Profundidad de color

Dos colores, a menudo blanco y negro, en color directo. A veces, el 1 significaba negro y el 0 blanco, lo contrario de los estándares modernos. La mayoría de las primeras pantallas gráficas eran de este tipo; el sistema X Window se desarrolló para dichas pantallas, y así se asumió para una computadora 3M . A finales de la década de 1980, existían pantallas profesionales con resoluciones de hasta 300 ppp (la misma que una impresora láser contemporánea), pero el color resultó ser más popular.

4 colores, generalmente de una selección de paletas fijas. Escala de grises en los primeros NeXTstation , Macintosh a color, Atari ST de resolución media.

8 colores, casi siempre combinaciones de rojo, verde y azul de máxima intensidad. Muchos de los primeros ordenadores domésticos con pantallas de televisión, incluidos el ZX Spectrum y el BBC Micro .

16 colores, generalmente de una selección de paletas fijas. Utilizado por IBM CGA (a la resolución más baja), EGA y por el estándar VGA ( mínimo común denominador ) a resoluciones más altas. Los Macintosh a color, los Atari ST de baja resolución, los Commodore 64 y los Amstrad CPC también admitían color de 4 bits.

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

64 colores. Utilizado por Master System , Enhanced Graphics Adapter, GIME para TRS-80 Color Computer 3, reloj inteligente Pebble Time (pantalla de tinta electrónica de 64 colores) y Parallax Propeller mediante el circuito VGA de referencia.

256 colores, generalmente de una paleta totalmente programable: la mayoría de las primeras estaciones de trabajo Unix a color, Super VGA , Macintosh a 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 incluían un cubo de color en la paleta para un sistema de color directo (de modo que todos los programas usaran la misma paleta). Por lo general, se proporcionaban menos niveles de azul que de otros colores, 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 más comunes eran:

• 6×6×6 ( colores seguros para la web ), dejando 40  colores para una rampa de grises o para entradas de paleta programables.
• 8×8×4. 3  bits de rojo y verde, 2  bits de azul; el valor correcto se puede calcular a partir de un color sin usar multiplicación. Se utiliza, entre otros, en la serie de ordenadores MSX2 .
• un cubo de color de 6×7×6, dejando 4  colores para una paleta programable o grises.
• un cubo de 6×8×5, lo que deja 16  colores para una paleta programable o grises.

4096 colores, generalmente de una paleta totalmente programable (aunque a menudo se configuraba con un cubo de color de 16×16×16). Algunos sistemas Silicon Graphics , Color NeXTstation y Amiga en modo HAM cuentan con 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 los gráficos para dispositivos móviles.

En sistemas de alta gama cromática, se almacenan dos bytes (16 bits) por cada píxel. Generalmente, a cada componente (R, G y B) se le asignan 5 bits, más un bit no utilizado (o utilizado 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 se utilizan a veces en dispositivos pequeños con pantalla a color, como teléfonos móviles, y en ocasiones se consideran suficientes para mostrar imágenes fotográficas. ^{[ 13 ]} Entre los primeros dispositivos que utilizaron el estándar se encontraban el Sharp X68000 y el Extended Graphics Array (XGA) de IBM .

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

Casi todas las pantallas LCD más económicas (como las típicas de cristal líquido nemático trenzado ) ofrecen color de 18 bits (64 × 64 × 64 = 262 144 combinaciones) para lograr tiempos de transición de color más rápidos, y utilizan tramado o control de velocidad de fotogramas para aproximarse al color verdadero de 24 bits por píxel, ^{[ 14 ]} o descartan 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 superior.

Los 24 bits casi siempre utilizan 8 bits para cada uno de los colores R, G y B (8  bpc). A partir de 2018, la profundidad de color de 24 bits es utilizada por prácticamente todas las pantallas de computadoras y teléfonos ^{[ 15 ]} 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 para el canal alfa (transparencia) o se dejan sin usar.

2 ²⁴ da 16.777.216 variaciones de color. Si bien el ojo humano puede discriminar hasta diez millones de colores, ^{[ 16 ]} las gamas de color empleadas por las pantallas suelen ser más pequeñas que el rango de visión humana. Esto significa que 24 bits deberían poder diferenciar diferentes colores con suficiente precisión para evitar la percepción de bandas . Sin embargo, las pantallas no distribuyen uniformemente los colores en el espacio de percepción humana, por lo que aún se pueden percibir bandas entre algunos colores adyacentes. Las imágenes monocromáticas establecen los tres canales al mismo valor, lo que resulta en solo 256 colores diferentes; algunos programas intentan tramar el nivel de gris en los canales de color para aumentar esto, 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 . ^{[ 17 ] [ 18 ]} YCbCr se puede convertir sin pérdidas a RGB.

macOS y el sistema operativo Mac OS clásico 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 . ^{[ 19 ]} También se usa a menudo para referirse a todas las profundidades de color mayores o iguales a 24 bits.

El color profundo consta de mil millones o más de colores. ^{[ 20 ]} 2 ³⁰ es 1.073.741.824. Normalmente, esto equivale a 10  bits de cada uno de los colores rojo, verde y azul (10  bpc). Si se añade 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 utilizados como un canal alfa de 4 niveles ); el formato de archivo Cineon , por ejemplo, utilizaba este método. Algunos sistemas SGI tenían convertidores digital-analógico de 10 bits (o más) para la señal de vídeo y podían configurarse para interpretar los datos almacenados de esta manera para su visualización. Los archivos BMP definen este formato como uno de sus formatos, y Microsoft lo denomina "HiColor" .

Las tarjetas de video con 10  bits por componente comenzaron a llegar al mercado a finales 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. ^{[ 21 ]} Algunos fabricantes denominan a sus paneles con profundidad de color de 24 bits con FRC como paneles de 30 bits; sin embargo, las pantallas de color profundo reales 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). ^{[ 22 ]} A partir de 2026,  la salida de 30 y 36 bits es compatible con todas las GPU modernas de Nvidia , AMD e Intel . ^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]}

La especificación DisplayPort también admite profundidades de color mayores de 24  bpp en la versión  1.3 a través de " VESA Display Stream Compression , que utiliza un algoritmo de baja latencia y sin pérdidas visuales basado en el espacio de color predictivo DPCM y YCoCg-R y permite resoluciones y profundidades de color mayores y un consumo de energía reducido". ^{[ 26 ]}

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 . ^{[ 27 ] [ 28 ]} 

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 ] [ 29 ] [ 30 ]} El perfil Main  10 se añadió en la  reunión HEVC de octubre de 2012 basándose en la propuesta JCTVC-K0109 que proponía añadir un perfil de 10 bits a HEVC para aplicaciones de consumo. ^{[ 5 ]} La propuesta indicaba que esto permitiría una mejor calidad de vídeo y sería compatible con el espacio de color Rec. 2020 que utilizará UHDTV . ^{[ 5 ]} La segunda versión de HEVC tiene cinco perfiles que permiten una profundidad de bits de 8  a 16  bits por muestra. ^{[ 31 ]}

Utilizando 12 bits por canal de color se obtienen 36 bits, es decir, 68.719.476.736 colores. Si se añade un canal alfa del mismo tamaño, se obtienen 48 bits por píxel.

Utilizando 16 bits por canal de color se obtienen 48 bits, es decir, 281.474.976.710.656 colores. Si se añade un canal alfa del mismo tamaño, se obtienen 64 bits por píxel.

Los programas de edición de imágenes, como Adobe Photoshop, comenzaron a utilizar 16 bits por canal bastante pronto para reducir la cuantización en los resultados intermedios (es decir, si una operación se divide por 4 y luego se multiplica por 4, se perderían los 2 bits inferiores de los datos de 8 bits, pero si se utilizaran 16 bits no se perdería ninguno de los datos de 8 bits).

Algunos sistemas comenzaron a usar esos bits para números fuera del rango 0-1 en lugar de para aumentar la resolución. Los números mayores que 1 eran para colores más brillantes de lo que la pantalla podía mostrar, como en 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 operaciones de filtrado con coeficientes de filtro negativos. El Pixar Image Computer usó 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 usó pantallas de video profesionales de 10 bits con el hardware de video ajustado de manera que un valor de 95 fuera negro y 685 fuera blanco. ^{[ 32 ]} La señal amplificada tendía a reducir la vida útil del CRT.

Un mayor número de bits también fomentó el almacenamiento de la luz como valores lineales, donde el número corresponde directamente a la cantidad de luz emitida. Los niveles lineales simplifican enormemente el cálculo de gráficos por computadora. Sin embargo, el color lineal genera una cantidad desproporcionadamente mayor de muestras cerca del blanco y menos cerca del 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 punto flotante pueden representar niveles de luz lineales espaciando las muestras de forma semilogarítmica. Las representaciones de punto flotante también permiten rangos dinámicos mucho mayores, así como valores negativos. La mayoría de los sistemas inicialmente admitían precisión simple de 32 bits por canal , lo que superaba 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 precisión media de 16 bits por canal . Con 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 un rango dinámico extendido.

Prácticamente todas las pantallas de televisión y de ordenador forman imágenes variando la intensidad de solo tres colores primarios : rojo, verde y azul. Por ejemplo, el amarillo brillante se forma con contribuciones aproximadamente iguales de rojo y verde, sin ninguna contribución de azul.

Para almacenar y manipular imágenes, existen métodos alternativos para ampliar el triángulo cromático tradicional: se puede convertir la codificación de imágenes para usar colores primarios ficticios, que no son físicamente posibles, pero que tienen el efecto de extender el triángulo para abarcar una gama de colores mucho mayor. Un cambio equivalente y más sencillo consiste en permitir números negativos en los canales de color, de modo que los colores representados puedan extenderse más allá del triángulo cromático formado por los primarios. Sin embargo, estos métodos solo extienden los colores que se pueden representar en la codificación de la imagen; ninguno de ellos extiende la gama de colores que realmente se pueden mostrar 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 colores primarios en sus vértices, por ejemplo, el espacio de color CIE 1931. Tecnologías recientes como BrilliantColor de Texas Instruments complementan los canales típicos de rojo, verde y azul con hasta tres colores primarios adicionales: cian, magenta y amarillo. ^{[ 33 ]} El cian se indicaría mediante valores negativos en el canal rojo, el magenta mediante valores negativos en el canal verde y el amarillo mediante valores negativos en el canal azul, lo que valida el uso de números negativos que de otro modo serían ficticios en los canales de color.

Mitsubishi y Samsung (entre otros) utilizan BrilliantColor en algunos de sus televisores para ampliar la gama de colores que pueden mostrar. La línea de televisores Sharp Aquos ha incorporado la tecnología Quattron , que complementa los píxeles RGB habituales con un subpíxel amarillo. Sin embargo, actualmente , los formatos y soportes que permiten o utilizan esta gama de colores ampliada son extremadamente raros.

Dado que los humanos son mayoritariamente tricromáticos o dicrómatas ^{[ b ],} cabría suponer que añadir un cuarto color "primario" no aportaría ningún beneficio práctico. Sin embargo, los humanos pueden percibir una gama de colores más amplia que la que puede mostrar una mezcla de tres luces de colores. El déficit de colores es particularmente notorio en los tonos saturados de verde azulado (mostrados como la parte gris superior izquierda de la herradura en el diagrama) de las pantallas RGB: la mayoría de los humanos pueden percibir verdes azules más vivos que los que puede mostrar cualquier pantalla de vídeo a color.