Pixel (Picture Element) é o menor elemento de uma imagem digital. Cada pixel tem o seu endereço (coordenada) e pode ser controlado. Os componentes de um pixel são bem relativos e dependem da sua aplicação como para impressão (na impressora), display, câmera digital, armazenamento, transmissão, etc. Aqui será enfocado o pixel em vídeo e no display de um HDTV.
Após passar pelo sensor de imagem, na digitalização e compressão, um pixel, que é formado por sub-pixels de RGB (Red - vermelho, Green - verde, Blue - azul), passa a conter informação de luminosidade e cores. Uma imagem é formada por 3 componentes, Luminância Y (luma - preto e branco) e Crominâncias Cb (chroma - azulada) e Cr (chroma - avermelhada). Como a visão humana é mais sensível ao brilho do que às cores, durante a digitalização, as crominâncias são subamostradas, reduzindo a sua quantidade de pixel, sem quase afetar na qualidade perceptível da imagem.
Veja mais detalhes sobre pixel e sensor de imagem em Filmadora de alta definição.
Macroblocos
Uma imagem digitalizada (Frame - quadro) é dividida em diversos macroblocos (macroblock ou sub-frame). Cada macrobloco contém a informação de luminância e crominâncias. O tamanho de cada macrobloco depende de codec, mas usualmente é múltiplo de 4. No MPEG-2 é fixo de 8x8 pixels, em MPEG-4/H.264 pode ser quebrado em partes menores de 4, 8, 12 e 16 e depois juntados e formando o macrobloco fixo de 16x16 pixels.
Durante a digitalização, no caso do macrobloco de 8x8 pixels, a luminância mantém em 8x8 pixels e as crominâncias podem sofrer uma subamostragem (chroma sub-sampling), ficando com menor quantidade de pixels. Quando não há subamostragem em nenhum dos componentes é conhecido como 4:4:4, quando há subamostragem das crominâncias pela metade na horizontal (4x8 pixels) é conhecido como 4:2:2 e como 4:2:0 quando as crominâncias são convertidas para 4x4 pixels. A nossa visão quase não sente a diferença de uma imagem para outra, uma vez que o brilho é mantido.
Durante a digitalização, no caso do macrobloco de 8x8 pixels, a luminância mantém em 8x8 pixels e as crominâncias podem sofrer uma subamostragem (chroma sub-sampling), ficando com menor quantidade de pixels. Quando não há subamostragem em nenhum dos componentes é conhecido como 4:4:4, quando há subamostragem das crominâncias pela metade na horizontal (4x8 pixels) é conhecido como 4:2:2 e como 4:2:0 quando as crominâncias são convertidas para 4x4 pixels. A nossa visão quase não sente a diferença de uma imagem para outra, uma vez que o brilho é mantido.
Como em geral, cada pixel é representada por 1byte (8bits), no caso de macrobloco de 8x8 pixels, significa que é representada por 64 bytes. Apesar de ter exposto de uma forma simplória, a digitalização e a compressão ocorrem de uma forma extremamente complexa de operações matemáticas (transformada) e algoritmos, fora de alcance do meu simples conhecimento.
Profundidade de cor
Cada cor primária ou sub-pixel RGB, é representada por uma certa quantidade de bits para definir a sua tonalidade, e a mistura (fusão visual) destas diferentes cores primárias, enxergamos uma cor definida de um pixel. O total de bits utilizados para representar a cor de um pixel, é expresso em bpp (bits per pixel - bits por pixel), que normalmente é de 24bpp, conhecido como True Color, que consegue representar aproximadamente 16,8 milhões de cores.
Os mais recentes displays e projetores para Home Theater já estão preparados para o Deep Color que pode ser de 30bpp, 36bpp ou 48bpp, chegando a bilhões de cores e no caso de 48bpp, onde cada sub-pixel tem 16 bits, ou 65.536 tonalidades diferentes, passa de 281 trilhões de cores (veja na tabela de hexadecimal abaixo).
Os mais recentes displays e projetores para Home Theater já estão preparados para o Deep Color que pode ser de 30bpp, 36bpp ou 48bpp, chegando a bilhões de cores e no caso de 48bpp, onde cada sub-pixel tem 16 bits, ou 65.536 tonalidades diferentes, passa de 281 trilhões de cores (veja na tabela de hexadecimal abaixo).
No caso de 24bpp, onde cada cor primária é representada por 8 bits, ou 256 tonalidades diferentes, em muitos softwares de edição de imagem, podemos encontrar a notação numérica decimal de uma cor representada por estas 256 variações de cores primárias, ou até mesmo em notação hexadecimal.
Hexadecimal
Hexadecimal é uma contagem utilizada em informática, composta por sistema de base 16, para facilitar a leitura de um byte (no nosso sistema decimal, utilizamos a base 10, ou seja, 0 a 9 e no sistema binário a base 2, ou seja, 0 e 1). No hexadecimal, além dos 0 a 9, representando os números de 0 até 9, são seguidos de A=10, B=11, C=12, D=13, E=14 e F=15.
Como em hexadecimal podemos representar um Half-Byte (meio byte - 4 bits), para 1 byte (8bits) precisamos de 2 casas hexadecimais (2 half-bytes). Veja na tabela abaixo, conversões de dígitos binários, hexadecimais e decimais. Veja também bits e bytes em Digitalização de imagem e som.
Pixel
Já deu para entender que a informação de um pixel é representada em vários bytes, e varia conforme o codec e a qualidade da imagem. Cada pixel é composto fisicamente de 3 sub-pixels de cores primárias RGB. No transporte e no armazenamento da imagem digitalizada, é subdividida em 3 componentes (luminância e crominâncias).
Em determinadas situações, um pixel é sinônimo de menor ponto físico, como em sensor de imagem de uma câmera digital ou filmadora, conhecidos como Megapixels (milhões de pixels). As câmeras que utilizam somente um sensor de imagem, precisam de um filtro (como filtro Bayer) para decompor a imagem em 3 cores primárias, mas cada elemento sensor continua sendo chamado de pixel, independente da cor primária, onde em display é conhecido como sub-pixel (algumas pessoas chamam de pixels, por serem endereçáveis).
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