Таблицы соответствия цветов (ЦКЛ) в компьютерной графике

Введение

таблицы поиска цветов
В компьютерной графике, конечный набор доступных цветов.

В компьютерной графике палитра — это набор доступных цветов, из которых может быть создано изображение. В некоторых системах палитра фиксирована аппаратной конструкцией, а в других — динамична, обычно реализуется посредством таблицы поиска цветов (CLUT) — таблицы соответствий, в которой выбранным цветам из диапазона цветовоспроизведения определенного цветового пространства присваивается индекс, по которому к ним можно обратиться. Используя индекс для ссылки на цвета, что требует меньше информации, чем для описания самих цветов в цветовом пространстве, эта техника направлена на снижение объема используемых данных, включая вычислительную нагрузку, пропускную способность передачи, использование оперативной памяти и объем хранения. Изображения, в которых цвета задаются ссылками на CLUT, называются изображениями с индексированной цветовой палитрой.

Описание

По состоянию на 2019 год наиболее распространенным цветовым пространством в графических картах является RGB-модель с 8 битами на канал, обеспечивающая 8-битную глубину цвета. При использовании этой техники 8 бит на пиксель используются для описания уровня яркости в каждом из каналов RGB, следовательно, 24 бита полностью описывают цвет каждого пикселя. Полная палитра системы для такого оборудования, таким образом, содержит 16 777 216 цветов (2 в 24-й степени). Цель использования уменьшенных палитр с помощью CLUT (таблиц цветоперехода) – снизить количество бит на пиксель за счет уменьшения набора обрабатываемых цветов (часто с использованием адаптивных методов). Каждому возможному цвету присваивается индекс, что позволяет ссылаться на него, используя меньше информации, чем требуется для полного описания цвета. Примером является 256-цветная палитра, часто используемая в формате GIF, где 256 цветов, используемых для представления изображения, выбираются из всего 24-битного цветового пространства, и каждому из них присваивается 8-битный индекс. Таким образом, хотя система потенциально может воспроизвести любой цвет в RGB-пространстве (если это позволяет ограничение в 256 цветов), объем памяти, необходимый для хранения одного пикселя, уменьшается с 24 до 8 бит.

Прозрачность в паллетах

Одно изображение в палитре индексированного цветного изображения может быть назначено как прозрачный цвет для выполнения простого видео-наложения: наложения данного изображения на фон таким образом, что часть наложенного изображения скрывает фон, а остальная часть – нет. Наложение титров и заставок фильмов и телепередач – типичное применение видео-наложения. В изображении, предназначенном для наложения (предполагается использование индексированной цветовой модели), определенная запись палитры играет роль прозрачного цвета. Обычно это индекс 0, но другие значения могут быть выбраны, если наложение выполняется программно. При проектировании, запись прозрачного цвета в палитре присваивается произвольному (обычно хорошо заметному) цвету. В приведенном ниже примере типичный курсор-стрелка для устройства указания выполнен на оранжевом фоне, поэтому оранжевые области обозначают прозрачные области (слева). Во время выполнения наложенное изображение размещается в любом месте над фоновым изображением и смешивается таким образом: если индекс цвета пикселя соответствует прозрачному цвету, то сохраняется пиксель фона, в противном случае он заменяется. Эта техника используется для курсоров, в типичных 2D-видеоиграх для персонажей, пуль и т.д. (спрайтов), для создания видео-титров и в других приложениях для смешивания изображений. Некоторые ранние компьютеры, такие как Commodore 64, MSX и Amiga, поддерживали спрайты и/или полноэкранное видео-наложение аппаратно. В этих случаях номер записи прозрачного цвета в палитре определяется аппаратным обеспечением и обычно был равен 0. Некоторые форматы файлов изображений с индексированной цветовой моделью, такие как GIF, изначально поддерживают назначение определенной записи палитры как прозрачной, с возможностью свободного выбора среди любых записей палитры, используемых для данного изображения. Формат файла BMP резервирует место для значений альфа-канала в своей цветовой таблице, однако в настоящее время это место не используется для хранения данных о прозрачности и установлено в нуль. В отличие от него, PNG поддерживает альфа-каналы в записях палитры, что позволяет реализовать полупрозрачность в изображениях с палитрой. При работе с изображениями в формате truecolor, некоторое видео-оборудование для смешивания может использовать RGB-триплет (0,0,0) (отсутствие красного, зеленого и синего: самый темный оттенок черного, иногда называемый «суперчерным» в этом контексте) в качестве прозрачного цвета. При проектировании он заменяется так называемым «магическим розовым». Аналогично, типичное программное обеспечение для настольной публикации может исключать чистый белый цвет, RGB-триплет (255,255,255), из фотографий и иллюстраций, чтобы текстовые абзацы могли выходить за границы изображения для нерегулярного расположения текста вокруг объектов изображения. 2D-редакторы, такие как Microsoft Paint и Deluxe Paint, могут использовать пользовательский цвет фона в качестве прозрачного цвета при выполнении операций вырезания, копирования и вставки. Хотя они связаны (поскольку используются для одних и тех же целей), битовые маски изображения и альфа-каналы – это методы, которые не предполагают использования палитры или прозрачного цвета, а используют дополнительные двоичные слои данных, добавленные вне изображения.

A single palette entry in an indexed color image can be designated as a transparent color, in order to perform a simple video overlay: superimposing a given image over a background in such way that some part of the overlapped image obscures the background and the remaining not. Superimposing film/TV titles and credits is a typical application of video overlay. In the image to be superimposed (indexed color is assumed), a given palette entry plays the role of the transparent color. Usually the index number 0, but other may be chosen if the overlay is performed by software. At design time, the transparent color palette entry is assigned to an arbitrary (usually distinctive) color. In the example below, a typical arrow pointer for a pointing device is designed over an orange background, so here the orange areas denoted the transparent areas (left). At runtime, the overlapped image is placed anywhere over the background image, and it is blended in such way that if the pixel color index is the transparent color, the background pixel is kept, otherwise it is replaced. This technique is used for pointers, in typical 2 D videogames for characters, bullets and so on (the sprites), video titling and other image mixing applications. Some early computers, as Commodore 64, MSX and Amiga supports sprites and/or full screen video overlay by hardware. In these cases, the transparent palette entry number is defined by the hardware, and it used to be the number 0. Some indexed color image file formats as GIF natively support the designation of a given palette entry as transparent, freely selectable among any of the palette entries used for a given image. The BMP file format reserves space for Alpha channel values in its Color Table, however currently this space is not being used to hold any translucency data and is set to zero. By contrast, PNG supports alpha channels in palette entries, enabling semi transparency in paletted images. When dealing with truecolor images, some video mixing equipment can employ the RGB triplet (0,0,0) (no red, no green, no blue: the darkest shade of black, sometimes referred as superblack in this context) as the transparent color. At design time, it is replaced by the so called magic pink. The same way, typical desktop publishing software can assume pure white, RGB triplet (255,255,255) from photos and illustrations to be excluded in order to let the text paragraphs to invade the image's bounding box for irregular text arrangement around the image's subjects. 2 D painting programs, like Microsoft Paint and Deluxe Paint, can employ the user designated background color as the transparent color when performing cut, copy, and paste operations. Although related (due to they are used for the same purposes), image bit masks and alpha channels are techniques which do not involve the use of palettes nor transparent color at all, but off image added extra binary data layers.

Microsoft Windows

Приложения Microsoft Windows управляют палитрой 4-битных или 8-битных индексированных цветовых дисплеев посредством специализированных функций Win32 API. Применимость палитр в режимах Highcolor и Truecolor становится сомнительной. Эти API работают с так называемой "системной палитрой" и множеством "логических палитр". "Системная палитра" представляет собой копию в оперативной памяти аппаратных регистров цветового дисплея, прежде всего физическую палитру, и является уникальным, общим ресурсом системы. При загрузке она заполняется палитрой системы по умолчанию (в основном "мастер-палитрой", которая достаточно хорошо работает с большинством программ). Когда приложение намеревается вывести цветную графику и/или изображения, оно может установить собственную "логическую палитру", то есть свой собственный набор цветов (до 256). Предполагается, что каждый графический элемент, который приложение пытается отобразить на экране, использует цвета своей логической палитры. Каждая программа может свободно управлять одной или несколькими логическими палитрами без предварительного вмешательства. Прежде чем вывод будет осуществлен, программа должна реализовать свою логическую палитру: система пытается сопоставить "логические" цвета с "физическими". Если требуемый цвет уже присутствует в системной палитре, система внутренне сопоставляет логические индексы с индексами системной палитры (поскольку они редко совпадают). Если требуемого цвета еще нет, система применяет внутренний алгоритм для удаления наименее используемого цвета в системной палитре (обычно используемого другим окном на заднем плане) и замены его новым цветом. Ввиду ограниченного места для цветов в системной палитре, алгоритм также пытается переназначить похожие цвета вместе и всегда избегает создания избыточных цветов. Окончательный результат зависит от количества приложений, одновременно пытающихся отобразить свои цвета на экране. Окно на переднем плане всегда имеет приоритет, поэтому окна на заднем плане могут вести себя по-разному: от повреждения до быстрой перерисовки. Когда системная палитра изменяется, система генерирует определенное событие, чтобы уведомить каждое приложение. Получив это событие, окно может быстро перерисоваться, используя одну функцию Win32 API. Однако это должно быть реализовано явно в коде программы; поэтому многие программы не обрабатывают это событие, и их окна в этой ситуации повреждаются. Приложение может принудительно загрузить в системную палитру определенные цвета (даже в определенном порядке), "обманув" систему, сообщив ей, что это цветовые записи, предназначенные для анимации (быстрые изменения цветов в физической палитре по определенным индексам). Система тогда предполагает, что эти аппаратные записи палитры больше не свободны для ее алгоритма управления цветом палитры. Окончательный результат зависит от умения программы, принудительно изменяющей цвета, и поведения других программ (хотя проблема остается той же самой), а также от самой операционной системы.

Microsoft Windows applications manage the palette of 4 bit or 8 bit indexed color display devices through specialized functions of the Win32 API. The applicability of palettes in Highcolor and Truecolor display modes becomes questionable. These APIs deals with the so called "system palette" and with many "logical palettes". The "system palette" is a copy in RAM of the color display's hardware registers, primarily a physical palette, and it is a unique, shared common resource of the system. At boot, it is loaded with the default system palette (mainly a "master palette" which works well enough with most programs). When a given application intends to output colorized graphics and/or images, it can set their own "logical palette", that is, its own private selection of colors (up to 256). It is supposed that every graphic element that the application tries to show on screen employs the colors of its logical palette. Every program can manage freely one or more logical palettes without further expected interference (in advance). Before the output is effectively made, the program must realize its logical palette: The system tries to match the "logical" colors with "physical" ones. If an intended color is already present in the system palette, the system internally maps the logical to the system palette indexes (because they rarely coincide). If the intended color is not present yet, the system applies an internal algorithm to discard the least used color in the system palette (generally, one used by another window in the background) and substitutes it with the new color. Due to there being limited room for colors in the system palette, the algorithm also tries to remap similar colors together and will always avoid creating redundant colors. The final result depends on how many applications are trying to show their colors on screen at the same time. The foreground window is always favored, so background windows may behave in different ways: from become corrupted to quickly redraw themselves. When the system palette changes, the system triggers a specific event to inform every application. When received, a window can quickly redraw itself using a single Win32 API function. But this must be done explicitly in the program code; hence the fact that many programs fail to handle this event, and their windows will become corrupt in this situation. An application can force the system palette to be loaded with specific colors (even in a specific order), "tricking" the system by telling it they are color entries intended for animation (quick color changes of the colors in the physical palette at specific entries). The system will then assume that those hardware palette entries no longer are free for its palette color management algorithm. The final result depends on the skills of the color forcing program and the behavior of the other programs (although this problem is the same as in the regular case), and that of the operating system itself.