Форматы для статических изображений

Все графические данные в компьютере можно разделить на две большие ветви: растровую и векторную. Векторные представляют из себя математическое описание объектов в некоторой системе координат. Например, чтобы компьютер нарисовал прямую, нужны координаты двух точек, которые связываются по кратчайшему пути, для дуги задается радиус и т.д. Таким образом, векторная иллюстрация это набор геометрических примитивов. Большинство векторных форматов могут так же содержать внедрённые в файл растровые объекты или ссылку на растровый файл (технология OPI, Open Prepress Interface). Векторные форматы легко масштабируются (изменяют размер) без потери качества. Сложность при передаче данных из одного векторного формата в другой заключается в использовании программами различных алгоритмов, разной математики при построении векторных и описании растровых объектов.

Растровый формат устроен проще (для понимания, по крайней мере). Он представляет собой данные о прямоугольной матрице (bitmap), состоящей из ячеек (маленьких квадратиков – пикселей, pixel - picture element). Растровые форматы можно разделить на два типа: предназначенные для вывода на экран и для печати.

Разрешение в таких форматах как GIF, JPEG, BMP (форматы для экрана) зависит от видеосистемы компьютера. Обычно 72 - 96 пикселов на квадратный дюйм экрана. Растровые форматы, предназначенные исключительно для вывода на экран, имеют только экранное разрешение, то есть один пиксел в файле соответствует одному экранному пикселу. На печать они выводятся так же с экранным разрешением.

Растровые форматы, так же отличаются друг от друга способностью нести дополнительную информацию: различные цветовые модели, вектора, Альфа-каналы или каналы плашковых (spot)-цветов, слои различных типов, интерлиньяж (черезстрочная подгрузка), анимация, возможности сжатия и другое.

Ниже приведен список наиболее распространенных форматов.

Для работы с эти

Для работы с этими форматами создано большое количество программных средств. Большинство программ способны работать с несколькими форматами, конвертировать один формат в другой.

В качестве примеров средств создания и обработки графики можно привести: векторные редакторы (Corel Draw, Adobe Illustrator, Macromedia, FreeHand, Corel Xara) и растровые редакторы (Adobe Photoshop, Corel Photo-Paint, Fractal Design Painter, Paint Shop Pro, Photo Line).

Чем отличается один формат от другого? Для ответа на этот вопрос коротко рассмотрим наиболее популярные форматы графических файлов.

Сначала растровые.

BMP (сокращенно от BitMaP) - это " родной" формат растровой графики для Windows, поскольку он наиболее близко соответствует внутреннему формату Windows, в котором эта система хранит свои растровые массивы. Для имени файла, представленного в BMP-формате, чаще всего используется расширение BMP, хотя некоторые файлы имеют расширение RLE, означающее run length encoding (кодирование длины серий). Расширение RLE имени файла обычно указывает на то, что произведено сжатие информации.

В файлах BMP информация о цвете каждого пиксела кодируется 1, 4, 8, 16 или 24 бит (бит/пиксел). Это число, называемое глубиной представления цвета, определяет максимальное число цветов в изображении. При глубине 1 бит/пиксел изображение может иметь всего два цвета, а при глубине 24 бит/пиксел - более 16 млн. различных цветов.

Несжатые файлы имею весьма значительный объем, зависящий от размеров изображения и глубины цвета. С форматом работает большинство редакторов. В Paint при сохранении можно управлять глубиной цвета, в Photoshop – включать и сжатие.

PCX был первым стандартным форматом графических файлов для хранения растровой графики в компьютерах IBM PC. На этот формат, применявшийся в программе Paintbrush фирмы ZSoft, в начале 80-х гг. фирмой Microsoft была приобретена лицензия, и затем он распространялся вместе с изделиями Microsoft. В дальнейшем формат был преобразован в Windows Paintbrush и начал распространяться с Windows. Область применения этого ранее популярного формата сокращается, хотя его все еще можно встретить. Информация растрового массива сжимается с использованием метода сжатия RLE. Формат PCX первоначально был разработан с учетом структуры видеопамяти адаптеров CGA и EGA, и в дальнейшем был модифицирован для использования в адаптерах VGA и других. Кодирование цвета каждого пиксела в изображениях PCX может производиться с глубиной 1, 4, 8 или 24 бит.

TIFF (Tagged Image File Format, формат файлов изображения, снабженных тегами) - один из самых сложных по структуре (с точки зрения программиста). Внутри файла содержится специальная структура данных (каталог файла изображения, Image File Directory или IFD), которая состоит из тегов (описателей) и описывает содержимое файла. В спецификации формата файлов TIFF определено более 70 различных типов тегов (ширина изображения в пикселах, его высота, таблица цветов и т.п.). Изображение, закодированное в файле TIFF, полностью определяется его тегами. Поэтому этот формат файла легко расширяется, поскольку для придания файлу дополнительных свойств достаточно лишь определить дополнительные типы тегов. Кроме того, файл может содержать несколько изображений, каждое со своим IFD.

Особенности структуры файлов создают определенные проблемы при обеспечении совместимости (созданный одной программой файл TIFF иногда не может быть прочитан другой). Кроме того, программы, создающие файлы TIFF, могут определять собственные типы тегов, имеющие смысл только для них. Программы чтения файлов TIFF могут пропускать непонятные для них теги, и всегда существует опасность, что это повлияет на внешний вид изображения.

Несмотря на свою сложность, файловый формат TIFF остается одним из лучших для передачи растровых массивов с одной платформы на другую благодаря своей универсальности, позволяющей кодировать в двоичном виде практически любое изображение без потери его визуальных или каких-либо иных атрибутов.

GIF (Graphics Interchange Format - формат обмена графическими данными), формат, разработанный компанией CompuServe. Обычно для имени файлов GIF используется расширение GIF. Структура файла GIF зависит от версии GIF-спецификации, которой соответствует файл. В настоящее время используются две версии, GIF87a и GIF89a. Первая из них проще. Независимо от номера версии, файл GIF начинается с заголовка, содержащего сигнатуру, которая идентифицирует этот файл в качестве GIF-файла, номер версии GIF и другую информацию. Если файл хранит всего одно изображение, вслед за заголовком обычно располагается общая таблица цветов, определяющая цвета изображения. Если в файле хранится несколько изображений (формат GIF, аналогично TIFF, позволяет в одном файле кодировать два и больше изображений), то вместо общей таблицы цветов каждое изображение сопровождается локальной таблицей цветов. Данные растрового массива сжимаются с помощью алгоритма LZW.

Файлы GIF89a имеют аналогичную структуру, но они могут содержать факультативные блоки расширения с дополнительной информацией о каждом изображении. В спецификации GIF89a определены четыре типа блоков расширения. Это блоки расширения для управления графикой, которые описывают, как изображение должно выводиться на экран (например, накладывается ли оно на предыдущее изображение подобно диапозитиву или просто заменяет его); блоки расширения с обычным текстом, содержащие текст, отображаемый вместе с графикой; блоки расширения для комментария, содержащие комментарии в коде ASCII; и блоки расширения прикладных программ, в которых хранится информация, принадлежащая только создавшей этот файл программе. Блоки расширения могут находиться практически в любом месте файла после общей таблицы цветов.

Основные достоинства GIF заключаются в широком распространении этого формата и его компактности. Но ему присущи два достаточно серьезных недостатка. Один из них состоит в том, что в изображениях, хранящихся в виде GIF-файла, не может быть использовано более 256 цветов. Второй, возможно, еще более серьезный, заключается в том, что разработчики программ, использующие в них форматы GIF, должны иметь лицензионное соглашение с CompuServe.

PNG (Portable Network Graphic - переносимый сетевой формат) был разработан для замены GIF, чтобы обойти юридические препятствия, стоящие на пути использования GIF-файлов. PNG унаследовал многие возможности GIF и, кроме того, он позволяет хранить изображения с истинными цветами. Еще более важно, что он сжимает информацию растрового массива в соответствии с вариантом пользующегося высокой репутацией алгоритма сжатия LZ77 (предшественника LZW), который можно использовать бесплатно.

JPEG (Joint Photographic Experts Group - Объединенная экспертная группа по фотографии) был разработан компанией C-Cube Microsystems для хранения изображений с большой глубиной цвета, например, получаемых при сканировании фотографий с многочисленными едва уловимыми (а иногда и неуловимыми) оттенками цвета. Самое большое отличие формата JPEG от других состоит в том, что в JPEG используется алгоритм сжатия с потерями информации. Алгоритм сжатия без потерь так сохраняет информацию об изображении, что распакованное изображение в точности соответствует оригиналу. При сжатии с потерями теряется часть информации об изображении, чтобы достичь большего коэффициента сжатия. Распакованное изображение JPEG редко соответствует оригиналу абсолютно точно, но очень часто эти различия столь незначительны, что их едва можно (если вообще можно) обнаружить.

При формировании изображения JPEG пользователь устанавливает показатель качества, задавая баланс между потерями данных об изображении и объемом файла. Оптимальные показатели качества, обеспечивающие лучший баланс между коэффициентом сжатия и качеством изображения, различны для разных изображений и обычно могут быть найдены только методом проб и ошибок.

Векторные форматы.

EPS (Encapsulated PostScript) является стандартом для векторного изображения, которое требуется поместить в программу макетирования страниц. Файл EPS содержит программный код PostScript, описывающий рисунок, который будет создан при печати. Кроме того, в EPS включено изображение низкого разрешения для предварительного просмотра (preview). Preview облегчает идентификацию изображений при верстке, позволяет визуально контролировать его положение, масштаб и поворот.

Формат Encapsulated PostScript использует упрощенную версию PostScript: не может содержать в одном файле более одной страницы, не сохраняет ряд установок для принтера

Формат поддерживается практически всеми векторными редакторами, хотя в каждом из них есть определенные нюансы в использовании. Единственным векторным редактором, для которого формат EPS – практически родной, является Adobe Illustrator. До 8-ой версии EPS был его внутренним форматом, а формат Illustrator (*.ai) отличался от него в основном тем, что позволял сохранить некоторые дополнительные возможности редактирования. Начиная с 9-ой версии, на смену внутреннему EPS пришел PDF, формат, также созданный и успешно продвигаемый фирмой Adobe.

PDF (Portable Document Format) предложен фирмой Adobe как независимый от платформы формат для создания электронной документации, презентаций, передачи верстки и графики через сети.

PDF-файлы создаются путем конвертации из PostScript-файлов или функцией экспорта ряда программ. Photoshop и Illustrator могут создавать одностраничные файлы PDF. Многостраничные PDF могут создавать InDesign, FreeHand, PDFWriter и Acrobat Distiller некоторые другие программы.

Для конвертации файлов, созданных в текстовом редакторе Word может использоваться программа PDFWriter. Она работает как виртуальный принтер, и предназначена для быстрого изготовления простых текстовых документов. Максимально близкие к оригиналу PDF-документы создаются из PostScript и EPS-файлов программой Acrobat Distiller.

PDF первоначально проектировался как компактный формат электронной документации. Поэтому все данные в нем могут сжиматься, причем к разного типа информации применяются разные, наиболее подходящие для них типы сжатия. Разработанные программы (например, Acrobat) позволяет расставлять гиперссылки, заполняемые поля, включать в файл PDF видео и звук, другие действия.

Файл PDF может быть оптимизирован. Из него удаляются повторяющиеся элементы, устанавливается постраничный порядок загрузки страниц через web, с приоритетом сначала для текста, потом графика, и наконец шрифты. PDF все больше используется для передачи по сетям в компактном виде графики и верстки. Он может сохранять всю информацию для выводного устройства, которая была в исходном PostScript-файле.

DJVU - относительно новый графический формат, предназначенный для хранения отсканированных данных как текстовых, так и графических.

При сканировании полноценных документов (книг, рукописей, иллюстраций) и размещении их в сети Интернет пользователь сталкивается с проблемой. При сканировании текста с высоким разрешением и сохранении качества изображений размер файлов становится очень громоздким. Уменьшение разрешения для повышения скорости скачивания ведет к потере качества и разборчивости. Такие распространенные в сети форматы как JPEG, GIF и PNG при хорошем разрешении создают большие изображения. В 1996 году. AT& T Labs совместно с LizardTech Inc. (Сиэтл) разработала новую технологию сжатия изображений, назвав ее DjVu (Deja vue, " мы это уже где-то видели"). На ее основе был создан открытый стандарт для графических файлов. Доступны как описание формата файла (спецификация), так и исходный код декодера (и части кодировщика).

Достоинства: эффективное сжатие и рациональная распаковка изображений.

Технология DjVu разделяет изображение на задний слой (например текстура бумаги и фон) и передний слой (текст и штриховые рисунки). Отделяя текст от фона DjVu хранит текст с высоким разрешением (таким образом сохраняя четкие края и максимальную читаемость), в то же время фон и изображения сжимаются с более низким разрешением используя технологию сжатия вейвлет (wavelet).

Для цветных документов содержащих одновременно текст и картинки файлы DjVu обычно в 5-10 раз меньше JPEG файлов того же качества. Для черно-белых страниц DjVu файлы обычно в 10-20 раз меньше JPEG и в 5 раз меньше GIF. DjVu файлы также в 3-8 раз меньше черно-белых PDF файлов, полученных из сканированных документов (сканировать цветные документы в PDF вообще нецелесообразно).

Обычные программы просмотра изображений перед показом распаковывают изображение целиком. Программы DjVu не распаковывает образ целиком, они хранят его в памяти в компактном виде и распаковывает фрагмент, видимый на экране именно тогда, когда его открывает пользователь. Кроме того, формат DjVu распаковывается поэтапно (прогрессивно). Первый набросок изображения пользователи получают очень быстро, с поступлением данных качество изображения постепенно увеличивается.