de codificación de colores 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]
Con una profundidad de color relativamente baja, el valor almacenado suele ser 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 fijos por el hardware o modificables por software. Las paletas modificables a veces se denominan paletas de pseudocolor .
Los chips gráficos antiguos, particularmente los utilizados 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, minimizando al mismo tiempo el uso de la entonces costosa memoria (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 sólo ofrecían una paleta de 18 bits (262,144 colores) [7] [8] [9] [10] entre las cuales se podían elegir los colores, todo el hardware de video Macintosh en color ofrecía una paleta de 24 bits (16 millones de colores). paleta. Las paletas de 24 bits son casi universales en cualquier hardware o formato de archivo reciente que las utilice.
Si, por el contrario, el color se puede determinar directamente a partir de los valores de los píxeles, se trata de "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.
2 colores, a menudo blanco y negro (o cualquier color que fuera el fósforo del 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, para tales pantallas se desarrolló el sistema X Window , y esto se suponía 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 ser más popular.
4 colores, normalmente de una selección de paletas fijas. NeXTstation temprana en escala de grises , Macintosh en color, resolución media Atari ST.
8 colores, casi siempre todas las combinaciones de rojo, verde y azul de máxima intensidad. Muchas de las primeras computadoras domésticas con pantallas de TV, incluidas ZX Spectrum y BBC Micro .
16 colores, normalmente de una selección de paletas fijas. Utilizado por IBM CGA (a la resolución más baja), EGA y por el estándar VGA de mínimo común denominador a mayor resolución. Los Macintosh en color, Atari ST de baja resolución, Commodore 64 y Amstrad CPC también admitían color de 4 bits.
32 colores de una paleta programable, utilizada por el chipset Original Amiga .
64 colores. Utilizado por Master System , adaptador de gráficos mejorado, GIME para TRS-80 Color Computer 3, reloj inteligente Pebble Time (pantalla de papel electrónico de 64 colores) y Parallax Propeller utilizando el circuito VGA de referencia.
256 colores, generalmente de una paleta totalmente programable: la mayoría de las primeras estaciones de trabajo Unix en color, Super VGA , Macintosh en color , Atari TT , chipset Amiga AGA , Falcon030 , Acorn Archimedes . Tanto X como Windows proporcionaron sistemas elaborados para intentar permitir que cada programa seleccionara su propia paleta, lo que a menudo resultaba en colores incorrectos en cualquier ventana que no fuera la que tenía el foco.
Algunos sistemas colocaron un cubo de color en la paleta para un sistema de color directo (y así 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 [11] ). Los tamaños populares fueron:
4096 colores, generalmente de una paleta totalmente programable (aunque a menudo se configuraba en un cubo de colores de 16 × 16 × 16). Algunos sistemas Silicon Graphics , sistemas Color NeXTstation y sistemas Amiga en modo HAM tienen esta profundidad de color.
RGBA4444, una representación relacionada de 16 bpp que proporciona el cubo de color y 16 niveles de transparencia, es un formato de textura común en gráficos móviles.
En sistemas de alto color, 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 usa 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. [12] Estas profundidades de color a veces se utilizan en dispositivos pequeños con pantalla a color, como teléfonos móviles, y a veces se consideran suficientes para mostrar imágenes fotográficas. [13] Ocasionalmente se utilizan 4 bits por color más 4 bits para alfa, lo que da 4096 colores. Entre los primeros hardware en utilizar el estándar se encuentran el Sharp X68000 y el Extended Graphics Array (XGA) de IBM .
El término "color intenso" se ha utilizado recientemente para referirse a profundidades de color superiores a 24 bits.
Casi todas las pantallas LCD menos costosas (como los típicos tipos nemáticos trenzados ) proporcionan color de 18 bits (64 × 64 × 64 = 262,144 combinaciones) para lograr tiempos de transición de color más rápidos y utilizan control de velocidad de fotogramas o tramado para aproximarse a los 24 bits. -color verdadero por píxel, [14] o desechar por completo 6 bits de información de color. Las pantallas LCD más caras (normalmente IPS ) pueden mostrar una profundidad de color de 24 bits o más.
24 bits casi siempre utilizan 8 bits de R, G y B (8 bpc). A partir de 2018, prácticamente todas las pantallas de computadoras y teléfonos utilizan una profundidad de color de 24 bits [ cita necesaria ] y la gran mayoría de los formatos de almacenamiento de imágenes . En casi todos los casos de 32 bits por píxel se 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, [15] y dado que la gama de una pantalla es más pequeña que el rango de visión humana, esto significa que debe cubrir ese rango con más detalle del que puede percibirse. 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 configuran los tres canales con el mismo valor, lo que da como resultado sólo 256 colores diferentes; Algunos programas intentan difuminar el nivel de grises en los canales de color para aumentarlo, aunque en el software moderno esto se usa más a menudo para la representación de subpíxeles para aumentar la resolución del espacio en pantallas LCD donde los colores tienen posiciones ligeramente diferentes.
Los estándares 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 . [16] [17] YCbCr se puede convertir a RGB sin pérdidas.
MacOS se refiere al color de 24 bits como "millones de colores". El término color verdadero se utiliza a veces para referirse a lo que este artículo llama color directo . [18] También se suele utilizar para referirse a todas las profundidades de color mayores o iguales a 24.
El color profundo consta de mil millones o más de colores. [19] 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 utilizar (o utilizados como canal alfa de 4 niveles ); el formato de archivo Cineon , por ejemplo, usaba 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 vídeo con 10 bits por componente comenzaron a llegar al mercado a finales de los años 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. [20] Algunos proveedores llaman a su profundidad de color de 24 bits con paneles FRC paneles de 30 bits; sin embargo, las pantallas con colores verdaderamente profundos 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). [21] En ese sentido, las tarjetas gráficas Nvidia Quadro fabricadas después de 2006 admiten colores profundos de 30 bits [22] y tarjetas Pascal o posteriores GeForce y Titan cuando se combinan con Studio Driver [23] al igual que algunos modelos de Radeon HD 5900. series como la HD 5970. [24] [25] 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). [26]
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 pérdidas visuales basado en el espacio de color predictivo DPCM y YCoCg-R y permite mayores resoluciones y profundidades de color y consumo reducido. consumo." [27]
En WinHEC 2008, Microsoft anunció que Windows 7 admitiría profundidades de color de 30 bits y 48 bits , junto con la amplia gama de colores scRGB . [28] [29]
La codificación de vídeo 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] [4] [5] [30] [31] El perfil Main 10 se agregó en la reunión HEVC de octubre de 2012 según la propuesta JCTVC-K0109 que proponía agregar un perfil de 10 bits a HEVC para aplicaciones de consumo. [5] La propuesta establecía que esto era para permitir una mejor calidad de vídeo y apoyar la Rec. Espacio de color 2020 que utilizará UHDTV . [5] La segunda versión de HEVC tiene cinco perfiles que permiten una profundidad de bits de 8 bits a 16 bits por muestra. [32]
A partir de 2020, algunos teléfonos inteligentes han comenzado a utilizar 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.
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, hay 48 bits por píxel.
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, 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 resultados intermedios (es decir, si una operación se divide por 4 y luego se multiplica por 4, se perderían los 2 bits inferiores de 8 bits). datos, pero si se usaran 16 bits no se perdería ninguno de los datos de 8 bits). Además, las cámaras digitales pueden producir 10 o 12 bits por canal en sus datos sin procesar; Como 16 bits es la unidad direccionable más pequeña, su uso facilitaría la manipulación de los datos sin procesar.
Algunos sistemas comenzaron a usar esos bits para números fuera del rango 0-1 en lugar de aumentar la resolución. Los números mayores que 1 correspondían a colores más brillantes de lo que la pantalla podía mostrar, 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 filtrado negativos. La computadora de imágenes Pixar usó 12 bits para almacenar números en el rango [-1.5,2.5), con 2 bits para la porción 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. [33] La señal amplificada tendió a reducir la vida útil del CRT.
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 gráficos por computadora. Sin embargo, el color lineal produce desproporcionadamente más muestras cercanas al blanco y menos muestras cercanas al negro, por lo que la calidad del color lineal de 16 bits es aproximadamente igual a la del sRGB de 12 bits .
Los números de coma flotante pueden representar niveles de luz lineales que espacian las muestras de forma semilogarítmica. Las representaciones de coma flotante también permiten rangos dinámicos drásticamente mayores, así como valores negativos. La mayoría de los sistemas inicialmente admitieron precisión simple de 32 bits por canal , lo que superó 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 números de punto flotante de media precisión de 16 bits por canal . En valores cercanos a 1,0, los valores de coma flotante de precisión media solo tienen la precisión de un valor entero de 11 bits, lo que lleva a algunos profesionales gráficos a rechazar la precisión media en situaciones en las que no se necesita el rango dinámico extendido.
Prácticamente todas las pantallas de televisión y de ordenador forman imágenes variando la intensidad de sólo tres colores primarios : rojo, verde y azul. Por ejemplo, el amarillo brillante está formado por contribuciones aproximadamente iguales de rojo y verde, sin ninguna contribución de azul.
Para almacenar y manipular imágenes, existen formas alternativas de expandir el triángulo tradicional: se puede convertir la codificación de imágenes para usar primarios ficticios, que no son físicamente posibles pero que tienen el efecto de extender el triángulo para incluir una gama de colores mucho mayor. Un cambio equivalente y más simple es permitir números negativos en los canales de color, de modo que los colores representados puedan extenderse fuera del triángulo de colores formado por los primarios. Sin embargo, estos sólo amplían los colores que se pueden representar en la codificación de la imagen; Ninguno de los trucos amplía la gama de colores que realmente se pueden representar en un dispositivo de visualización.
Los colores suplementarios pueden ampliar la gama de colores de una pantalla, ya que ya no se limita al interior de un triángulo formado por tres primarios en sus esquinas, por ejemplo, el espacio de color CIE 1931 . Tecnologías recientes como BrilliantColor de Texas Instruments aumentan los típicos canales rojo, verde y azul con hasta otros tres primarios: cian, magenta y amarillo. [34] El cian se indicaría con valores negativos en el canal rojo, el magenta con valores negativos en el canal verde y el amarillo con valores negativos en el canal azul, validando el uso de números negativos ficticios en los canales de color.
Mitsubishi y Samsung (entre otros) utilizan BrilliantColor en algunos de sus televisores para ampliar la gama de colores visualizables. [ cita necesaria ] La línea de televisores Sharp Aquos ha introducido la tecnología Quattron , que aumenta los componentes habituales de píxeles RGB con un subpíxel amarillo. Sin embargo, los formatos y medios que permiten o hacen uso de la gama de colores ampliada son actualmente extremadamente raros. [ cita necesaria ]
Debido a que los humanos son abrumadoramente tricromáticos o dicromáticos [b], uno podría suponer que agregar un cuarto color "primario" no proporcionaría ningún beneficio práctico. Sin embargo, los humanos pueden ver una gama de colores más amplia que la que puede mostrar una mezcla de luces de tres colores. El déficit de colores es particularmente notable en los tonos saturados de verde azulado (que se muestra como la parte gris superior izquierda de la herradura en el diagrama) de las pantallas RGB: la mayoría de los humanos pueden ver verdes azulados más vívidos que los que puede mostrar cualquier pantalla de video en color.
