ความลึกสี

ความลึกสี (color depth) เป็นแนวคิดในคอมพิวเตอร์กราฟิกส์ ที่ว่าด้วยเรื่องจำนวนบิตต่อ พิกเซลในภาพกราฟิกส์แรสเตอร์สีหรือภาพขาวดำ หน่วยวัดที่ใช้เรียกว่า บิตต่อพิกเซล (bits per pixel, bpp) และใช้ในการระบุข้อมูลจำเพาะของอุปกรณ์กราฟิก ความลึกสีเป็นสมบัติหนึ่งของการแสดงสี บอกถึงจำนวนสีที่สามารถแสดงได้ พูดในอีกแง่มุมคือ มองสามารถแสดงสีช่วงสีได้ในขอบเขตกว้างแค่ไหน ข้อกำหนดการเข้ารหัสสีถูกนิยามโดยความลึกสีและช่วงสี และเป็นตัวกำหนดการเชื่อมโยงค่ารหัสสีเข้ากับตำแหน่งในปริภูมิสี

ดัชนีสี

บทความหลัก: ดัชนีสี

เมื่อความลึกสีค่อนข้างต่ำ ค่าที่เก็บไว้ในแต่ละพิกเซลมักจะเป็นดัชนีในตารางที่เรียกว่าจานสีหรือแผนที่สี สีบนชุดสีอาจถูกปรับแก้เนื่องจากข้อจำกัดของฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ รุ่นสีของแมคอินทอชรุ่นแรก ๆ หรือ IBM-PC VGA มีความลึกของสีเป็น 8 บิตเนื่องจากข้อจำกัดด้านความจุของ VRAM แต่ปัจจุบันสามารถเลือกปรับความลึกของจานสีได้ โดยแมคอินทอช มีความลึกสีสูงสุด 24 บิต (16.77 ล้านสี) และ VGA มีสูงสุด 18 บิต (262,144 สี) จานสีที่เปลี่ยนแปลงได้บางครั้งเรียกว่าจานสีซูโดคัลเลอร์ (pseudocolor)

ความลึกของสีในดัชนีสีที่ใช้จริงเป็นดังนี้

1 บิต (2 สี)

• สี 1 บิต (2¹ = 2 สี) - ขาวดำ มักจะเป็นขาวกับดำ เช่น แมคอินทอช รุ่นแรก Atari ST ฯลฯ
• สี 2 บิต (2² = 4 สี) - CGA (320 x 200 พิกเซล) NeXTstation รุ่นแรก, แมคอินทอช รุ่นแรก, Atari ST เป็นต้น

2 บิต (4 สี)

• สี 3 บิต (2³ = 8 สี) - คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลสำหรับงานอดิเรกในยุคแรก ๆ ที่ใช้เครื่องรับโทรทัศน์ในการแสดงผล เช่น ZX Spectrum, BBC Micro

4 บิต (16 สี)

• สี 4 บิต (2⁴ = 16 สี) - EGA (640 x 350 พิกเซล) และ VGA (โหมด 640 x 480 พิกเซล), แมคอินทอช, Atari ST, Commodore 64, Amstrad CPC
• สี 5 บิต (2⁵ = 32 สี) - Amiga รุ่นแรก
• สี 6 บิต (2⁶ = 64 สี) - เช่นชิปเซ็ตเฉพาะของ Amiga

8 บิต (256 สี)

• สี 8 บิต (2⁸ = 256 สี) - เวิร์กสเตชัน UNIX รุ่นแรก, โหมดความละเอียดต่ำของ VGA, SVGA, แมคอินทอช เป็นต้น
• สี 12 บิต (2¹² = 4096 สี) - โหมด HAM ในระบบ กราฟิกซิลิคอน บางระบบ, Neo Geo, NeXTstation, Amiga
• สี 16 บิต (2¹⁶ = 65536 สี)
• สี 24 บิต (2²⁴ = 16777216 สี) ใช้ในผลิตภัณฑ์จำนวนมาก
• สี 30 บิต (2³⁰ = 1073741824 สี) สีมากกว่า 30 บิต (ไม่รวมสี 32 บิต) บางครั้งเรียกว่า ดีปคัลเลอร์ (deepcolor, deep colors)
• สี 32 บิต (2³² = 4294967296 สี) สี RGBA
• สี 48 บิต (2⁴⁸ = 281,474,976,710,656 สี) มักใช้สำหรับข้อมูลภายในและข้อมูลระดับกลาง

ชิปกราฟิกเก่าบางรุ่นที่ใช้ในคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลและเครื่องเล่นเกมรุ่นแรก ๆ ได้พยายามเพิ่มจำนวนสีที่สามารถแสดงผลได้ในคราวเดียวโดยการออกแบบให้สอดคล้องกันระหว่างจานสีและพิกเซล ตัวอย่างเช่น ภาพบิตแมปใน ZX Spectrum นั้นอยู่ในรูปแบบสี 1 บิต (2 สี) แต่จานสีสามารถตั้งค่าเป็นหน่วย 8x8 พิกเซล เพื่อให้สามารถแสดงสีโดยรวมได้มากกว่า 2 สีโดยภาพรวมได้

24 บิต (16777216 สี)

ไดเรกต์คัลเลอร์

เมื่อจำนวนบิตเพิ่มขึ้น จำนวนสีที่สามารถแสดงได้ก็เพิ่มขึ้น และในขณะเดียวกันขนาดของแผนผังสีก็ไม่สมจริง (ที่ความลึก 20 บิต การใช้แผนผังสีจะใช้หน่วยความจำมากกว่าการใช้พิกเซลเพื่อแสดงสีโดยตรง) ดังนั้น เมื่อความลึกของสีเพิ่มขึ้น ข้อมูลต่อพิกเซลจึงถูกใช้โดยตรงเพื่อแสดงความสว่าง RGB (แดง เขียว น้ำเงิน) สิ่งนี้เรียกว่า ไดเรกต์คัลเลอร์ (direct color)

อุปกรณ์แสดงผลของคอมพิวเตอร์หรือการ์ดวิดีโอทั่วไปสามารถกำหนดความลึกของสี 8 บิต (256 ระดับสี) ให้กับแต่ละช่องสัญญาณ R/G/B สามช่อง ซึ่งแสดงถึงพื้นที่สีโดยรวม 24 บิต (อาจเพิ่มช่องอัลฟา อีก 8 บิตเป็น 32 บิต) ในอดีตเคยมีการกำหนดให้แต่ละช่องเป็น 6 บิต (64 ระดับสี) มาตรฐาน DVD จัดสรร 10 บิต (1024 ระดับสี) ให้กับแต่ละช่องสัญญาณวิดีโอ Y/U/V (สัญญาณ YUV ประกอบด้วยสัญญาณความสว่างและสัญญาณความแตกต่างของสีสองสัญญาณ) ส่วนในมาตรฐานบลูเรย์จะจัดสรร 8 บิตต่อช่องสัญญาณเท่านั้น นอกจากนี้ โทรศัพท์มือถือที่ใช้ความลึกของสีนอกเหนือจากต่อไปนี้ เช่น ไดเรกต์คัลเลอร์ 12 บิต ได้รับการพัฒนาและจัดส่ง

สี 8 บิต

รูปแบบหนึ่งที่มีการใช้งานคือ จัดสรร 3 บิต (8 ระดับสี) ให้กับส่วนประกอบ R และ G และจัดสรรอีก 2 บิตที่เหลือ (4 ระดับสี) ให้กับ B ทำให้สามารถแสดงสีได้ 256 สี เนื่องจากดวงตาของมนุษย์มีความไวต่อส่วนประกอบสีน้ำเงินน้อยกว่าสีแดงและสีเขียว จึงให้จำนวนบิตที่จัดสรรให้กับ B ลดลง ระบบ V9938 ที่ใช้ในมาตรฐานเช่น MSX2 นั้นใช้โหมดการแสดงผลนี้

แม้ว่าจะแตกต่างจากสีที่จัดทำดัชนี 8bpp แต่ก็เป็นไปได้ที่จะจำลองการแสดงผลของมาตรฐานนี้ด้วยสีที่จัดทำดัชนี 8bpp

ไฮคัลเลอร์ (15/16 บิต)

ไฮคัลเลอร์ (high color) มีความลึกของสี 15 หรือ 16 บิต ซึ่งถือว่าให้สีเพียงพอสำหรับการแสดงสีทั่วไป ในกรณีของ 15 บิต ความสว่างของสีแดง เขียว และน้ำเงินจะแสดงด้วยอย่างละ 5 บิต เนื่องจาก 2⁵ เท่ากับ 32 ความสว่างขององค์ประกอบสีแต่ละสีคือ 32 ระดับสี และสามารถแสดงสีโดยรวมได้ 32,768 สี (32×32×32=32,768) ในกรณีของ 16 บิต สีเขียวซึ่งดวงตาของมนุษย์ไวต่อการมองเห็นจะแสดงเป็น 6 บิต (64 ระดับสี) ดังนั้น จำนวนสีที่แสดงได้คือ 65,536 (32×64×32=65,536) ^[1] นอกจากนี้ยังมีวิธีการที่แต่ละ R/G/B แทนด้วย 4 บิต (16 การไล่ระดับสี) และอีก 4 บิตที่เหลือใช้สำหรับช่องอัลฟา ในกรณีนั้น จำนวนสีที่แสดงได้คือ 4,096 ความลึกของสีเหล่านี้บางครั้งใช้ในอุปกรณ์ขนาดเล็กที่มีหน้าจอสี เช่น โทรศัพท์มือถือ

โดยทั่วไปแล้วไฮคัลเลอร์จะจัดสรร 5 บิตหรือมากกว่านั้นให้กับแต่ละส่วนประกอบของสี^[2] บางครั้งถือได้ว่าเพียงพอสำหรับการแสดงภาพถ่าย^[3]

สี 18 บิต

LCD ราคาไม่แพง (เช่น รูปแบบ TN) ลดสีจริงลงเหลือ 18 บิต (64 x 64 x 64 = 262,144 สี) และใช้ดิเธอริง หรือเฟรมคอนโทรล^[4] หรืออีกทางหนึ่ง ข้อมูลสี 6 บิตอาจถูกยกเลิกทั้งหมด จอแสดงผลคริสตัลเหลวราคาแพง (เช่น ระบบ IPS ) สามารถแสดงความลึกสี 24 บิตหรือมากกว่านั้น

ทรูคัลเลอร์ (24/32 บิต)

ทรูคัลเลอร์ (true color) ประกอบด้วย 24 บิต ซึ่งสามารถแสดงสีได้ ประมาณ 16.77 ล้าน (=2²⁴) สี กล่าวกันว่านี่เกือบจะถึงขีดจำกัดของจำนวนสีที่ดวงตามนุษย์สามารถแยกแยะได้^[5] เมื่อสร้างคอมพิวเตอร์กราฟิกส์จะเห็นได้ว่าข้อจำกัดเมื่อเทียบกับภาพแอนะล็อก ทรูคัลเลอร์ 24 บิตแสดงถึง 8 บิตสำหรับแต่ละสีใน RGB ดังนั้น แต่ละองค์ประกอบสีจึงแทนด้วยความสว่าง 256 ระดับ และสามารถแสดงสีได้ทั้งหมด 16,777,216 สี

กลุ่มของภาพสีที่สังเคราะห์โดยการกำหนด R, G และ B ในลำดับที่แตกต่างกันให้กับภาพระดับโทนขาวดำสามประเภท A, B และ C

บางครั้งก็ใช้คำว่า "ทรูคัลเลอร์" ในการเรียกโหมดที่แสดงข้อมูล RGB โดยไม่ใช้จานสีหรือแผนที่สี^[6] หรือก็คือความหมายเดียวกับไดเรกต์คัลเลอร์ และเป็นคำตรงกันข้ามกับซูโดคัลเลอร์ (pseudo color)

โดยทั่วไปแทนที่จะใช้แค่ 24 บิต มักจะใช้ในรูปของทรูคัลเลอร์ 32 บิต ซึ่ง 32 บิตในที่นี้ไม่ได้หมายความว่าสามารถแสดงสีได้ 4,294,967,296 (=2³²) สี แต่อันที่จริงแล้วเป็นสีจริง 24 บิต ส่วนอีก 8 บิตที่เหลืออาจไม่ได้จัดสรร หรือถูกใช้สำหรับช่องอัลฟา โดยทั่วไปแล้ว คอมพิวเตอร์ทุกวันนี้สามารถจัดการข้อมูลในหน่วย 32 บิตได้ดีกว่าหน่วย 24 บิต ดังนั้นจึงพยายามจัดเก็บข้อมูลพิกเซลในหน่วย 32 บิต ลำดับการจัดเก็บอาจเป็น RGB หรือ BGR

แบบจำลองสี RGB ซึ่งแสดงด้วยทรูคัลเลอร์นั้นไม่สามารถแสดงสีในช่วงสี ที่อยู่นอกพื้นที่สี RGB ได้

ดีปคัลเลอร์ (30/36/48/64 บิต)

ดีปคัลเลอร์ (deep color) หมายถึงความลึกสีที่สามารถแสดงช่วงสีตั้งแต่หนึ่งพันล้านสีขึ้นไป^[7] ระบบดีปคัลเลอร์สามารถใช้ปริภูมิสี ชนิด xvYCC, sRGB และ YCbCr^[8]

จำนวนบิตอาจใช้เป็น 30, 36, 48 หรือ 64 บิต การ์ดแสดงผลที่มี 10 บิตสำหรับ R/G/B (รวม 30 บิต) ปรากฏในตลาดในช่วงปลายทศวรรษที่ 1990 ตัวอย่างเช่น มีการ์ด Radius ThunderPower สำหรับ Macintosh ซึ่งมีปลั๊กอิน QuickDraw และอะโดบี โฟโตชอป เพื่อรองรับการแก้ไขภาพสี 30 บิต^[9]

บางบริษัทเช่นซิลิคอนกราฟิกส์ได้เปิดตัวรุ่นที่จัดสรร 12 บิตและ 16 บิตต่อช่อง (สี 36 บิต, สี 48 บิต) สำหรับเวิร์กสเตชันกราฟิกระดับไฮเอนด์ สำหรับสี 48 บิต ให้จัดสรร 64 บิตให้กับพิกเซล และ 16 บิตสำหรับช่องอัลฟา

ค่าความสว่างจะแสดงด้วยเลขทศนิยม ในรูปแบบส่วนต่อขยายช่วงไดนามิกของภาพ เช่น ในการสังเคราะห์ช่วงไดนามิกสูง (HDRI) ทำให้สามารถแสดงภาพที่มีการเปลี่ยนแปลงความสว่างอย่างคมชัดในปริภูมิสีเดียว มักใช้ 32 บิตสำหรับแต่ละ R/G/B บริษัท ILM ได้เสนอรูปแบบไฟล์ภาพ มาตรฐานใหม่ที่เรียกว่า OpenEXR ซึ่งใช้ เลขทศนิยม 16 บิต

การสนับสนุนภาคอุตสาหกรรม

HDMI 1.3 ได้กำหนดให้ใช้ความลึกสี 30 บิต (1.073 พันล้านสี), 36 บิต (68.71 พันล้านสี) และ 48 บิต (281.5 ล้านล้านสี)^[8] และ NVIDIA ก็จึงผลิตกราฟิกการ์ดที่รองรับสีลึก 30 บิตตั้งแต่ปี 2006 ^[10] เช่นเดียวกับ RADEON ของ AMD^[11][12] การ์ดแสดงผล ATI FireGL V7350 รองรับสี 40 บิตและ 64 บิต^[13]

มาตรฐาน DisplayPort ยังรองรับความลึกของสีที่ 24bpp หรือสูงกว่านั้น

สำหรับเครื่องรับโทรทัศน์

จอโทรทัศน์และคอมพิวเตอร์ปัจจุบันแสดงสีโดยการผสมความเข้มของแม่สีสามสี (แดง เขียว และ น้ำเงิน) ตัวอย่างเช่น สีเหลืองสดมีส่วนประกอบของสีแดงและสีเขียวในปริมาณที่เท่ากัน และไม่มีส่วนประกอบของสีน้ำเงิน อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเพียงการประมาณเท่านั้น และไม่อิ่มตัวเท่าแสงสีเหลืองจริง ด้วยเหตุนี้บางบริษัทเช่น เท็กซัสอินสตรูเมนต์ จึงได้เสนอวิธีการที่เรียกว่า บริลเลียนต์คัลเลอรื (Brilliant Color) นี่เป็นวิธีการที่มีข้อมูลความสว่างสำหรับสีฟ้า สีม่วงแดง และสีเหลืองนอกเหนือจาก RGB^[14] มิตซูบิชิ อิเล็กทริค และ ซัมซุง กำลังพัฒนาโทรทัศน์โดยใช้วิธีนี้ โดยใช้ 8 บิตสำหรับแต่ละช่องสี มีความลึกของสีรวม 48 บิต ชาร์ปนำเสนอเทคโนโลยีที่เรียกว่า Quattron ร่วมกับ AQUOS และเพิ่มองค์ประกอบสีเหลืองให้กับ RGB เพื่อขยายช่วงสี

อ้างอิง

1. Edward M. Schwalb (2003). iTV handbook: technologies and standards. Prentice Hall PTR. p. 138. ISBN 978-0-13-100312-5.
2. Ben Waggoner (2002). Compression for great digital video: power tips, techniques, and common sense. Focal Press. p. 34. ISBN 978-1-57820-111-2.Ben Waggoner (2002). Compression for great digital video: power tips, techniques, and common sense. Focal Press. p. 34. ISBN 978-1-57820-111-2.
3. David A. Karp (1998). Windows 98 annoyances. O'Reilly Media. p. 156. ISBN 978-1-56592-417-8.David A. Karp (1998). Windows 98 annoyances. O'Reilly Media. p. 156. ISBN 978-1-56592-417-8.
4. Kowaliski, Cyril; Gasior, Geoff; Wasson, Scott (July 2, 2012). "TR's Summer 2012 system guide". The Tech Report. p. 14. สืบค้นเมื่อ 2013-01-19.
5. D. B. Judd and G. Wyszecki (1975). Color in Business, Science and Industry. Wiley Series in Pure and Applied Optics (third ed.). New York: Wiley-Interscience. p.  388. ISBN 0-471-45212-2.D. B. Judd and G. Wyszecki (1975). Color in Business, Science and Industry. Wiley Series in Pure and Applied Optics (third ed.). New York: Wiley-Interscience. p.  388. ISBN 0-471-45212-2.
6. Charles A. Poynton (2003). Digital Video and HDTV. Morgan Kaufmann. p. 36. ISBN 1-55860-792-7.Charles A. Poynton (2003). Digital Video and HDTV. Morgan Kaufmann. p. 36. ISBN 1-55860-792-7.
7. Keith Jack (2007). Video demystified: a handbook for the digital engineer (5th ed.). Newnes. p. 168. ISBN 978-0-7506-8395-1.Keith Jack (2007). Video demystified: a handbook for the digital engineer (5th ed.). Newnes. p. 168. ISBN 978-0-7506-8395-1.
8. "HDMI Specification 1.3a Section 6.7.2". HDMI Licensing, LLC. 2006-11-10. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2009-07-10. สืบค้นเมื่อ 2009-04-09.
9. "Radius Ships ThunderPower 30/1920 Graphics Card Capable of Super Resolution 1920 × 1080 and Billions of Colors". Business Wire. 1996-08-05.^{[ลิงก์เสีย]}
10. "Chapter 32. Configuring Depth 30 Displays（driver release notes）". NVIDIA. สืบค้นเมื่อ 2013-04-13.
11. "ATI Radeon HD 5970 Graphics Feature Summary". AMD. สืบค้นเมื่อ 2010-03-31.
12. "AMD's 10-bit Video Output Technology" (PDF). AMD. สืบค้นเมื่อ 2010-03-31.
13. Smith, Tony (20 March 2006). "ATI unwraps first 1GB graphics card". คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2006-10-08. สืบค้นเมื่อ 2006-10-03.
14. Hutchison, David C. (5 April 2006). "Wider color gamuts on DLP display systems through BrilliantColor technology". Digital TV DesignLine.