Как кодируется пиксель на экране монитора?

Пиксель на экране монитора кодируется не «одним числом», а набором электрических (или цифровых) значений, которые управляют яркостью трёх базовых под-пикселей — красного (R), зелёного (G) и синего (B). Смешивая их яркости, монитор получает нужный цвет и яркость точки.

Ниже — как это устроено подробно.

1) Пиксель и субпиксели: что именно “кодируется”

Физически один пиксель на большинстве мониторов состоит из трёх независимых светящихся элементов (субпикселей):

• R (Red) — красный

• G (Green) — зелёный

• B (Blue) — синий

Если каждый из них светится с определённой интенсивностью, глаз воспринимает суммарный цвет. Поэтому «код пикселя» — это, по сути, три числа (R, G, B), задающие интенсивности трёх субпикселей.

Иногда встречаются схемы с дополнительными субпикселями (например, RGBW), но классика — RGB.

2) Самая распространённая модель: RGB и глубина цвета

8 бит на канал (24-битный цвет)

Чаще всего каждый канал (R, G, B) кодируется 8 битами, то есть значением от 0 до 255:

• R = 0…255

• G = 0…255

• B = 0…255

Тогда один пиксель занимает 24 бита = 3 байта.

Примеры:

• (0, 0, 0) — чёрный (ничего не светится)

• (255, 255, 255) — белый (всё на максимуме)

• (255, 0, 0) — чисто красный

• (0, 255, 0) — чисто зелёный

• (0, 0, 255) — чисто синий

• (255, 255, 0) — жёлтый (красный + зелёный)

Количество возможных цветов при 8 бит/канал:
256 × 256 × 256 = 16 777 216 цветов.

10/12/16 бит на канал (глубже, плавнее градиенты)

В более “профессиональных” режимах бывает:

• 10 бит/канал → 30 бит на пиксель (без альфы)

• 12 бит/канал → 36 бит

• 16 бит/канал → 48 бит

Это уменьшает “ступеньки” в градиентах и полезно для HDR/цветокоррекции.

3) Альфа-канал: когда пиксель “не только цвет”

Часто рядом с RGB хранится ещё альфа (A) — прозрачность. Тогда формат называют RGBA.

Например, при 8 бит/канал:

• RGBA = 4 × 8 = 32 бита на пиксель (4 байта)

Важно: монитор сам по себе прозрачность не показывает, он отображает уже результат смешивания. Альфа нужна в графике/интерфейсах для композитинга (наложения слоёв), а на выход в монитор идёт итоговый RGB.

4) Как эти числа “доезжают” до монитора

Есть два уровня “кодирования”:

А) В памяти/видеокадре (framebuffer)

Видеокарта хранит изображение как массив пикселей. Каждый пиксель — это его код, например:

• 3 байта: R, G, B (24 bpp)

• или 4 байта: B, G, R, A (часто порядок может быть BGRA — это деталь формата)

Это цифровое представление пикселя.

Б) В видеосигнале (HDMI/DisplayPort и т. п.)

Дальше видеокарта передаёт поток данных на монитор. Там тоже идут значения яркости каналов (обычно RGB, иногда YCbCr), синхронизация, служебные данные и т. д. Монитор получает цифровые значения и уже внутри преобразует их в управляющие сигналы для матрицы.

5) Как монитор превращает код в свет (LCD/LED и OLED)

LCD (самый распространённый тип)

В LCD пиксель — это ячейка жидких кристаллов + цветовые фильтры RGB + подсветка.

Управление выглядит так:

1. Сзади светит подсветка (обычно белая LED).

2. Для каждого субпикселя стоит цветовой фильтр (R/G/B).

3. Жидкие кристаллы работают как “затвор”: чем сильнее/иначе приложено напряжение — тем больше или меньше света проходит.

4. На субпиксель подаётся управляющее напряжение, соответствующее цифровому значению (например, 0…255).

Технически монитор использует:

• строчные и столбцовые драйверы

• тонкоплёночные транзисторы (TFT) у каждого субпикселя

• аналоговое напряжение (или эквивалентный уровень), которое получается из цифрового кода через внутреннюю логику и драйверы

Итог: код RGB → уровни управления тремя “затворами” → разная яркость R/G/B → видимый цвет.

OLED

В OLED каждый субпиксель сам светится. Тогда код RGB задаёт ток/длительность свечения каждого субпикселя:

• либо изменяют ток,

• либо используют ШИМ (быстрое включение/выключение с разной скважностью),

• либо комбинацию.

6) ШИМ и/или аналоговые уровни: как задаётся яркость

Чтобы получить “255 уровней яркости”, устройство может:

• выставлять аналоговый уровень (условно “напряжение/ток”),

• или использовать ШИМ: за один интервал времени субпиксель горит, скажем, 30% времени → выглядит как более тусклый.

На практике часто применяется смешанный подход (зависит от типа матрицы, частоты, режима).

7) Гамма и “непрямое” соответствие чисел яркости

Важный нюанс: значение 128 в RGB обычно не означает “ровно половину физической яркости”.
Почти всегда применяется гамма-коррекция (типично близкая к sRGB): коды распределены так, чтобы визуально шаги яркости казались более равномерными для человеческого глаза.

То есть:

• код RGB — это скорее “перцептивно удобный” код,

• внутри монитора он преобразуется в реальные уровни управления субпикселями.

8) Итог: коротко, но по сути

Пиксель “кодируется” как набор значений, задающих интенсивности базовых компонент:

• чаще всего три 8-битных числа R, G, B (24 бита на пиксель),

• иногда плюс альфа A (32 бита на пиксель в памяти),

• дальше монитор преобразует эти числа во внутренние управляющие сигналы, которые регулируют яркость трёх субпикселей (через жидкие кристаллы у LCD или напрямую ток/ШИМ у OLED),

• а суммарный свет этих субпикселей и есть видимый цвет пикселя.