Bit Depthچیست؟! و چه اهمیتی دارد؟!

Bit Depth و Bit Size

« بیت » روشی برای ذخیره اطلاعات به صورت ۰ یا ۱ در رایانه و یا دوربین‌های دیجیتال است. یک تصویر یک بیتی فقط می‌تواند ۲ واحد اطلاعات داشته باشد. اگر این واحد بر اساس یک پیکسل محاسبه شود، یک پیکسل سیاه خالص یا سفید خالص خواهد بود!

برای توصیف و ذخیره کردن اطلاعات پیچیده‌تر، نیاز است تا چند بیت را با هم ترکیب کنیم. هر بار یک بیت دیگر اضافه می‌کنیم، تعداد ترکیبات بالقوه دو برابر می‌شود. یک بیت تنها دارای ۲ حالت ممکن است ، ۰ یا ۱. وقتی ۲ بیت دارید، می‌توانید چهار حالت ممکن داشته باشید (۰۰ ، ۰۱ ، ۱۰ و ۱۱). وقتی ۳ بیت را با هم ترکیب می‌کنید، می‌توانید هشت حالت ممکن (۰۰۰ ، ۰۰۱ ، ۰۱۰ ، ۰۱۱ ، ۱۰۰ ، ۱۰۱ ، ۱۱۰ و ۱۱۱) داشته باشید. و … (به‌طورکلی میزان حالت‌هایی که در اختیارداریم برابر است با ۲ به توان تعداد بیت‌های موجود.)

به مثال ذیل برای مقایسه گردینت (Gradient) سیاه و سفید در عمق بیت‌های مختلف توجه کنید. همان‌طور که مشخص است،‌ هرچه تعداد بیت‌ها بیشتر می‌شود، تفکیک رنگ‌ها نرم‌تر شده و درنتیجه حالت‌های دقیق‌تری را برای اعمال تغییرات در دست خواهیم داشت. البته تشخیص تفکیک‌پذیری این تصویر به کیفیت مانیتور شما بستگی دارد، احتمالاً فقط می‌توانید اختلاف را تا ۸-۱۰ بیت تشخیص دهید.

توجه داشته باشید که تصویر بالا سیاه و سفید است. یک تصویر رنگی معمولاً از پیکسل‌های قرمز، سبز و آبی برای تولید و نمایش رنگ‌ها استفاده می‌کند. هر یک از این رنگ‌ها توسط رایانه و نمایشگر شما به عنوان یک «کانال» شناخته می‌شود. نرم افزارهای ویراش عکس (مانند فتوشاپ و لایت روم) از مقدار «بیت در کانال» استفاده می‌کنند. بنابراین ۸ بیت به معنی ۸ بیت در هر کانال است. این بدان معنی است که یک تصویر ۸ بیتی RGB در فتوشاپ در کل ۲۴ بیت در هر پیکسل (۸ برای قرمز، ۸ برای سبز و ۸ برای آبی) خواهد داشت. و یک تصویر ۱۶ بیتی RGB یا LAB در فوتوشاپ دارای ۴۸ بیت در هر پیکسل است.

۸ بیت به معنای تعداد داده‌های ۸ بیتی است (۲ به توان ۸، زیرا هر بیت می تواند ۱ یا ۰ باشد). پس مقادیر عدد از ۰ تا ۲۵۵ متغیر خواهد شد. همچنین، ۱۶ بیت به این معناست که اندازه داده‌ها در کل ۱۶ بیت است. (یا ۲ به توان ۱۶) این اجازه می دهد تا مقادیر عدد از ۰ تا ۶۵۵۳۵ متغیر باشد.

۱۶ بیت می تواند ۲۵۶ برابر مقادیر عددی بیشتری در مقایسه با ۸ بیت داشته باشد. اگر قرار بود آن را روی نمودار قرار دهید ، به شکل ذیل خواهد بود:

همانطور که اشاره کردم؛ تنظیم ۸ بیتی در هر کانال (BPC) در واقع ۲۴ بیت در هر پیکسل (BPP) است.که هر پیکسل می‌تواند مقادیر مختلفی از ۰ تا ۱۶،۷۷۷،۲۱۵ را در خود داشته باشد پس حدود ۱۶ میلیون رنگ را نشان خواهد داد.

چشم انسان فقط می تواند حدود ۱۰ میلیون رنگ مختلف را تشخیص دهد، پس چرا این عدد بسیار زیادتر از محدوده دید انسان است؟! اگر در نظر بگیرید که یک گردینت خنثی (تک رنگ) فقط می‌تواند ۲۵۶ مقدار مختلف داشته باشد، به سرعت متوجه می‌شوید که چرا تن‌های مشابه در یک تصویر ۸ بیتی می‌تواند باعث ایجاد افکت‌های مصنوعی شوند. که به آن Posterization می‌گویند.

تنظیم ۱۶ بیتی در هر کانال ۴۸ بیت در هر پیکسل (BPP) را به همراه دارد. تعداد مقادیر پیکسلی موجود در اینجا شگفت‌آور است (۲^۴۸). حدود ۱۶ میلیون برابر بیشتر از مقدار عددی یک ۸ بیتی. یکم زیاد نیست؟! وقتی گردینت رنگ خنثی را در نظر بگیرید، مقادیر به ۶۵۵۳۶ پله مختلف خواهد رسید که در مقابل ۲۵۶ پله حرفی برای گفتن نخواهد داشت!

فتوشاپ از ۱۶ بیت در هر کانال استفاده می‌کند. با این حال، رقم شانزدهم را متفاوت ارزیابی می‌کند. که گاهی اوقات ۱۵ + ۱ بیت نامیده می‌شود. این بدان معنی است که به جای ۲^۱۶ مقدار ممکن (که می تواند ۶۵۵۳۶ مقدار ممکن باشد) فقط ۲^۱۵ + ۱ مقدار ممکن وجود دارد (که ۳۲،۷۶۸ +۱ = ۳۲،۷۶۹ مقدار ممکن است). به گفته یکی از توسعه دهندگان ادوبی؛ این کار به نرم‌افزار اجازه می‌دهد تا بسیار سریع‌تر کار کند و قادر به بازتولید Midpoint دقیق‌تری باشد که در Blend mode های مختلف بسیار مفید است. آیا باید نگران این یک بیت ازدست‌رفته باشیم؟ جواب این سؤال خیر است، زیرا همین ۱۵ بیت نیز بسیار زیاد و حتی بیش از نیاز شما است!

نکته: فوتوشاپ بدون در نظر گرفتن عمق بیتی که در آن ویرایش می‌کنید، اغلب هر کانال رنگی را بین ۰ تا ۲۵۵ نشان می‌دهد. که صرفاً برای ساده کردن فضای کاربری است. ولی در اصل از طیف وسیعی از مقادیر استفاده می‌کند. به عنوان مثال، رنگ سبز خالص در ۸ بیتی معادل {۰,۲۵۵,۰} و در ۱۶ بیتی {۰,۳۲۷۶۸,۰} است.

TONAL GRADUATION

برای رسیدن به یک گردینت صاف و یک دست بین تن‌های رنگی یا خنثی، به فضای بین آن تن‌ها هم نیاز خواهید داشت تا بتوانید فاصله بینشان را پنهان کنید. مانند:

اگر رنگهای شما محدود باشد، رنجه رنجه شدن یا اصطلاحات Banding Effect را مشاهده خواهیدکرد ، مانند:

هرچه مقدار عمق بیت کمتر باشد و مقادیر شروع و پایان تن‌ گردینت به‌ هم نزدیک‌تر باشند، خطر ایجاد این خطوط اعواج‌دار بیشتر می‌شود. برای درک بهتر، فرض کنید تصویری فقط یك بیت عمق داشته باشید گرادیان موجود در اختیار شما واقعاً محدود است: سیاه یا سفید. اگر می‌خواهید گردینت خاکستری بین ۵۰ و ۱۰۰ را تولید کنید، فقط ۵۰ پله خاکستری تولید خواهد شد. که قطعا باعث ایجاد Banding Effect می‌شود.

این اتفاقی است که با تصویری در تنظیمات ۸ بیتی (BPC) روی خواهد داد! فقط ۵۰ پله خاکستری! حالا بیایید در تنظیمات ۱۶ بیتی (BPC) کار کنیم، اکنون ۶۴۰۰ پله خواهیم داشت که تصویری بسیار نرم‌تر را تولید می‌کند!

TONAL RANGE

یک عکس ۸ بیتی را فرض کنید، وقتی به هیستوگرام تصویر می‌نگرید، در واقع دامنه تنالیته آن را مشاهده می‌کنید. در سمت چپ دامنه این تنالیته ۰ و در سمت راست مقدار آن ۲۵۵ است. (همانطور که قبلاً توضیح دادم، این هیستوگرام در واقع بازه وسیعی را در حالت ۱۶ بیتی نشان می‌دهد ؛ ۰ تا ۳۲۷۶۸)

خطر ویرایش در ۸ بیتی این است که اگر ذره‌ای در ویرایش خود زیاده‌روی کنید، ممکن است اطلاعات مهمی را از دست بدهید. به این معنا که اگر یک رنگ را تغییر دادید و تصمیم بگیرید که دوباره اصلاحش کنید، خطر از دست رفتن برخی از داده‌های اصلی را تجربه خواهید کرد و در پایان با شکاف هایی در هیستوگرام مواجه خواهید شد. (مانند تصویر ذیل)

اگر این شکاف‌ها، مشابه هیستوگرام بالا به وجود آید، تنالیته‌های نرمی نخواهید داشت. که به نوبه خود می تواند منجر به ایجاد Banding Effect و تغییر رنگ ناخواسته شود.

محدودیت‌ها و سخت‌افزارهای خروجی

متأسفانه بیشتر نمایشگرهای معمولی فقط ۸ بیت از داده‌های رنگی در هر کانال را پشتیبانی می‌کنند. این بدان معناست که حتی اگر شما ویرایش ۱۶ بیتی را انتخاب کرده باشید، تنالیته‌های رنگی که می‌بینید توسط رایانه و نمایشگر شما محدود خواهند شد. برخی از نمایشگرهای حرفه‌ای از ۱۰ یا ۱۶ بیت داده رنگ در هر کانال پشتیبانی می‌کنند. با این حال، برای استفاده از این حجم اطلاعات، باید مطمئن شوید که کارت گرافیک و سیستم عامل شما هم از عمق رنگی عمیق‌تر از ۸ بیت پشتیبانی می‌کند!

البته این ایراد به به نمایشگرها محدود نیست، بیشتر چاپگرها قادر به چاپ تصاویر ۱۶ بیتی نیستند، یا شرکت‌های چاپ عکس برای صرفه‌جویی در زمان چاپ و احتمالا مصرف مرکب کمتر، ترجیح می‌دهند از عمق بیت کمتر استفاده کنند! این چیزی است که باید از آن آگاه باشید.

ساختار نمایشگرها کمی با آنچه در بالا گفته شد متفاوت است. سازندگان مانیتورها برای هیجان‌انگیز نشان دادن محصولات خود، نمایشگرهای ۸ بیتی خود را ۲۴ بیتی می‌نامند؛ اما در واقعیت شما ۳ کانال (۳ رنگ) ۸ بیتی در اختیار دارید که درنهایت قادر به نمایش حدود ۱۶ میلیون رنگ است! پس بار دیگر که واژه ۲۴ بیتی را در مشخصات فنی یک مانیتور مشاهده کردید خیلی هیجان‌زده نشوید زیرا درواقع این نمایشگر هنگام نمایش تصویر حین کار با فوتوشاپ ۸ بیتی است! این نمایشگرها با نام True Color‌ نیز شناخته می‌شوند. انواع دیگر نمایشگر که با نام Deep Color‌ نیز عرضه می‌شوند دارای عمق بیتی ۳۰ تا ۴۸ بیت می‌باشند که در حقیقت ۱۰ تا ۱۶ بیتی واقعی هستند!

سایز

اندازه یک تصویر ۱۶ بیتی دو برابر یک تصویر ۸ بیتی است. این امر بر سرعت پردازش، استفاده از حافظه و فضای ذخیره هارد دیسک تاثیر مستقیم می‌گذارد.

نکته: هنگامی که در فوتوشاپ لایه smart objects دارید، این امکان را می‌دهد؛ در صورتی که تصویر اصلی دارای عمق متفاوتی باشد برای یک لایه به صورت جداگانه عمقی متفاوت تعریف کنید. بنابراین تا حدی قادر به ایجاد عمق بیت متفاوت در همان لایه خواهید شد.

DITHERING

نرم افزارهای ویرایش عکس برای از بین بردن Posterization، اغلب از گزینه‌ای به نام « Dither » استفاده می‌کنند. در تصویر زیر سه روش مختلف Dithering نمایش داده شده است. تصویر رنگی اول (شماره ۱) نسخه اصلی است. تصویر دوم (شماره ۲) به ۲۵۶ رنگ تبدیل شده است و گزینه Dither خاموش است. تصاویر شماره ۳-۵ تنها ۲۵۶ رنگ وجود دارد ولی از Dither استفاده شده است. در اکثر نرم‌افزارها اگر تصویر ۸ بیتی را به ۱۶ بیتی تبدیل کنید به طور خودکار قابلیت Dither اعمال خواهد شد.

می‌توان با اعمال نویز و کمی بافت روی تصویر تا حدودی گردینت‌های خود را اصلاح کنید. حتی بعضی از عکاسان هنگام خروجی نهایی تصاویرشان با اضافه کردن مقادیری نویز از بهبود عملکرد گردینت‌ها مطمئن می‌شوند.

تنظیمات:

در داخل فوتوشاپ می توانید هنگام ایجاد یک سند جدید عمق بیت را تنظیم کنید. اگر می خواهید عمق بیت را در یک سند باز شده تغییر دهید، به منو Image> Mode بروید. (تصویر ذیل)

برای دسترسی به تنظیمات هنگام باز کردن تصویر در Adobe Camera Raw، کافیست روی پیوند آبی موجود در پایین پنجره کلیک کنید. (تصویر ذیل)

نکته: به راحتی می توان با مشاهده عنوان سند از عمق بیت استفاده شده باخبر شد. (تصویر ذیل)

در Adobe Lightroom، می‌توان عمق بیت را در Program Preferences  یا تنظیمات Export مشخص کرد.

چکیده!

• با فرمت JPEG و ۸بیت ویرایش و عکاسی نکنید!
• یک فایل ۱۲ بیتی RAW برای اکثر کارها عالی است و موجب صرفه جویی قابل توجهی در فضای ذخیره‌سازی نسبت به فایل ۱۴ بیتی می‌شود. اگر به اندازه فایل اهمیت می دهید این بهترین انتخاب است.
• اگر به بهترین کیفیت مخصوصا در سایه‌ها اهمیت می‌دهید، با فایلهای ۱۴ بیتی RAW عکاسی کنید. اگر به اندازه فایل اهمیت نمی‌دهید و تصاویری با دامنه گسترده دینامیکی (سایه‌های عمیق) می‌خواهید، این بهترین انتخاب است.
• اگر می توانید ۱۶ بیت عکاسی کنید، خوب است اما احتمالاً آنقدرها هم فوق‌العاده نیست. اگر دوربین شما با ۱۶ بیت عکاسی می‌کند (معمولا دوربین‌های فوق‌حرفه‌ای و یا قطع بزرگ‌ها قادر به ثبت تصاویر ۱۶ بیتی هستند) حتما بعد از عکاسی با بیت ریت‌های مختلف، آن‌ها را با هم مقایسه کنید تا ببینید آیا ارزشش را دارد؟
• دلیلی برای ویرایش فایل به صورت ۳۲ بیت نیست مگر اینکه تصاویر HDR را ویرایش می‌کنید.
• برای منتشرکردن تصاویرتان در محیط وب، بعد از ویرایش نهایی، خروجی ۸ بیتی JPEG بهترین گزینه است. هم حجم کمتری برای لود شدن سریعتر تصویرتان خواهد داشت هم در تمام مانیتورها و سیستم‌های قدیمی یا جدید قابل نمایش خواهد بود!
• مطمئن باشید در فوتوشاپ از قسمت: Edit/Color Settings گزینه Use dither 8-bit/channel images را فعال کرده‌اید.
• تنظیمات عمق بیت فایل به فرمت آن ارتباط مستقیم دارد! یک فایل JPEG به صورت پیش‌فرض ۸ بیتی است ولی TIFF می‌تواند اطلاعات ۱۶ بیتی را ذخیره کند.
• برای اصلاح Banding Effect تا حدودی می‌توان از محوکردن یا نویز دادن استفاده کرد! (زیاده روی نکنید!)

منبع: diyphotography.net