Лекция №3. Форматы графических файлов

Форматы графических файлов. BMP, TIFF, JPEG, GIF, PNG и другие форматы. Характеристики и применение различных форматов. Методы представления графической информации внутри файла. Преобразование форматов.

Форматы графических файлов

В компьютерной графике применяют, по меньшей мере, три десятка форматов файлов для хранения изображений. Но лишь часть из них применяется в подавляющем большинстве программ. Как правило, несовместимые форматы имеют файлы растровых, векторных, трехмерных изображений, хотя существуют форматы, позволяющие хранить данные разных классов. Многие приложения ориентированы на собственные «специфические» форматы, перенос их файлов в другие программы вынуждает использовать специальные фильтры или экспортировать изображения в «стандартный» формат.

BMP (Windows Device Independent Bitmap). Формат ВМР является родным форматом Windows, он поддерживается всеми графическими редакторами, работающими под ее управлением. С форматом BMP работает огромное количество программ, так как его поддержка интегрирована в операционные системы Windows и OS/2. Файлы формата BMP могут иметь расширения.bmp, .dib и.rle. Кроме того, данные этого формата включаются в двоичные файлы ресурсов RES и в PE-файлы.

В формате BMP можно сохранять изображения с глубиной цвета (числом битов, описывающих один пиксел изображения) 1, 4, 8 и 24 бит, что соответствует максимальному числу используемых цветов 2, 16, 256 и 16 777 216. Файл может содержать палитру, определяющую цвета, отличные от принятых в системе.

TIFF (Tagged Image File Format). Формат предназначен для хранения растровых изображений высокого качества (расширение имени файла.TIF). TIFF аппаратно независимый формат, его поддерживают практически все программы на РС и Macintosh, так или иначе связанные с графикой. TIFF является лучшим выбором при импорте растровой графики в векторные программы и издательские системы. Ему доступен весь диапазон цветовых моделей от монохромной до RGB, CMYK и дополнительных цветов Pantone. TIFF может сохранять слои, обтравочные контуры, альфа-каналы, другие дополнительные данные.

TIFF имеет две разновидности: для Macintosh и РС. Это связано с тем, что процессоры Motorola читают и записывают числа слева направо, а процессоры Intel - наоборот. Современные программы могут без проблем использовать оба варианта формата.

Родная программа для этого формата Photo-Styler на сегодняшний день "снята с производства", но формат продолжает развиваться и дополняться новыми возможностями. Фирма Letraset ввела сокращенную версию TIFF-формата под названием RIFF (Raster Image File Format).

В формате TIFF может быть использована LZW-, JPEG-, ZIP-компрессия. Ряд старых программ (например, QuarkXPress 3.x, Adobe Streamline, многие программы-распознаватели текста) не умеют читать сжатые файлы TIFF, однако, если вы пользуетесь новым программным обеспечением, нет причины не использовать компрессию.

TIFF, несмотря на все алгоритмы сжатия все равно - самый «многовесный» растровый формат, поэтому для использования в сети Интернет он не годится.

PSD (PhotoShop Document). Собственный формат программы Adobe Photoshop (расширение имени файла.PSD), один из наиболее мощных по возможностям хранения растровой графической информации. Позволяет запоминать параметры слоев, каналов, степени прозрачности, множества масок. Поддерживаются 48–разрядное кодирование цвета, цветоделение и различные цветовые модели. Основной недостаток выражен в том, что отсутствие эффективного алгоритма сжатия информации приводит к большому объему файлов. Открывается не всеми программами.

PCX . Формат появился как формат хранения растровых данных программы PC PaintBrush фирмы Z–Soft и является одним из наиболее распространенных (расширение имени файла.PCX). Отсутствие возможности хранить цветоделенные изображения, недостаточность цветовых моделей и другие ограничения привели к утрате популярности формата. В настоящее время считается устаревшим.

JPEG (Joint Photographic Experts Group). Формат предназначен для хранения растровых изображений (расширение имени файла.JPG). Позволяет регулировать соотношение между степенью сжатия файла и качеством изображения. Применяемые методы сжатия основаны на удалении «избыточной» информации, поэтому формат рекомендуют использовать только для электронных публикаций.

Формат файла JPEG был разработан компанией C–Cube Microsystems как эффективный метод хранения изображений с большой глубиной цвета, например, получаемых при сканировании фотографий с многочисленными едва уловимыми оттенками цвета. Самое большое отличие формата JPEG от других форматов 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 приносится в жертву 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 обнаружить.

JPEG - алгоритм сжатия, основанный не на поиске одинаковых элементов, как в RLE и LZW, а на разнице между пикселами. Кодирование данных происходит в несколько этапов. Сначала графические данные конвертируются в цветовое пространство типа LAB, затем отбрасывается половина или три четверти информации о цвете (в зависимости от реализации алгоритма). Далее анализируются блоки 8х8 пикселов. Для каждого блока формируется набор чисел. Первые несколько чисел представляют цвет блока в целом, в то время как последующие числа отражают тонкие делали. Спектр деталей базируется на зрительном восприятии человека, поэтому крупные детали более заметны.

На следующем этапе, в зависимости от выбранного вами уровня качества, отбрасывается определенная часть чисел, представляющих тонкие детали. На последнем этапе используется кодирование методом Хафмана для более эффективного сжатия конечных данных. Восстановление данных происходит в обратном порядке.

Таким образом, чем выше уровень компрессии, тем больше данных отбрасывается, тем ниже качество. Используя JPEG можно получить файл в 1-500 раз меньше, чем ВМР! Формат аппаратно независим, полностью поддерживается на РС и Macintosh, однако он относительно нов и не понимается старыми программами (до 1995 года). JPEG не поддерживает индексированные палитры цветов. Первоначально в спецификациях формата не было и CMYK, Adobe добавила поддержку цветоделения, однако CMYKJPEG во многих программах делает проблемы. Лучшим решением является использование JPEG-сжатия в Photoshop EPS-файлах, которое описывается ниже.

Существуют подформаты JPEG. Baseline Optimized - файлы несколько лучше сжимаются, но не читаются некоторыми программами. JPEG Baseline Optimized разработан специально для Интернета, все основные браузеры его поддерживают. Progressive JPEG так же разработан специально для Сети, его файлы меньше стандартных, но чуть больше Baseline Optimized. Главная особенность Progressive JPEG в поддержке аналога черезстрочного вывода.

Из сказанного можно сделать следующие выводы. JPEG’ом лучше сжимаются растровые картинки фотографического качества, чем логотипы или схемы - в них больше полутоновых переходов, среди однотонных заливок же появляются нежелательные помехи. Лучше сжимаются и с меньшими потерями большие изображения для web или с высокой печатной резолюцией (200-300 и боее dpi), чем с низкой (72-150 dpi), т.к. в каждом квадрате 8х8 пикселов переходы получаются более мягкие, за счет того, что их (квадратов) в таких файлах больше. Нежелательно сохранять с JPEG-сжатием любые изображения, где важны все нюансы цветопередачи (репродукции), так как во время сжатия происходит отбрасывание цветовой информации. В JPEG’е следует сохранять только конечный вариант работы, потому что каждое пересохранение приводит ко все новым потерям (отбрасыванию) данных и превращении исходного изображения в кашу.

GIF (Graphics Interchange Format ). Независящий от аппаратного обеспечения формат GIF был разработан в 1987 году (GIF87a) фирмой CompuServe для передачи растровых изображений по сетям. В 1989-м формат был модифицирован (GIF89a), были добавлены поддержка прозрачности и анимации. GIF использует LZW-компрессию, что позволяет неплохо сжимать файлы, в которых много однородных заливок (логотипы, надписи, схемы).

GIF позволяет записывать изображение "через строчку" (Interlaced), благодаря чему, имея только часть файла, можно увидеть изображение целиком, но с меньшим разрешением. Это достигается за счет записи, а затем подгрузки, сначала 1, 5, 10 и т.д. строчек пикселов и растягивания данных между ними, вторым проходом следуют 2, 6, 11 строчки, разрешение изображения в интернетовском браузере увеличивается. Таким образом, задолго до окончания загрузки файла пользователь может понять, что внутри и решить, стоит ли ждать, когда файл поднимется весь. Черезстрочная запись незначительно увеличивает размер файла, но это, как правило, оправдывается приобретаемым свойством.

В GIF’e можно назначить один или более цветов прозрачными, они станут невидимыми в интернетовских браузерах и некоторых других программах. Прозрачность обеспечивается за счет дополнительного Alpha-канала, сохраняемого вместе с файлом. Кроме того файл GIF может содержать не одну, а несколько растровых картинок, которые браузеры могут подгружать одну за другой с указанной в файле частотой. Так достигается иллюзия движения (GIF-анимация).

Актуальность концепций, реализованных в формате GIF, с особой очевидностью проявилась в связи с расширенным использованием электронных изданий (в виде Web – страниц или Web – сайтов). Несмотря на все возрастающую пропускную способность сетевых аппаратных средств, и, в частности, модемов, достаточно остро стоит вопрос объема графических элементов электронных изданий. С одной стороны, наглядность и эффективность электронного издания во многом зависит от качества графических элементов, и, в первую очередь, от разрешения и глубины цвета пикселов изображения. Поэтому понятно стремление разработчиков электронных публикаций использовать многокрасочные графические изображения.

С другой стороны, требования к компактности файлов, передаваемых по сетевым каналам, отнюдь не отошли на второй план. Графические файлы большого объема требуют и большого времени для загрузки изображения в браузер. Поэтому одной из основных задач профессионалов в области Web-дизайна как раз и является отыскание должного баланса между художественностью, информативностью страницы Web и ее объемом.

GIF - один из немногих форматов, использующих эффективный алгоритм сжатия, почти не уступающий программам-архиваторам. Иными словами, GIF-файлы не нужно архивировать, так как это редко когда дает ощутимый выигрыш в объеме.

Поэтому формат GIF, главным достоинством которого является минимальный размер файлов, до сих пор сохраняет свое значение основного графического формата World Wide Web.

Основное ограничение формата GIF состоит в том, что цветное изображение может быть записано только в режиме 256 цветов. Для полиграфии этого явно недостаточно.

Существуют две спецификации GIF. Первая относится к формату GIF87а, в котором предусматривается запись множества изображений, и GIF89а, который ориентирован на хранение как текстовых, так и графических данных в одном файле.

GIF 87 a предусматривал следующие возможности GIF-файла:

Чередование (interlacing). Вначале загружается только "остов" изображения, потом, по мере загрузки, оно детализируется. Это позволяет на медленных линиях не грузить весь графический файл целиком для того, чтобы получить о нем представление.

Сжатие (compression) по алгоритму LZW. Эта черта GIF-файлов держит их в лидерах по наименьшему объему файла.

Размещение нескольких изображений в одном файле.

Расположение изображения на логическом экране. То есть, формат позволял определить логическую экранную область для вывода изображений, и помещать их в произвольном месте этой области.

В дальнейшем, этот стандарт был расширен спецификацией GIF89a, которая добавила следующие возможности:

Включение в графический файл комментариев (не отображаются на экране, но могут быть прочитаны программой, поддерживающей GIF89a).

Управление задержкой перед сменой кадров (задается в 1/100 секунды, или ожидание ввода пользователя).

Управление удалением предыдущего изображения. Предыдущее изображение может быть оставлено, заменено на цвет фона или на то, что было перед ним.

Определение прозрачного цвета.

Вывод текста.

Создание управляющих блоков прикладными программами (application-specific extensions). Внутри GIF-файла можно создать блок, который будет игнорироваться всеми программами, кроме той, для которой он предназначен.

PNG (Portable Network Graphics ). PNG - разработанный относительно недавно формат для Сети, призванный заменить собой устаревший GIF. Использует сжатие без потерь Deflate, сходное с LZW (именно из-за патентования в 1995-м году алгоритма LZW возник PNG). Сжатые индексированные файлы PNG, как правило, меньше аналогичных GIF"ов, RGB PNG меньше соответствующего файла в формате TIFF.

Глубина цвета в файлах PNG может быть любой, вплоть до 48 бит. Используется двумерный interlacing (не только строк, но и столбцов), который, так же, как и в GIF"е, слегка увеличивает размер файла. В отличие от GIF, где прозрачность либо есть, либо нет, PNG поддерживает также полупрозрачные пикселы (то есть в диапазоне прозрачности от 0 до 99%) за счет Альфа-канала с 256 градациями серого.

В файл формата PNG записывается информация о гамма-коррекции. Гамма представляет собой некое число, характеризующее зависимость яркости свечения экрана вашего монитора от напряжения на электродах кинескопа. Это число, считанное из файла, позволяет ввести поправку яркости при отображении. Нужно оно для того, чтобы картинка, созданная на Мас’е, выглядела одинаково и на РС и на Silicon Graphics. Таким образом, эта особенность помогает реализации основной идеи WWW - одинакового отображения информации независимо от аппаратуры пользователя.

PNG поддерживается в Microsoft Internet Explorer начиная с версии 4 для Windows и с версии 4.5 на Макинтош. Netscape добавила поддержку PNG для своего браузера в версиях, начиная с 4.0.4 для обеих платформ. Тем не менее до сих пор не реализована поддержка таких важных функций формата, как плавно переходящая прозрачность и гамма-коррекция.

PNG и GIF89a обладают следующими свойствами:

Формат организован в виде потока данных

"Сжатие без потерь"

Позволяет хранить индексированные изображения с палитрой до 256 цветов

Прогрессивное отображение чересстрочных данных

Поддержка "прозрачного цвета"

Возможность хранить данные общего и ограниченного доступа

Не зависят от "железа" и платформы

Преимущества PNG над GIF:

Более быстрое прогрессивное отображение чересстрочных схем

Расширенные возможности хранения пользовательских данных

Возможности PNG, отсутствующие в формате GIF:

Хранение полноцветных 48-битовых изображений

Хранение 16-битовых чёрно-белых изображений

Полный Альфа-канал

Указатель на контрастность

CRC - метод обнаружения ошибок в потоке данных

Стандартный инструментарий для разработки приложений чтения и записи PNG

Стандартный набор тестовых изображений для проверки этих приложений

Возможности GIF, отсутствующие в PNG версии 1.0:

Возможность хранения нескольких изображений в одном файле

Анимация

WMF (Windows MetaFile ). Формат хранения векторных изображений операционной системы Windows (расширение имени файла.WMF). По определению поддерживается всеми приложениями этой системы. Однако отсутствие средств для работы со стандартизированными цветовыми палитрами, принятыми в полиграфии, и другие недостатки ограничивают его применение (WMF искажает цвет, не может сохранять ряд параметров, которые могут быть присвоены объектам в различных векторных редакторах).

EPS (Encapsulated PostScript ). Формат описания как векторных, так и растровых изображений на языке PostScript фирмы Adobe, фактическом стандарте в области допечатных процессов и полиграфии (расширение имени файла.EPS). Так как язык PostScript является универсальным, в файле могут одновременно храниться векторная и растровая графика, шрифты, контуры обтравки (маски), параметры калибровки оборудования, цветовые профили. Для отображения на экране векторного содержимого используется формат WMF, а растрового – TIFF. Но экранная копия лишь в общих чертах отображает реальное изображение, что является существенным недостатком EPS. Действительное изображение можно увидеть лишь на выходе выводного устройства, с помощью специальных программ просмотра или после преобразования файла в формат PDF в приложениях Acrobat Reader, Acrobat Exchange.

Изображение, записанное в EPS-формате, может быть сохранено в разных цветовых пространствах: Grayscale, RGB, CMYK, Lab, Multi-channel.

Формат Encapsulated PostScript можно назвать самым надежным и универсальным способом сохранения данных. Он использует упрощенную версию PostScript: не может содержать в одном файле более одной страницы, не сохраняет ряд установок для принтера. Как и в файлы печати PostScript, в EPS записывают конечный вариант работы, хотя такие программы, как Adobe Illustrator и Adobe Photoshop могут использовать его как рабочий. EPS предназначен для передачи векторов и растра в издательские системы, создается почти всеми программами, работающими с графикой. Использовать его имеет смысл только тогда, когда вывод осуществляется на PostScript-устройстве. EPS поддерживает все необходимые для печати цветовые модели, среди них такая, как Duotone, может записывать, так же, данные в RGB, обтравочный контур, информацию и треппинге и растрах, внедренные шрифты. В формате EPS сохраняют данные в буфере обмена (Clipboard) программы Adobe для обмена между собой.

Вместе с файлом можно сохранить эскиз (image header, preview). Это копия низкого разрешения в формате PICT, TIFF, JPEG или WMF, которая сохраняется вместе с файлом EPS и позволяет увидеть, что внутри, поскольку открыть файл на редакцию могут только Photoshop и Illustrator. Все остальные импортируют эскиз, подменяя его при печати на PostScript-принтере оригинальной информацией. На принтере, не поддерживающем PostScript, выводится на печать сам эскиз. Если вы работаете на Photoshop для Макинтош, сохраняйте эскизы в формате JPEG, остальные маковские программы сохраняют эскизы в формате PICT. Эти и JPEG-эскизы не могут использовать Windows-приложения. Если вы работаете на PC или не знаете, где будет использоваться файл, сохраняйте эскиз в формате TIFF (когда предоставляется выбор).

EPS имеет много разновидностей, что зависит от программы-создателя. Самые надежные EPS создают программы производства Adobe Systems: Photoshop, Illustrator, InDesign. С 1996 года программы Adobe имеют встроенный интерпретатор PostScript, поэтому могут открывать EPS и редактировать их. Остальные графические редакторы открывать EPS не могут, мало того, создаваемые ими EPS-файлы иногда оказываются, мягко говоря, особенными. Среди самых проблемных Quark EPS, создаваемый функцией Save Page As EPS и FreeHand editable EPS, создаваемый функцией Save As. Не стоит особенно доверять Corel’овским EPS версии 6 и ниже и EPS из CorelXARA. У EPS-файлов из CorelDraw 7 и выше сохраняется проблема добавления полей к Bounding Box (условный прямоугольник в PostScript, описывающий все объекты на странице). Прежде, чем экспортировать из CorelDRAW, CorelXARA и, в меньшей степени, из FreeHand"а EPS-файлы стоит конвертировать многие эффекты программ (полупрозрачные заливки, например) в растровые или простые векторные объекты. Толстые контуры (более 2 pt), возможно, имеет смысл так же конвертировать в объекты, когда программа дает такую возможность. Проверить EPS-файл можно Adobe Illustrator"ом, если он открывает - значит все в порядке.

PDF (Portable Document Format ). Формат описания документов, разработанный фирмой Adobe (расширение имени файла.PDF). Хотя этот формат в основном предназначен для хранения документа целиком, его впечатляющие возможности позволяют обеспечить эффективное представление изображений. Формат является аппаратно–независимьм, поэтому вывод изображений допустим на любых устройствах – от экрана монитора до фотоэкспонирующего устройства. Мощный алгоритм сжатия со средствами управления итоговым разрешением изображения обеспечивает компактность файлов при высоком качестве иллюстраций. В этот формат можно преобразовать практически любой документ или отсканированное изображение. Однако для того, чтобы это сделать, в большинстве случаев требуется полный пакет Adobe Acrobat, содержащий Adobe Acrobat Distiller и Adobe Acrobat Writer.

PDF с 1 июля 2008 года является открытым стандартом ISO 32000.Формат PDF позволяет внедрять необходимые шрифты (построчный текст), векторные и растровые изображения, формы и мультимедиа-вставки. Поддерживает RGB, CMYK, Grayscale, Lab, Duotone, Bitmap, несколько типов сжатия растровой информации. Имеет собственные технические форматы для полиграфии: PDF/X-1, PDF/X-3. Включает механизм электронных подписей для защиты и проверки подлинности документов. В этом формате распространяется большое количество сопутствующей документации.

Для просмотра можно использовать официальную бесплатную программу Adobe Reader, а также программы сторонних разработчиков. Традиционным способом создания PDF-документов является виртуальный принтер, то есть документ как таковой готовится в своей специализированной программе - графическом или текстовом редакторе, САПР и т. д., а затем экспортируется в формат PDF для распространения в электронном виде, передачи в типографию и т. п.

CDR (CorelDRAW Document). Формат файла CDR - векторное изображение или рисунок, созданный с помощью программы CorelDRAW. Данный формат файла разработан компанией Corel для использования в собственных программных продуктах. CDR-файлы не поддерживаются многими программами, предназначенными для редактирования изображений. Однако, файл можно экспортировать с помощью CorelDRAW в другие, более распространенные и популярные форматы изображений. Также, файл CDR можно открыть программой Corel Paint Shop Pro.

Формат известен в прошлом низкой устойчивостью и плохой совместимостью файлов, тем не менее, пользоваться CorelDRAW чрезвычайно удобно. В файлах этих версий применяется раздельная компрессия для векторных и растровых изображений, могут внедряться шрифты, файлы CDR имеют огромное рабочее поле 45х45 метров, поддерживается многостраничность.

Ai (Adobe Illustraror ). Векторный файл изображения, созданный в программе Adobe Illustrator; вместо растровых данных, состоит из путей или линий, соединенных точками; может включать в себя объекты, цвет и текст. Документы Ai могут быть открыты в Photoshop, но изображение будет "растрированно", это означает, что оно будет преобразовано из векторного изображения в растровое. Формат AI инкапсулирует и формализует в структурированном файле подмножество языка описания страницы (PDL) PostScript. Такие файлы предназначены для отображения на принтере PostScript, но могут включать и растровую версию изображения, обеспечивая тем самым его предварительный просмотр. PostScript в полной реализации представляет собой мощный и сложный язык и способен определять почти все, что может быть отображено на двумерном устройстве вывода, формат AI адаптирован для хранения традиционных графических данных: рисунков, чертежей и декоративных надписей. Отметим все же, что файлы AI могут быть очень сложными. Мощь PostScript обусловлена в основном возможностью определять последовательности операций и затем объединять их простыми синтаксическими средствами. Эта скрытая сложность в файлах Adobe Illustrator иногда (но не всегда) сводится к минимуму.

Преобразование файлов

Необходимость преобразования графических файлов из одного формата в другой может возникнуть по разным причинам:

Программа, с которой работает пользователь, не воспринимает формат его файла;

Данные, которые надо передать другому пользователю, должны быть представлены в специальном формате.

Преобразование файлов из растрового формата в векторный

Существуют два способа преобразования файлов из растрового формата в векторный:

1) преобразование растрового файла в растровый объект векторного изображения;

2) трассировка растрового изображения для создания векторного объекта.

Первый способ используется в программе CorelDRAW, которая, как правило, успешно импортирует файлы различных растровых форматов. К примеру, если растровая картинка содержит 16 миллионов цветов, CorelDRAW покажет изображение, приближенное по качеству к телевизионному. Однако, импортируемый растровый объект может становиться довольно большим даже в том случае, если исходный файл невелик. В файлах растровых форматов информация хранится достаточно эффективно, так как часто используются методы сжатия. Векторные форматы такой способностью не обладают. Поэтому растровый объект, хранящийся в векторном файле, может значительно превосходить по размерам исходный растровый файл.

Особенность второго способа преобразования растрового изображения в векторное заключается в следующем. Программа трассировки растровых изображений (например, CorelTRACE) ищет группы пикселей с одинаковым цветом, а затем создает соответствующие им векторные объекты. После трассировки векторизованные рисунки можно редактировать как угодно. На рис. показано растровое изображение, которое хорошо преобразуется в векторное. Дело в том, что растровые рисунки, имеющие четко выраженные границы между группами пикселей одинакового цвета, хорошо переводятся в векторные. В то же время результат трассировки растрового изображения фотографического качества со сложными цветовыми переходами выглядит хуже оригинала.

Исходный растровый рисунок Векторизованный рисунок

Исходное растровое изображение Векторизованное изображение

Преобразование файлов одного векторного формата в другой

Векторные форматы содержат описания линий, дуг, закрашенных полей, текста и т. д. В различных векторных форматах эти объекты описываются по-разному. Когда программа пытается преобразовать один векторный формат в другой, она действует подобно обычному переводчику, а именно:

Считывает описания объектов на одном векторном языке,

Пытается перевести их на язык нового формата.

Если программа-переводчик считает описание объекта, для которого в новом формате нет точного соответствия, этот объект может быть либо описан похожими командами нового языка, либо не описан вообще. Таким образом, некоторые части рисунка могут исказиться или исчезнуть. Всё зависит от сложности исходного изображения. На рис. представлен один из возможных результатов преобразования файла из одного векторного формата в другие. Исходный рисунок создан в программе CorelDRAW и состоит из следующих элементов: импортированная растровая картинка в формате JPEG, рамка вокруг растровой картинки, текст, прямоугольник с конической заливкой.

Форматы графических файлов. Растровые и векторные форматы.

Формат TIFF

TIFF (англ. Tagged Image File Format) - формат хранения растровых графических изображений. TIFF стал популярным форматом для хранения изображений с большой глубиной цвета. Он используется при сканировании, отправке факсов, распознавании текста, в полиграфии, широко поддерживается графическими приложениями.

Структура формата гибкая и позволяет сохранять изображения в режиме цветов с палитрой, а также в различных цветовых пространствах:

• Бинарном (двуцветном, иногда называемом чёрно-белым)
• Полутоновом
• С индексированной палитрой
• CMYK
• YCbCr
• CIE Lab

Поддерживаются режимы 8, 16, 32 и 64 бит на канал.

Сжатие . Имеется возможность сохранять изображение в файле формата TIFF со сжатием и без сжатия. Степени сжатия зависят от особенностей самого сохраняемого изображения, а также от используемого алгоритма. Формат TIFF позволяет использовать следующие алгоритмы сжатия:

• PackBits (RLE)
• Lempel-Ziv-Welch (LZW)
• LZ77
• JBIG
• JPEG
• CCITT Group 3, CCITT Group 4

Алгоритмы CCITT Group 3, CCITT Group 4 первоначально были разработаны для сетей факсимильной связи (поэтому иногда их называют Fax 3, Fax 4). В настоящий момент они также используются в полиграфии, системах цифровой картографии и географических информационных системах.

TIFF является теговым форматом и в нём используются основные, расширенные и специальные теги:

Основные теги составляют ядро формата и должны поддерживаться всеми продуктами, реализующими формат TIFF в соответствии со спецификацией. Поддержка расширенных тегов, в отличие от основных необязательна.

Формат JPEG

JPEG (англ. Joint Photographic Experts Group, по названию организации-разработчика) - один из популярных графических форматов, применяемый для хранения фотоизображений. Файлы, содержащие данные JPEG, обычно имеют расширения.jpeg, .jfif, .jpg, .JPG, или.JPE. Алгоритм JPEG позволяет сжимать изображение как с потерями, так и без потерь.

Алгоритм JPEG в наибольшей степени пригоден для сжатия фотографий и картин, содержащих реалистичные сцены с плавными переходами яркости и цвета. Наибольшее распространение JPEG получил в цифровой фотографии и для хранения и передачи изображений с использованием сети Интернет.

С другой стороны, JPEG малопригоден для сжатия чертежей, текстовой и знаковой графики, где резкий контраст между соседними пикселами приводит к появлению заметных артефактов. Такие изображения целесообразно сохранять в форматах без потерь, таких как TIFF, GIF или PNG.

JPEG (как и другие методы искажающего сжатия) не подходит для сжатия изображений при многоступенчатой обработке, так как искажения в изображения будут вноситься каждый раз при сохранении промежуточных результатов обработки. JPEG не должен использоваться и в тех случаях, когда недопустимы даже минимальные потери, например, при сжатии астрономических или медицинских изображений.

К недостаткам сжатия по стандарту JPEG следует отнести появление на восстановленных изображениях при высоких степенях сжатия характерных артефактов: изображение рассыпается на блоки размером 8x8 пикселов (этот эффект особенно заметен на областях изображения с плавными изменениями яркости), в областях с высокой пространственной частотой (например, на контрастных контурах и границах изображения) возникают артефакты в виде шумовых ореолов.

Однако, несмотря на недостатки, JPEG получил очень широкое распространение из-за достаточно высокой степени сжатия, поддержке сжатия полноцветных изображений и относительно невысокой вычислительной сложности .

Формат PDF

PDF (англ. Portable Document Format) - кроссплатформенный формат электронных документов, созданный фирмой Adobe Systems с использованием ряда возможностей языка PostScript. Чаще всего PDF-файл является комбинацией текста с растровой и векторной графикой, реже - текста с формами, JavaScript"ом, 3D-графикой и другими типами элементов. В первую очередь предназначен для представления в электронном виде полиграфической продукции, - значительное количество современного профессионального печатного оборудования может обрабатывать PDF непосредственно. Для просмотра можно использовать официальную бесплатную программу Adobe Reader, а также программы сторонних разработчиков. Традиционным способом создания PDF-документов является виртуальный принтер, то есть документ как таковой готовится в своей специализированной программе - графической программе или текстовом редакторе, САПР и т. д., а затем экспортируется в формат PDF для распространения в электронном виде, передачи в типографию и т. п. PDF.

Формат PDF позволяет внедрять необходимые шрифты (построчный текст), векторные и растровые изображения, формы и мультимедиа-вставки. Поддерживает RGB, CMYK, Grayscale, Lab, Duotone, Bitmap, несколько типов сжатия растровой информации. Имеет собственные технические форматы для полиграфии: PDF/X-1, PDF/X-3. Включает механизм электронных подписей для защиты и проверки подлинности документов. В этом формате распространяется большое количество сопутствующей документации.

Формат CALS

Растровый формат CALS (англ. Computer Aided Acquisition and Logistics Support) стардарт, разработанный подразделением министерства обороны США для стандартизации обмена графическими данными в электронном виде, особеннв в областях технической графики, CAD/CAM и приложений обработки изображений.

CALS - хорошо документированный, хотя и громоздкий, формат, в котором сделана попытка охватить многие вещи. Если вы не знакомы с документами правительства США, вам, вомзожно, покажется работа с данным форматом весьма сложной. Растровый формат CALS является необходимым в большинстве приложений, обрабатывающих документы правительства США. Поскольку все данные имеют байтовую организацию проблем типа "с какого конца разбить яйцо тупого или острого " никогда не возникает.

Характеристики формата CALS

• Тип - Bitmap (битовая матрица)
• Цвет - монохром
• Сжатие - CCITT Group 4 или без сжатия
• Максимальный размер изображения - неограничен
• Несколько изображений в файле - да, только для Type II
• Платформы - все

Формат BMP

BMP (от англ. Bitmap Picture) - формат хранения растровых изображений, разработанный компанией Microsoft. С форматом BMP работает огромное количество программ, так как его поддержка интегрирована в операционные системы Windows и OS/2. Файлы формата BMP могут иметь расширения.bmp, .dib и.rle.

Глубина цвета в данном формате может быть 1, 2, 4, 8, 16, 24, 32, 48 бит на пиксель, но глубина 2 бита на пиксель официально не поддерживается. При этом для глубины цвета меньше 16 бит используется палитра с полноцветными компонентами глубиной 24 бита. В формате BMP изображения могут храниться как есть или же с применением некоторых распространённых алгоритмов сжатия. В частности, формат BMP поддерживает RLE-сжатие без потери качества, а современные операционные системы и программное обеспечение позволяют использовать JPEG и PNG.

Формат PCX

PCX (PCExchange) - стандарт представления графической информации, не столь популярный аналог BMP, хотя поддерживается специфическими графическими редакторами, такими как Adobe Photoshop, Corel Draw, GIMP и др. В настоящее время практически вытеснен форматами, которые поддерживают лучшее сжатие: GIF, JPEG и PNG.

Тип формата - растровый. Большинство файлов такого типа использует стандартную палитру цветов, но формат был расширен из расчета на хранение 24-битных изображений. PCX - аппаратно-зависимый формат. Предназначается для хранения информации в файле в таком же виде, как и в видеоплате. Для совместимости со старыми программами необходима поддержка EGA-режима видеоконтроллером. Алгоритм такого сжатия очень быстрый и занимает небольшой объём памяти, однако не очень эффективен, непрактичен для сжатия фотографий и более детальной компьютерной графики. Используется сжатие без потерь. При сохранении изображения подряд идущие пиксели одинакового цвета объединяются и вместо указания цвета для каждого пикселя указывается цвет группы пикселей и их количество. Такой алгоритм хорошо сжимает изображения, в которых присутствуют области одного цвета.

Достоинства формата

• возможность создания ограниченной палитры цветов (например, 16 или 256 цветов);
• поддерживается большим количеством приложений.

Недостатки формата

• не поддерживает цветовые системы, отличные от RGB;
• многочисленные варианты, особенно при работе с цветами, могут делать работу с файлом невозможным;
• неудобная схема сжатия в действительности может увеличивать размеры некоторых файлов.

Формат PNG

PNG (англ. portable network graphics) - растровый формат хранения графической информации, использующий сжатие без потерь.

Область применения

Формат PNG спроектирован для замены устаревшего и более простого формата GIF, а также, в некоторой степени, для замены значительно более сложного формата TIFF. Формат PNG позиционируется прежде всего для использования в Интернете и редактирования графики.

PNG поддерживает три основных типа растровых изображений:

• Полутоновое изображение (с глубиной цвета 16 бит)
• Цветное индексированное изображение (палитра 8 бит для цвета глубиной 24 бит)
• Полноцветное изображение (с глубиной цвета 48 бит)

Формат PNG хранит графическую информацию в сжатом виде. Причём это сжатие производится без потерь, в отличие, например, от JPEG с потерями. Формат PNG обладает более высокой степенью сжатия для файлов с большим количеством цветов, чем GIF, но разница составляет около 5-25 %, что недостаточно для абсолютного преобладания формата, так как небольшие 2-16-цветные файлы формат GIF сжимает с не меньшей эффективностью.

PNG является хорошим форматом для редактирования изображений, даже для хранения промежуточных стадий редактирования, так как восстановление и пересохранение изображения проходят без потерь в качестве.

Анимация

Существует одна особенность GIF, которая в PNG не реализована - поддержка множественного изображения, особенно анимации; PNG изначально был предназначен лишь для хранения одного изображения в одном файле.

Формат Sun Raster

Формат изрбражений Sun Raster это родной растровый формат платформ Sun Microsystems использующих операционную систему SunOS. Этот формат поддерживает черно-белые, полутоновые и цветные растровые данные произвольной глубины цвета. Поддерживается также использование цветовых карт и простой компрессии данных Run-Length. Обычно большинство изображений в операционной системе SunOS представлены в формате Sun Raster. Также этот формат поддерживается большинством программ работы с изображениями под UNIX.

Характеристики формата Sun Raster

• Тип - bitmap (битовая матрица)
• Цвета - различные
• Сжатие - RLE
• Несколько изображений в файле - не поддерживается
• Платформа - SunOS
• Приложения - многие приложения под UNIX

Форматы графических файлов

Информация в разделе по материалам ВикипедиЯ

Хороший верстальщик должен уметь правильно выбирать форматы изображений для своей вёрстки, чтобы изображения отображались без погрешностей и имели оптимальный размер при загрузке. Давайте разберёмся, какие бывают форматы изображений и в каких ситуациях лучше выбрать тот или иной формат.

Растровые форматы

Для начала рассмотрим форматы, которые относятся к растровой графике: GIF, JPEG, PNG и WebP. Подробнее о растровой графике можно прочитать в статье .

Основные характеристики, которые нас будут интересовать при выборе формата — это качество изображения, вес и количество цветов. В вебе тяжёлые изображения непрактичны, поскольку они долго загружаются. Чтобы уменьшить вес файла, используются алгоритмы сжатия. Сжатие может быть с потерями и без потерь. При выборе подходящего формата изображения, нам нужно найти баланс между весом файла и качеством картинки, так как некоторые алгоритмы сжимают изображения с потерей качества. Теперь рассмотрим каждый из форматов подробнее.

GIF (Graphics Interchange Format)

Формат был разработан компанией CompuServe в далёком 1987 для передачи растровых изображений по интернету. GIF имеет цветовую палитру, состоящую из 256 цветов. Алгоритм GIF выбирает 256 наиболее используемых в исходном изображении цветов, а все остальные оттенки создаются путём подмешивания — подбора соседних пикселей таким образом, чтобы человеческий глаз воспринимал их как нужный цвет. По этой причине GIF не подходит для хранения полноцветных изображений и фотографий.

Формат поддерживает прозрачность — каждый пиксель изображения может быть в двух состояниях: прозрачный или непрозрачный, полупрозрачность не поддерживается.

Особенностью GIF является поддержка анимации, то есть этот формат может хранить несколько кадров, которые сменяют друг друга с определённой частотой.

Таким образом, формат GIF подходит если:

• изображение не многоцветное;
• нужна простейшая прозрачность;
• нужна анимация.

JPEG (Joint Photographic Experts Group)

Формат JPEG получил своё название от объединённого комитета экспертов по фотографии, который и создал этот стандарт в конце 80-х — начале 90-х годов. Он был разработан для сжатия и хранения полноцветных фотографий. Поддерживает более 16 миллионов цветов.

Формат JPEG сжимает изображения с потерей качества. Алгоритм сжатия основан на разбиении исходного изображения на квадраты 8×8 пикселей, и последующей их группировке. Можно получать JPEG изображения очень маленького веса, но только за счёт ухудшения качества картинки, можно получить и очень качественные JPEG, но тогда картинка будет слишком тяжёлой. Поэтому главная задача при работе с JPEG — подобрать такой уровень качества, чтобы вес был небольшой и качество картинки было приемлемым (обычно, это диапазон от 60 до 70, но нужно тестировать на каждой картинке).

Первая картинка весит 20 килобайт. Это круто, очень мало, но для этого мы задали уровень качества 10 и картинка выглядит плохо.

Вторая картинка с уровнем качества 60 весит чуть больше первой — 65 килобайт, но выглядит уже хорошо.

Для третьей картинки мы задали уровень качества 95, из-за чего её вес стал 169 килобайт. Вторая и третья картинка внешне почти неразличимы, однако вторая картинка весит на 104 килобайта легче.

Таким образом, формат JPEG лучше подходит для:

• полноцветных изображений, фотографий;
• изображений, с плавным переходом яркости и контраста;
• рисунков с большим количеством разноцветных деталей.

PNG (Portable Network Graphics)

PNG является относительно недавним форматом, который был введён как альтернатива для GIF-файлов.

PNG является форматом сжатия без потерь и позволяет сохранять изображения, в которых требуется особенная чёткость. Например, чертежи и печатный текст.

Формат имеет две вариации: PNG8 и PNG24. PNG8 может хранить лишь 256 цветов, а PNG24 использует уже более 16 миллионов цветов.

Главная особенность формата PNG — поддержка альфа-прозрачности, то есть каждому пикселю в отдельности можно задать свою степень прозрачности.

Итак, формат PNG подходит для:

• изображений с прозрачностью и полупрозрачностью;
• когда необходима повышенная точность полноцветных изображений;
• изображений с резкими переходами цветов.

WebP

WebP — новый формат, созданный и развиваемый с 2010 года компанией Google.

Главная цель этого проекта — ещё больше уменьшить вес при сохранении такого же качества.

Формат использует новый алгоритм сжатия, в котором искажения отличаются от искажений других форматов. Ухудшается детализация и структура, в то время как края остаются чёткими.

Особенности WebP:

• сжимает изображения без потерь лучше, чем PNG (на 26% по данным Google);
• сжимает изображения с потерями лучше, чем JPEG (на 25-34% по данным Google);
• поддерживает прозрачность (альфа-канал).

Иногда WebP сжимает изображение даже лучше, чем заявляет Google.

Ввиду относительной новизны формата, не все браузеры умеют с ним работать. На сегодняшний день WebP поддерживается только Chrome, Opera и Firefox.

Векторные форматы

GIF, JPEG, PNG, и WebP — растровые форматы, основанные на дискретном (пиксельном, точечном) представлении изображения, в то время как векторные форматы основаны на математических формулах (геометрическом представлении фигур). Подробнее о векторной графике можно прочитать в статье «Растровая и векторная графика» .

SVG (Scalable Vector Graphics)

SVG переводится как — масштабируемая векторная графика. Формат существует с 1999 года.

Размер объектов SVG намного меньше размера растровых изображений, а сами изображения не теряют в качестве при масштабировании. В отличие от растровых форматов мы можем взаимодействовать с изображениями в формате SVG — при помощи CSS можно изменять параметры графики: цвет, прозрачность или границы, а при помощи JavaScript — анимировать изображение.

SVG поддерживается почти всеми браузерами за исключением Internet Explorer 8 и ниже, но и это можно решить подключением JavaScript-библиотек, например, SVGeezy .

Формат SVG отлично подходит для малоцветных схем, логотипов и иконок.

Формат BMP(Bitmap– карта пикселов) разработан компаниейMicrosoftи применяется в ОСWindowsдля представления растровой графики. Позволяет хранить данные о цвете в значениях цветовой моделиRGB(до 16 млн. оттенков) или в таблице цветов (до 256 оттенков). Этот формат использует сжатие по методу RLE. Использование этого формата не желательно в WWW ни в полиграфии (это связано с тем, что этот формат разработан конкретно подWindows).

JPEG (Joint Photographic Experts Group). Строго говоря, JPEG`ом называется не формат, а алгоритм сжатия, основанный не на поиске одинаковых элементов, как в RLE и LZW, а на разнице между пикселами. Кодирование данных происходит в несколько этапов.

1. Дискретизация . Данные пикселов преобразуются из цветового пространстваRGBв цветовое пространствоYCbCr(Yзадает яркость точки изображения,CbиCrопределяют цветность. Первая компонента задает синеву, вторая – красноту. Называют телевизионной моделью (совместимость цветных изображений с черно-белыми)). Изображение делится на блоки 8х8 пикселов.

2. Дискретно-косинусное преобразование . Для каждого блока формируется набор чисел. Первые несколько чисел представляют цвет блока в целом, в то время, как последующие числа отражают тонкие делали. Спектр деталей базируется на зрительном восприятии человека, поэтому крупные детали более заметны.

3. Квантование . Отбрасываются коэффициенты дискретного косинусного преобразования, которые несущественны для восстановления изображения, близкого к оригиналу. На этом этапе, в зависимости от выбранного уровня качества, отбрасывается определенная часть чисел, представляющих тонкие детали. Именно на этом этапе теряются данные в методеJPEG-сжатия.

4. На последнем этапе используется кодирование методом Хаффмана для более эффективного сжатия конечных данных.

Восстановление данных происходит в обратном порядке.

Таким образом, чем выше уровень компрессии, тем больше данных отбрасывается, тем ниже качество. Используя JPEG можно получить файл в 1-500 раз меньше, чем ВМР! Формат аппаратно независим, полностью поддерживается на РС и Macintosh, однако он относительно нов и не понимается старыми программами (до 1995 года). JPEG не поддерживает индексированные палитры цветов.

Из сказанного можно сделать следующие выводы.

1. JPEG`ом лучше сжимаются растровые картинки фотографического качества, чем логотипы или схемы - в фотографиях больше полутоновых переходов, среди однотонных заливок же появляются нежелательные помехи.

2. Лучше сжимаются и с меньшими потерями большие изображения для web или с высоким печатным разрешением (200-300 и более dpi), чем с низким (72-150 dpi), т.к. в каждом квадрате 8х8 пикселов переходы получаются более мягкие, за счет того, что их (квадратов) в таких файлах больше.

3. Нежелательно сохранять с JPEG-сжатием любые изображения, где важны все нюансы цветопередачи, так как во время сжатия происходит отбрасывание цветовой информации.

4. В JPEG`е следует сохранять только конечный вариант работы, потому что каждое новое сохранение приводит к новым потерям (отбрасыванию) данных и превращению исходного изображения в «кашу».

GIF (CompuServe Graphics Interchange Format)

Независящий от аппаратного обеспечения формат GIF был разработан в 1987 году (GIF87a) фирмой CompuServe для передачи растровых изображений по сетям. В 1989-м формат был модифицирован (GIF89a), были добавлены поддержка прозрачности и анимации. GIF использует LZW-компрессию, что позволяет неплохо сжимать файлы, в которых много однородных заливок (логотипы, надписи, схемы).

GIF позволяет черезстрочную запись изображения (Interlaced), благодаря чему, имея только часть файла, можно увидеть изображение целиком, но с меньшим разрешением. Это достигается за счет записи, а затем подгрузки, сначала 1, 5, 10 и т.д. строчек пикселов и растягивания данных между ними, вторым проходом следуют 2, 6, 11 строчки, разрешение изображения в интернетовском браузере увеличивается. Таким образом, задолго до окончания загрузки файла пользователь может понять, что внутри и решить, стоит ли ждать, когда файл поднимется весь. Черезстрочная запись незначительно увеличивает размер файла, но это, как правило, оправдывается приобретаемым свойством.

В GIF`e можно назначить один или более цветов прозрачными, они станут невидимыми в браузерах Интернет и некоторых других программах. Прозрачность обеспечивается за счет дополнительного Alpha-канала, сохраняемого вместе с файлом. (Альфа-канал : Дополнительный канал изображения. Он несёт определённую информацию о выделенной области.) Кроме того, файл GIF может содержать не одну, а несколько растровых картинок, которые браузеры могут подгружать одну за другой с указанной в файле частотой. Так достигается иллюзия движения (GIF-анимация).

Основное ограничение формата GIF состоит в том, что цвета хранятся в таблице. Количество цветов в изображении может быть от 2 до 256, но это могут быть любые цвета из 24-битной палитры.

Область применения . Текст, логотипы, иллюстрации с четкими краями, анимированные рисунки, изображения с прозрачными участками, баннеры. Тем не менее, формат GIF медленно, но уверенно сходит со сцены, и толчком к этому послужили требования выплаты денежных компенсаций американской компании Unisys, владеющей патентом на алгоритм сжатия данных LZW, лежащего в основе этого формата. На сегодняшний день самым вероятным его преемником видится формат PNG.

PNG (Portable Network Graphics)

PNG - разработанный относительно недавно формат для Сети, призванный заменить собой устаревший GIF. Использует сжатие без потерь Deflate, сходное с LZW (именно из-за патентования в 1995-м году алгоритма LZW возник PNG).

Этот формат, сжимающий графическую информацию без потерь качества, используя алгоритм Deflate, в отличие от GIF или TIFF сжимает растровые изображения не только по горизонтали, но и по вертикали, что обеспечивает более высокую степень сжатия и поддерживает цветные фотографические изображения вплоть до 48-битных включительно. Формат PNG позволяет создавать изображения с 256 уровнями прозрачности. В числе других отличительных особенностей этого формата можно отметить двумерную чересстрочную развертку (т.е. изображение проявляется постепенно не только по строкам, но и по столбцам).

Недостатки

1. Как недостаток формата часто упоминается то, что он не дает возможности создавать анимационные ролики, хотя сейчас, при повальном переходе практически всей анимации на технологию Flash, это уже совсем не актуально.

2. Этот формат плохо подходит для хранения изображений, не подлежащих печати.

3. Формат PNG значительно уступает своему предшественнику, GIF-у, в тех случаях, когда речь идет о мелких элементах оформления веб-страниц, таких, как кнопки, рамки и т.п.

TIFF (Tagged Image File Format)

Аппаратно независимый формат TIFF появился как внутренний формат программы Aldus PhotoStyler. Его модульная архитектура оказалась настолько удачной, что, успешно пережив смерть родной программы, TIFF и в наши дни продолжает совершенствоваться и развиваться. Сейчас TIFF – это самый распространенный в полиграфии формат. Надежен, поскольку его поддерживают практически все программы на РС и Макинтош так или иначе связанные с графикой. Возможность записи изображений в формате TIFF является одним из признаков высокого класса современных цифровых фотокамер.

Формат поддерживает множество алгоритмов сжатия (в том числе популярные LZW, Deflate или JPEG), типов изображений от битового (1-, 2-, 4-, 8-, 24- и 32-битные изображения) и индексированных цветов до LAB, CMYK и RGB (кроме дуплексов и многоканальных документов). Кроме того, существуют две разновидности формата, соответственно для IBM PC и Macintosh, обусловленные различным порядком записи чисел, реализуемым на этих платформах. Со сжатием LZW файл TIFF занимает почти столько же места, сколько и GIF, только, в отличие от последнего, TIFF поддерживает полноцветные изображения и хранит в своем теле подробную информацию об изображении - разрешение, тип принтера и другие детали, необходимые для профессиональной работы с изображениями. В этом формате поддерживаются такие чисто профессиональные возможности, как обтравочные контуры, альфа-каналы, возможность сохранять несколько копий изображения с разным разрешением и даже включать в файл слои. Благодаря своей совместимости с большинством профессионального ПО для обработки изображений, формат TIFF очень удобен при переносе изображений между компьютерами различных типов (например, с PC на Маc и обратно).

PSD (Adobe Photoshop)

Формат PSD является стандартным форматом пакета Adobe Photoshop и отличается от большинства обычных растровых форматов возможностью хранения слоев (layers). Он содержит много дополнительных переменных (не уступает TIFF по их количеству) и сжимает изображения, используя алгоритм сжатия без потерь RLE Packbits, иногда даже сильнее, чем PNG (только в тех случаях, когда размеры файла измеряются не в килобайтах, а в десятках или даже сотнях мегабайт). Формат поддерживает глубины цвета, вплоть до 16 бит на канал (48-битные цветные и 16-битные черно-белые), а также альфа-каналы, слои, контуры, прозрачность, векторные надписи и т. п. Прекрасно подойдет для переноса или хранения изображений, содержащих специфические, свойственные только Adobe Photoshop, элементы. Файлы PSD свободно читаются большинством популярных просмотрщиков, но не стоит забывать, что, открыв эти файлы в некоторых графических редакторах третьих фирм, даже декларирующих поддержку формата PSD, можно потерять значительную часть их специфических возможностей (особенно в части работы со слоями.

ВВЕДЕНИЕ

Графический формат - это способ записи графической информации. Графические форматы файлов предназначены для хранения изображений, таких как фотографии и рисунки.

Знание файловых форматов и их возможностей является одним из ключевых факторов в компьютерной графике. Да, сегодня нет такого калейдоскопа расширений, как в начале 90-х, когда каждая компания-производитель редакторов изображений считала своим долгом создать свой файловый тип, а то и не один, однако это не означает, что "все нужно сохранять в TIFF, а сжимать JPEG"ом". Каждый, из утвердившихся сегодня форматов, прошел естественный отбор, доказал свою жизнеспособность. Все они имеют какие-то характерные особенности и возможности, делающие их незаменимыми в работе. Знание особенностей, тонкостей технологии важно для современного дизайнера так же, как для художника необходимо разбираться в различиях химического состава красок, свойствах грунтов, типов металлов и породах.

Это растровая графика, векторная графика, трёхмерная и фрактальная графика. Они отличаются принципами формирования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге.

Растровую графику применяют при разработке электронных (мультимедийных) и полиграфических изданий. Иллюстрации, выполненные средствами растровой графики, редко создают вручную с помощью компьютерных программ. Чаще для этой цели используют отсканированные иллюстрации, подготовленные художником на бумаге, или фотографии. В последнее время для ввода растровых изображений в компьютер нашли широкое применение цифровые фото- и видеокамеры. Соответственно, большинство графических редакторов, предназначенных для работы с растровыми иллюстрациями, ориентированы не столько на создание изображений, сколько на их обработку. В Интернете применяют растровые иллюстрации в тех случаях, когда надо передать полную гамму оттенков цветного изображения.

Программные средства для работы с векторной графикой наоборот предназначены, в первую очередь, для создания иллюстраций и в меньшей степени для их обработки. Такие средства широко используют в рекламных агентствах, дизайнерских бюро, редакциях и издательствах. Оформительские работы, основанные на применении шрифтов и простейших геометрических элементов, решаются средствами векторной графики намного проще. Существуют примеры высокохудожественных произведений, созданных средствами векторной графики, но они скорее исключение, чем правило, поскольку художественная подготовка иллюстраций средствами векторной графики чрезвычайно сложна.

Трёхмерная графика широко используется в инженерном программировании, компьютерном моделировании физических объектов и процессов, в мультипликации, кинемотографии и компьютерных играх.

Программные средства для работы с фрактальной графикой предназначены для автоматической генерации изображений путем математических расчетов. Создание фрактальной художественной композиции состоит не в рисовании или оформлении, а в программировании. Фрактальную графику редко применяют для создания печатных или электронных документов, но ее часто используют в развлекательных программах.

Целью данной контрольной работы будет являться первоначальное изучение графических файлов и их форматов, методов сжатия информации, а также анализе проделанной работы.

Задачей данной контрольной работы будет являться определение принадлежности графического формата к определенному подтипу: векторному, растровому, комплексному.

Методы сжатия информации

Почти все современные форматы графических файлов используют какой-либо из методов сжатия информации, поэтому, для лучшего понимания дальнейшего материала, начало данного раздела содержит краткое изложение этих методов.

Методы сжатия информации:

Одним из простейший способов сжатия является метод RLE (Run Length Encoding - кодирование с переменной длиной строки). Действие метода RLE заключается в поиске одинаковых пикселов в одной строке. Если в строке, допустим, имеется 3 пиксела белого цвета, 21 - черного, затем 14 - белого, то применение RLE дает возможность не запоминать каждый из них (38 пикселов), а записать как 3 белых, 21 черный и 14 белых в первой строке.

Метод сжатия LZW (Lempel-Ziv-Welch) разработан в 1978 году Лемпелом и Зивом, и доработан позднее в США. Сжимает данные путем поиска одинаковых последовательностей (они называются фразы) во всем файле. Выявленные последовательности сохраняются в таблице, им присваиваются более короткие маркеры (ключи). Так, если в изображении имеются наборы из розового, оранжевого и зеленого пикселов, повторяющиеся 50 раз, LZW выявляет это, присваивает данному набору отдельное число (например, 7) и затем сохраняет эти данные 50 раз в виде числа 7. Метод LZW, так же, как и RLE, лучше действует на участках однородных, свободных от шума цветов, он действует гораздо лучше, чем RLE, при сжатии произвольных графических данных, но процесс кодирования и распаковки происходит медленнее.

Метод сжатия Хаффмана (Huffman) разработан в 1952 году и используется как составная часть в ряде других схем сжатия, таких как LZW, Дефляция, JPEG. В методе Хаффмана берется набор символов, который анализируется, чтобы определить частоту каждого символа. Затем для наиболее часто встречающихся символов используется представление в виде минимально возможного количества битов. Например, буква "е" чаще всего встречается в английских текстах. Используя кодировку Хаффмана, вы можете представить "е" всего лишь двумя битами (1 и 0), вместо восьми битов, необходимых для представления буквы "е" в кодировке ASCII.

Метод сжатия CCITT (International Telegraph and Telephone Committie) был разработан для факсимильной передачи и приема. Является более узкой версией кодирования методом Хаффмана. CCITT Group 3 идентичен формату факсовых сообщений, CCITT Group 4 - формат факсов, но без специальной управляющей информации.

Графические форматы файлов

Растровый формат

Растровые изображения формируются в процессе сканирования многоцветных иллюстраций и фотографий, а также при использовании цифровых фото- и видео камер. Можно создать растровое изображение непосредственно на компьютере с помощью растрового графического редактора.

Растровое изображение создается с использованием точек различного цвета (пикселей), которые образуют строки и столбцы. Каждый пиксель может принимать любой цвет из палитры, содержащей десятки тысяч или даже десятки миллионов цветов, поэтому растровые изображения обеспечивают высокую точность передачи цветов и полутонов. Качество растрового изображения возрастает с увеличением пространственного разрешения (количества пикселей в изображении по горизонтали и вертикали) и количества цветов в палитре.

Недостатком растровых изображений является их большой информационный объем, так как необходимо хранить код цвета каждого пикселя.

Рассмотрим непосредственно расширения растрового графического формата:

1) Формат файла 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 растровой информации файла одним из двух способов сжатия RLE, которые допустимы для файлов BMP-формата.

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

2) PCX стал первым стандартным форматом графических файлов для хранения файлов 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. Хотя область применения этого популярного формата сокращается, файлы формата PCX, которые легко узнать по расширению PCX, все еще широко распространены сегодня.

Файлы PCX разделены на следующие три части: заголовок PCX, данные растрового массива и факультативная таблица цветов. 128-байт заголовок PCX содержит несколько полей, в том числе поля размера изображения и числа бит для кодирования информации о цвете каждого пикселя. Информация растрового массива сжимается с использованием простого метода сжатия RLE; факультативная таблица цветов в конце файла содержит 256 значений цветов RGB, определяющих цвета изображения. Формат PCX первоначально был разработан для адаптеров CGA- и EGA-дисплеев и в дальнейшем был модифицирован для использования в адаптерах VGA и адаптерах истинных цветов. Кодирование цвета каждого пикселя в современных изображениях PCX может производиться с глубиной 1, 4, 8 или 24 бит.

3) Если PCX - один из самых простых для декодирования форматов растровой графики, то TIFF (Tagged Image File Format, формат файлов изображения, снабженных тегами) - один из самых сложных. Файлы TIFF имеют расширение TIFF. Каждый файл начинается 8-байт заголовком файла изображения (IFH), важнейший элемент которого - каталог файла изображения (Image File Directory, IFD) - служит указателем к структуре данных. IFD представляет собой таблицу для идентификации одной или нескольких порций данных переменной длины, называемых тегами; теги хранят информацию об изображении. В спецификации формата файлов TIFF определено более 70 различных типов тегов. Например, тег одного типа хранит информацию о ширине изображения в пикселах, другого - информацию о его высоте. В теге третьего типа хранится таблица цветов (при необходимости), а тег четвертого типа содержит сами данные растрового массива. Изображение, закодированное в файле TIFF, полностью определяется его тегами, и этот формат файла легко расширяется, поскольку для придания файлу дополнительных свойств достаточно лишь определить дополнительные типы тегов.

Так что же делает TIFF столь сложным? С одной стороны, составление программ, различающих все типы тегов, - это непростое дело. В большинстве программ для чтения файлов TIFF реализуется только подмножество тегов, именно поэтому 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, но всегда существует опасность, что это повлияет на внешний вид изображения.

Еще одна сложность заключается в том, что файл TIFF может содержать несколько изображений, каждому из которых сопутствуют собственный IFD и набор тегов. Данные растрового массива в файле TIFF могут сжиматься с использованием любого из нескольких методов, поэтому в надежной программе для чтения файлов TIFF должны быть средства распаковки RLE, LZW (LempelZivWelch) и несколько других. Ситуацию еще больше ухудшает то обстоятельство, что пользование программами распаковки LZW должно осуществляться в соответствии с лицензионным соглашением с фирмой Unisys Corp. на право пользования алгоритмом LZW и часто за плату. В результате даже самые лучшие программы считывания TIFF нередко "сдаются", когда сталкиваются со сжатым по методу LZW изображением.

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.

4) Большинство ведущих специалистов-графиков, имеющих дело с алгоритмом LZW, сталкиваются с аналогичными юридическими проблемами при использовании популярного межплатформенного формата файлов растровой графики GIF (Graphics Interchange Format - формат обмена графическими данными, произносится "джиф"), разработанного компанией CompuServe. Обычно для имени файлов GIF используется расширение GIF, и тысячи таких файлов можно получить в CompuServe.

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 13-байт 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.

5) Формат PNG (Portable Network Graphic - переносимый сетевой формат, произносится "пинг") 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), которым любой может пользоваться бесплатно.

6) Формат файла JPEG (Joint Photographic Experts Group - Объединенная экспертная группа по фотографии, произносится "джейпег) был разработан компанией C-Cube Microsystems как эффективный метод 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 рассмотренных здесь форматов состоит в том, что в JPEG используется алгоритм сжатия с потерями (а не алгоритм без потерь) информации. Алгоритм сжатия без потерь так сохраняет информацию об изображении, что распакованное изображение в точности соответствует оригиналу. При сжатии с потерями приносится в жертву 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.

Векторный формат

В данном подразделе рассмотрим самые распространенные расширения графических файлов векторного формата.

1) Encapsulated PostScript (EPS) - расширение формата PostScript, данные в котором записываются в соответствии со стандартом DSС (английский, Document Structuring Conventions), но при этом c рядом расширений, позволяющих использовать этот формат как графический.

Формат EPS был создан компанией Adobe на основе языка PostScript и послужил базой для создания ранних версий формата Adobe Illustrator.

В своей минимальной конфигурации EPS-файл имеет так называемый BoundingBox DSC comment - информацию, описывающую размер изображения. Таким образом, даже если приложение не может растеризовать данные, содержащиеся в файле, оно имеет доступ к размерам изображения и его preview.

Программа QuarkXPress версий 4, 5 и 6 не может растеризовать данные из EPS-файла, поэтому использует в верстке только preview - уменьшенную копию всего изображения, которая хранится в EPS-файле отдельно от основных данных. Программа Adobe InDesign версий CS-CS4 такого ограничения не имеет. Использование уменьшенной по качеству копии изображения предназначено для упрощения вывода изображения на экран и, как следствие, значительного ускорения работы с вёрсткой. Preview может быть записано в формате TIFF или WMF (только для РС) или вовсе опущено.

Формат используется в профессиональной полиграфии и может содержать растровые изображения, векторные изображения, а также их комбинации.

Изображение, записанное в формате EPS, может быть сохранено в разных цветовых пространствах: Grayscale, RGB, CMYK, Lab, Multi-channel.

Структура данных растрового EPS-файла может быть записана разными методами: ASCII-данные (текстовые данные), Binary (двоичные данные) и JPEG с различной степенью сжатия.

2) WMF (англ. Windows MetaFile) - универсальный формат векторных графических файлов для Windows приложений. Используется для хранения коллекции графических изображений Microsoft Clip Gallery. Формат разработан Microsoft и является неотъемлемой частью Windows, так как сохраняет последовательность аппаратно-независимых функций GDI (Graphical Device Interface), непосредственно выводящих изображение в заданный контекст графического устройства (на экран, на принтер и т.п.). Очень часто WMF неявно используется для сохранения образа окна вывода программы и его последующего восстановления, а также при переносе информации через буфер обмена (clipboard). Из MS Windows запись и чтение в файл этого формата осуществляются чрезвычайно просто и быстро, в других операционных системах поддержка этого формата бесполезна. Его понимают некоторые программы для Macintosh. На платформе Macintosh аналогичную роль играет формат PICT.

3) Формат файла CDR - векторное изображение или рисунок, созданный с помощью программы CorelDRAW. Данный формат файла разработан компанией Corel для использования в собственных программных продуктах. CDR-файлы не поддерживаются многими программами, предназначенными для редактирования изображений. Однако, файл можно экспортировать с помощью CorelDRAW в другие, более распространенные и популярные форматы изображений.

Также, файл CDR можно открыть программой Corel Paint Shop Pro. Для лучшей совместимости, компания Corel рекомендует сохранять файлы в CorelDRAW формате CDR версии 9.0 или более ранней.

4) Portable Document Format (PDF) - кроссплатформенный формат электронных документов, созданный фирмой Adobe Systems с использованием ряда возможностей языка PostScript. В первую очередь предназначен для представления в электронном виде полиграфической продукции, - значительное количество современного профессионального печатного оборудования может обрабатывать PDF непосредственно. Для просмотра можно использовать официальную бесплатную программу Adobe Reader, а также программы сторонних разработчиков. Традиционным способом создания PDF-документов является виртуальный принтер, то есть документ как таковой готовится в своей специализированной программе - графической программе или текстовом редакторе, САПР и т. д., а затем экспортируется в формат PDF для распространения в электронном виде, передачи в типографию и т. п.

Комплексный формат

Существуют также комплексные форматы, которые могут хранить как векторную, так и растровую информацию. Это форматы DjVu, CGM, AI (формат программы Adobe Illustrator), EPS (Encapsulated PostScript – профессиональный универсальный векторно-растровый формат, используемый всеми профессиональными графическими программами) и PDF (Portable Document Format – формат программы Adobe Acrobat, который может содержать растровую и векторную графику, а также текстовую информацию).

1) DjVu (от фр. déjà vu - «уже виденное») - технология сжатия изображений с потерями, разработанная специально для хранения сканированных документов - книг, журналов, рукописей и прочее, где обилие формул, схем, рисунков и рукописных символов делает чрезвычайно трудоёмким их полноценное распознавание. Также является эффективным решением, если необходимо передать все нюансы оформления, например, исторических документов, где важное значение имеет не только содержание, но и цвет и фактура бумаги; дефекты пергамента: трещинки, следы от складывания; исправления, кляксы, отпечатки пальцев; следы, оставленные другими предметами и т.д.

DjVu стал основой для нескольких библиотек научных книг. Огромное количество книг в этом формате доступно в файлообменных сетях.

Формат оптимизирован для передачи по сети таким образом, что страницу можно просматривать ещё до завершения скачивания. DjVu-файл может содержать текстовый (OCR) слой, что позволяет осуществлять полнотекстовый поиск по файлу. Кроме того, DjVu-файл может содержать встроенное интерактивное оглавление и активные области - ссылки, что позволяет реализовать удобную навигацию в DjVu-книгах.

2) CGM (от англ. Computer Graphics Metafile) - формат для хранения и обмена графическими данными, не относящимися к САПР.

3 D полигоны

Формат X файла - формат файла для хранения 3D объектов, созданный компанией Microsoft.

Этот формат хранит информацию о геометрии 3D объекта (координаты вершин и координаты нормалей), текстурные координаты, описание материалов, пути и названия к текстурам, которые используются. Хранится иерархия объектов, хранится анимация, и хранятся привязки вершин к «костям» с описанием весов. В X файле может отсутствовать какая-либо информация об объекте (например в X файле могут содержаться только координаты вершин).

X файл может быть текстовым либо бинарным.

В начале X файла идёт заголовок, затем идёт описание информации об объекте. Описание информации может быть в произвольном порядке, но заголовок всегда идёт в самом начале.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Ни одна другая область применения компьютера не может похвастать таким многообразием типов форматов файлов, как компьютерная графика. Каждая более или менее солидная софтверная компания считает своим долгом сделать хоть какой, но графический редактор, а в придачу к нему, само собой разумеется, создается свой собственных формат файлов, в котором, как уверяют разработчики, этот редактор сохраняет шедевры, созданные с его помощью, наилучшим образом. Как итог такого подхода сложилась ситуация, когда уже никто не в состоянии охватить все многообразие типов существующих графических форматов. Графические файлы довольно непросто устроены, в отличие скажем от простого текстового файла. Со временем появилась необходимость получения графических файлов с определёнными требованиями. Например, компьютерному художнику необходимо очень высокое качество картинки, рядовому пользователю - хорошее качество, но не очень большой объём, веб-дизайнеру нужно при минимальном объёме получить более или менее приличное изображение. Но требования переносимости файлов между различными приложениями вынудили выделить несколько определенных форматов, ставших, каждый в своей области, стандартами де-факто. Так, для изображений в Интернете, в большинстве случаев, используются форматы JPEG и GIF, для хранения изображений - JPEG, в издательском деле царствует TIFF и т.д.

Нельзя сказать, что есть плохие форматы, а есть хорошие. Каждый формат имеет преимущества и недостатки. В этой статье будет рассказано лишь о некоторых графических форматах, поддерживаемых большинством графических программ и используемых на практике чаще других.

Растровые изображения сохраняются в файле в виде прямоугольной таблицы, в каждой клеточке которой записан двоичный код цвета соответствующего пикселя. Такой файл хранит данные и о других свойствах графического изображения, а также алгоритме его сжатия.

Векторные изображения сохраняются в файле как перечень объектов и значений их свойств - координат, размеров, цветов и тому подобное.

Как растровых, так и векторных форматов графических файлов существует достаточно большое количество. Среди этого многообразия форматов нет того идеального, какой бы удовлетворял всем возможным требованиям. Выбор того или другого формата для сохранения изображения зависит от целей и задач работы с изображением. Если нужна фотографическая точность воссоздания цветов, то преимущество отдают одному из растровых форматов. Логотипы, схемы, элементы оформления целесообразно хранить в векторных форматах. Формат файла влияет на объем памяти, который занимает этот файл. Графические редакторы позволяют пользователю самостоятельно избирать формат сохранения изображения. Если вы собираетесь работать с графическим изображением только в одном редакторе, целесообразно выбрать тот формат, какой редактор предлагает по умолчанию. Если же данные будут обрабатываться другими программами, стоит использовать один из универсальных форматов.

Существуют универсальные форматы графических файлов, которые одновременно поддерживают и векторные, и растровые изображения.

Список используемой литературы

1. Эйнджел Э. Интерактивная компьютерная графика. Вводный курс на базе. Второе издание. М., Сп-б, Киев, Издательский Дом «Вильямс», 2001;.

2. Роджерс Д., Адамс Дж. Математические основы машинной графики. М., Мир, 2001;.

3. Е. В. Шишкин, А. В. Боресков «Компьютерная графика: полигональные модели», М., Диалог-МИФИ, 2001.

4. Иванов В. П., Батраков А. С. Трехмерная компьютерная графика. М., Радио и Связь, 1995;.

5. Гнилой В. Интерактивная машинная графика. – М.: Мир, 1981.