Форматы графических файлов

Введение

Формат графического файла — способ представления и расположения графических данных на внешнем носителе.

В условиях отсутствия стандартов каждый разработчик изобретал новый формат для собственных приложений. Поэтому возникали большие проблемы обмена данными между различными программами (текстовыми процессорами, издательскими системами, пакетами иллюстративной графики, программами САПР и др.). Но с начала 80-х гг. официальные группы по стандартам начали создавать общие форматы для различных приложений. Единого формата, пригодного для всех приложений, нет и быть не может, но всё же некоторые форматы стали стандартными для целого ряда предметных областей.

Пользователю графической программы не требуется знать, как именно в том или ином формате хранится информация о графических данных. Однако умение разбираться в особенностях форматов имеет большое значение для эффективного хранения изображений и организации обмена данными между различными приложениями.

Важно различать векторные и растровые форматы.

Если заглянуть в историю, то можно проследить, как с момента появления первых ЭВМ (электронно-вычислительная машина) разработчики стремятся разнообразить способы общения пользователя и машины. Это общение было бы гораздо более ограниченным, если бы не использовало один из наиболее простых способов — язык изображений, образов. Сегодня графические изображения на экране монитора современного персонального компьютера стали для нас нормой, совершенно неотъемлемым атрибутом интерфейса. Спектр применения компьютерной графики, помимо средств интерфейса, чрезвычайно широк: от создания рекламных роликов, компьютерных мультфильмов и игр, моделей одежды, архитектурных сооружений, компьютерной живописи до визуализации результатов научных исследований. Можно с уверенностью сказать, что популярность Internet, во многом объясняется широким применением графики.

Глава 1. Виды графических форматов Способ представления изображения оказывает влияние на возможности его редактирования, печати, на объем занимаемой памяти.

Все форматы графических файлов можно разделить на два типа:

— растровые

— векторные Отличаются они принципом построения изображения.

В растровых изображениях картинка получается, из отдельных точек (пикселей), каждый из которых определяется двумя параметрами: координатами цветом и координатами расположения. Наиболее близкой аналогией растрового изображения является изображение на экране компьютерного монитора (или обычного телевизора), которое создает электронный луч, пробегающий последовательно по каждой строке формируемого кадра изображения (растра). Многие растровые форматы обладают способностью нести дополнительную информацию: различные цветовые модели изображения, вектора, альфа-каналы (дополнительный канал, с помощью которого можно сохранять выделенные или прозрачные области изображения), слои различных типов, интерлиньяж (возможность чересстрочного показа изображения), анимацию, возможности сжатия и многое другое. Достоинства растровых изображений в их способности передать тончайшие нюансы изображения, а также в широчайших возможностях по его редактированию, выражающихся в простом доступе к каждому пикселю изображения, возможности индивидуального изменения каждого из его параметров. Принципиальный недостаток один — очень большие размеры полученного файла.

Векторное изображение представляет собой совокупность отрезков кривых линий, которые описываются математическими выражениями, и цветных заливок. Проще говоря, чтобы компьютер нарисовал прямую линию, нужны координаты двух точек, которые соединяются по кратчайшему пути, для дуги задаются координаты центра окружности и радиус и т. д. Таким образом, векторная иллюстрация — это набор геометрических примитивов (простейших объектов, таких как линии, окружности, многогранники и тому подобное), использующихся для создания более сложных изображений.

Отсюда и основное достоинство векторных форматов — компактность полученных файлов, а также высокое качество полученных изображений, причем независимо от разрешающей способности устройства отображения. В качестве недостатка можно отметить определенную трудоемкость при создании и редактировании сложных элементов изображений, а также проблемы, возникающие при распечатке векторных изображений на некоторых принтерах.

Большинство векторных форматов могут так же содержать внедрённые в файл растровые объекты или ссылку на растровый файл (технология OPI). 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.

Форматы графических файлов определяют способ хранения информации в файле (растровый или векторный), а также форму хранения информации (используемый алгоритм сжатия).

Сжатие применяется для растровых графических файлов, так как они имеют обычно достаточно большой объем. При сжатии графических файлов алгоритм сжатия включается в формат графического файла.

Существуют различные алгоритмы сжатия, причем для различных типов изображения целесообразно применять подходящие типы сжатия.

1.1 Глубина цвета Кроме размера изображения, важной является информация о количестве цветов, закодированных в файле. Цвет каждого пиксела кодируется определенным числом бит, то есть элементарных единиц информации, с которыми может иметь дело компьютер. Каждый бит может принимать два значения 1 или 0. В зависимости от того, сколько бит отведено для цвета каждого пиксела, возможно кодирование различного числа цветов. Нетрудно сообразить, что если для кодировки отвести лишь один бит, то каждый пиксел может быть либо белым (значение 1), либо черным (значение 0). Такое изображение называют монохромным.

Далее, если для кодировки отвести четыре бита, то можно закодировать 24=16 различных цветов, отвечающих комбинациям бит от 0000 до 1111. Если отвести 8 бит — то такой рисунок может содержать 28=256 различных цветов (от 0 до 11 111 111), 16 бит — 216=65 536 различных цветов (так называемый High Color). И, наконец, если отвести 24 бита, то потенциально рисунок может содержать 224=16 777 216 различных цветов и оттенков вполне достаточно даже для самого взыскательного художника. В последнем случае кодировка называется 24-bit True Color. Следует обратить внимание на слово «потенциально»: даже если в файле и отводится 24 бита на каждый пиксел, это еще не означает, что вы действительно сможете насладиться такой богатой палитрой ведь технические возможности мониторов ограничены.

RGB-модель Способ разделения цвета на составляющие компоненты называется Цветовой моделью. В компьютерной графике применяются три цветовые модели: RGB, CMYK и HSB.

Наиболее распространенным способом кодирования цвета является модель RGB. При этом способе кодирования любой цвет представляется в виде комбинации трех цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue), взятых с разной интенсивностью. Интенсивность каждого из трех цветов — это один байт (т. е. число в диапазоне от 0 до 255), который хорошо представляется двумя 16-ричными цифрами (числом от 00 до FF). Таким образом, цвет удобно записывать тремя парами 16-ричных цифр, как это принято, например, в HTML документах.

Чем больше значение байта цветовой составляющей, тем ярче этот цвет. При наложении одной составляющей на другую яркость суммарного цвета также увеличивается.

Цветовая модель CMYK

Цветовая модель CMYK соответствует рисованию красками на бумажном листе и используется при работе с отраженным цветом, т. е. для подготовки печатных документов.

Цветовыми составляющими этой модели являются цвета: голубой (Cyan), лиловый (Magenta), желтый (Yellow) и черный (Black). Эти цвета получаются в результате вычитания основных цветов модели RGB из белого цвета. Черный цвет задается отдельно. Увеличение количества краски приводит к уменьшению яркости цвета.

Цветовая модель HSB

Системы цветов RGB и CMYK связаны с ограничениями, накладываемыми аппаратным обеспечением (монитор компьютера в случае RGB и типографские краски в случае CMYK).

Цветовая модель HSB наиболее удобна для человека, т. к. она хорошо согласуется с моделью восприятия цвета человеком. Компонентами модели HSB являются:

— тон (Hue)

— насыщенность (Saturation)

— яркость цвета (Brightness)

Тон — это конкретный оттенок цвета. Насыщенность характеризует его интенсивность или чистоту. Яркость же зависит от примеси черной краски, добавленной к данному цвету. Значение цвета выбирается как вектор, выходящий из центра окружности. Точка в центре соответствует белому цвету, а точки по границе окружности чистым цветам. Направление вектора определяет цветовой оттенок и задается в угловых градусах. Длина вектора определяет насыщенность цвета. Яркость цвета задают на отдельной оси.

Глава 2. Векторные форматы растровый векторный хранение палитра Векторный формат Существуют два основных способа кодирования графической информации: векторный и растровый. При векторном, рисунок представляется в виде комбинации простых геометрических фигур — точек, отрезков прямых и кривых, окружностей, прямоугольников и т. п. При этом для полного описания рисунка необходимо знать вид и базовые координаты каждой фигуры, например, координаты двух концов отрезка, координаты центра и диаметр окружности и т. д. Этот способ кодирования идеально подходит для рисунков, которые легко представить в виде комбинации простейших фигур, например, для технических чертежей.

Векторные форматы: WMF, EMF, CGM, EPS, WPG, AutoCAD, DXF, DWG, CDR, AI, PCT, FLA/SWF

SVG

(от Scalable Vector Graphics — масштабируемая векторная графика) — язык разметки масштабируемой векторной графики, созданный Консорциумом Всемирной паутины (W3C) и входящий в подмножество расширяемого языка разметки XML, предназначен для описания двумерной векторной и смешанной векторно/растровой графики в формате XML. Поддерживает как неподвижную, так анимированную и интерактивную графику — или, в иных терминах, декларативную и скриптовую. Это открытый стандарт, является рекомендацией консорциума W3C, — организации, разработавшей такие стандарты, как HTML и XHTML.

В браузере SVG-графика отрисовывается с помощью растровых механизмов. Поддержка полупрозрачностей в каждом слое, градиенты линейные, градиенты радиальные, визуальные эффекты (тени, отмывки, блестящие поверхности, текстуры (фактуры), паттерны любой конструкции, символы любой сложности).

SVG — это формат для двухмерной векторной графики — так определено в спецификации, но с помощью добавления скрипта (а именно JavaScript) внутрь SVG файла можно создавать трехмерные анимированные изображения.

В SVG может быть встроено растровое изображение, к которому как и к любому другому объекту в SVG может быть применена трансформация, прозрачность и т. д.

Достоинства формата Текстовый формат — файлы SVG можно читать и редактировать (при наличии некоторых навыков) при помощи обычных текстовых редакторов. Кроме того, SVG файлы обычно получаются меньше по размеру, чем сравнимые по качеству изображения в форматах JPEG или GIF, а также хорошо поддаются сжатию.

Масштабируемость — SVG является векторным форматом. Существует возможность увеличить любую часть изображения SVG без потери качества. Дополнительно, к элементам SVG документа возможно применять фильтры — специальные модификаторы для создания эффектов, подобных применяемым при обработке растровых изображений (размытие, выдавливание, сложные системы трансформации и др.) Применение скриптов и анимации в SVG позволяет создавать динамичную и интерактивную графику.

SVG — открытый стандарт. В отличие от некоторых других форматов, SVG не является чьей-либо собственностью.

Недостатки формата

— SVG наследует все недостатки XML, такие как большой размер файла (впрочем, последний компенсируется существованием сжатого формата SVGZ).

— Сложность использования в крупных картографических приложениях из-за того, что для правильного отображения маленькой части изображения документ необходимо прочитать целиком.

EPS

Encapsulated PostScript (EPS) — расширение формата PostScript, данные в котором записываются в соответствии со стандартом DSС (англ. 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.

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. 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.

EPS предназначен для передачи векторов и растра в издательские системы, создается почти всеми программами, работающими с графикой.

CDR

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.

Для открытия файла CDR версии 10 и более ранней, можно использовать и программу Adobe Illustrator.

WMF

WMF (англ. Windows MetaFile) — универсальный формат векторных графических файлов для Windows приложений. 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.

AI

(Adobe Illustrator)

Являясь частью семейства Adobe, поддерживают практически все программы, так или иначе связанные с векторной графикой. Лучший посредник при передаче изображений из одной программы в другую, с РС на Macintosh и наоборот. Отличается наибольшей стабильностью и совместимостью с языком PostScript, на который ориентируются практически все издательско-полиграфические приложения.

SWF

(ShokWaveFlash)

Формат Flash, продукт компании «Macromedia», позволяющий разрабатывать интерактивные мультимедийные приложения. Сфера использования Flash различна, это могут быть игры, веб-сайты, CD презентации, баннеры и просто мультфильмы. При создании продукта можно использовать медиа, звуковые и графические файлы, можно создавать интерактивные интерфейсы и полноценные веб-приложения с использованием PHP и XML.

FLA

FLA — внутренний формат программы для создания интерактивной анимации Flash

2.1 Растровые форматы Растровый формат, характеризуется тем, что все изображение по вертикали и горизонтали разбивается на достаточно мелкие прямоугольники так называемые элементы изображения, или пикселы (от английского pixelpicture element).

В файле, содержащем растровую графику, хранится информация о цвете каждого пиксела данного изображения. Чем меньше прямоугольники, на которые разбивается изображение, тем больше разрешение, то есть, тем более мелкие детали можно закодировать в таком графическом файле.

Размер изображения, хранящегося в файле, задается в виде числа пикселов по горизонтали и вертикали. Для примера, оптимальное разрешение 15-дюймового монитора, как правило, составляет 1024×768.

Растровые форматы Основные растровые форматы: GIF, BMP, WBMP, PCX, PCD, PSD, FLM, IFF, PXR, PNG, SCT/PICT, PCT, RAW, TIF/TIFF, BMP, JPEG, TGA, FPX, GIF, PhotoCD, MNG, ICO, FLA/SWF

BMP (от англ. Bitmap Picture) — формат хранения растровых изображений. Изначально формат мог хранить только аппаратно-зависимые растры (англ. Device Dependent Bitmap, DDB), но с развитием технологий отображения графических данных формат BMP стал преимущественно хранить аппаратно-независимые растры (англ. Device Independent Bitmap, DIB).

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.

Разрабатывался фирмой Microsoft как совместимый со всеми приложениями Windows. В формате BMP можно сохранять черно-белые, серые полутоновые, индексные цветные и цветные изображения системы RGB (но не двухцветные или цветные изображения системы CMYK). Недостаток этих графических форматов: большой объем. Следствие — малая пригодность для Internet-публикаций.

WBMP

Photoshop 7 в модуле Save for Web умеет сохранять картинки в формате Wireless Bitmap (WBMP), специально оптимизированном для сотовых телефонов, смартфонов, карманных компьютеров и прочих мобильных устройств. Описание этого формата вместе с языком разметки WML (Wireless Markup Language) включено в спецификацию WAP (Wireless Application Protocol). Кроме Photoshop создавать изображения WBMP способна также Macromedia Fireworks 4 и выше. Формат поддерживает только два цвета, но можно имитировать больше с помощью разброса пикселей. Теоретически файлы WBMP могут содержать анимацию. Сжатие не поддерживается, что очень удивительно, так как на практике графический файл для WAP не может быть больше 1461 байт (это ограничение связано с небольшим объемом памяти сотовых телефонов). Из-за скромного разрешения дисплеев мобильных устройств безопасный размер файлов ограничено 90×24 пикселями. Помимо вышеперечисленных недостатков WBMP еще довольно сыроват: лишь немногие устройства способны отображать графику в этом формате.

GIF (англ. Graphics Interchange Format — формат для обмена изображениями). GIF — формат хранения графических изображений. Формат GIF способен хранить сжатые данные без потери качества в формате не более 256 цветов. 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 широко используется на страницах Всемирной Паутины.

Формат GIF допускает чересстрочное хранение данных. При этом строки разбиваются на группы, и меняется порядок хранения строк в файле. При загрузке изображение проявляется постепенно, в несколько проходов. Благодаря этому, имея только часть файла, можно увидеть изображение целиком, но с меньшим разрешением.

Анимированные изображения Формат GIF поддерживает анимационные изображения. Фрагменты представляют собой последовательности нескольких статичных кадров, а также информацию о том, сколько времени каждый кадр будет показан на экране. Анимация может быть закольцована, тогда после последнего кадра будет вновь показан первый и так далее.

Патентная защита

GIF первоначально был проприетарным форматом, однако срок его патентной защиты истёк. В США патент истёк 20 июня 2003 года. Срок действия канадского патента завершился 7 июля 2004 года. Действие патента для Великобритании, Франции, Германии и Италии завершилось 18 июня 2004 года, а для Японии — 20 июня 2004 года.

Срок действия последнего патента на GIF истёк 11 августа 2006 года.

JPEG

Jpeg (произносится «джейпег», англ. Joint Photographic Experts Group, по названию организации-разработчика) — один из популярных графических форматов, применяемый для хранения фотоизображений и подобных им изображений. Файлы, содержащие данные JPEG, обычно имеют расширения .jpeg, .jfif, .jpg, .JPG, или .JPE. Однако из них .jpg самое популярное расширение на всех платформах. MIME-типом является image/jpeg.

Алгоритм JPEG является алгоритмом сжатия данных с потерями.

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. 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.

Достоинства и недостатки К недостаткам сжатия по стандарту JPEG следует отнести появление на восстановленных изображениях при высоких степенях сжатия характерных артефактов: изображение рассыпается на блоки размером 8×8 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. Следует отметить, что стандарт JPEG (ISO/IEC 10 918−1, Annex K, п. K.8) предусматривает использование специальных фильтров для подавления блоковых артефактов, но на практике подобные фильтры, несмотря на их высокую эффективность, практически не используются. Однако, несмотря на недостатки, JPEG получил очень широкое распространение из-за достаточно высокой (относительно существовавших во время его появления альтернатив) степени сжатия, поддержке сжатия полноцветных изображений и относительно невысокой вычислительной сложности.

Предназначен для представления сложных фотоизображений. Анимация или прозрачный цвет форматом не поддерживаются.

Главное, подобрать максимальное сжатие при минимальной потере качества. JPEG меньше подходит для обработки черно-белых полутоновых изображений), что приводит к существенному уменьшению размера файла. Таким образом, в отличие от метода сжатия LZW или RLE в результате применения технологии JPEG данные теряются навсегда. Так, файл, однажды записанный в формате JPEG, а затем переведенный, скажем, в TIFF, уже не будет тем же, что и оригинал.

Наиболее подходящий формат для размещения в Интернете полноцветных изображений. Вероятно, до появления мощных алгоритмов сжатия изображения без потери качества останется ведущим форматом для представления фотографий в Web.

JPEG 2000

JPEG 2000 (или jp2) — графический формат, который вместо дискретного косинусного преобразования, характерного для JPEG, использует технологию вейвлет-преобразования, основывающуюся на представлении сигнала в виде суперпозиции некоторых базовых функций — волновых пакетов.

В результате такой компрессии изображение получается более гладким и чётким, а размер файла по сравнению с JPEG при одинаковом качестве уменьшается ещё на 30%. JPEG 2000 полностью свободен от главного недостатка своего предшественника: благодаря использованию вейвлетов, изображения в этом формате не содержат знаменитой «решётки» из блоков по 8 пикселей. Новый формат также, как и JPEG, поддерживает так называемое «прогрессивное сжатие», позволяющее по мере загрузки видеть сначала размытое, но затем всё более чёткое изображение.

Пока этот формат мало распространён и поддерживается не всеми современными браузерами. Среди поддерживающих jp2 — Safari и Mozilla Firefox (через Quicktime)

Хотя формат JPEG 2000 поддерживает сжатие без потерь, он не предназначен для усовершенствования наилучшего формата сжатия без потерь.

PNG

PNG (англ. portable network graphics) — растровый формат хранения графической информации, использующий сжатие без потерь по алгоритму Deflate.

PNG был создан как свободный формат для замены GIF, поэтому в Интернете появился бэкроним «PNG's Not GIF"(«PNG — не GIF»).

Обычно файлы формата PNG имеют расширение .PNG (.png) и используют обозначение MIME-типа image/png.

Создавался специально для Интернета как замена первых двух форматов и благодаря патентной политике Compuserve постепенно вытесняет GIF. Позволяет выбирать палитру сохранения — серые полутона, 256 цветов, true color («истинные цвета»). В зависимости от свойств изображения действительно иногда предпочтительнее GIF’a или JPG’a. Позволяет использовать «прозрачный» цвет, но, в отличие от GIF’a таких цветов может быть до 256. В отличие от GIF сжатие без потери качества производится и по горизонтали и по вертикали (алгоритм собственный, параметры тоже не настраиваемые).

На сегодня самый прогрессивный формат графики для Сети — это png (Portable Network Graphics, читается «пинг»). Изначально призванный заменить морально устаревший gif на искусственных ландшафтах Сети, png предлагает целый ряд новых возможностей, недостаток которых в gif многих не устраивал.

Это достаточно «молодой» формат для Web-графики, конкурирующий с GIF. PNG — единственный из распространенных в Интернете форматов, позволяющий получать полноцветные изображения с прозрачным фоном. В формате PNG использован мощный алгоритм сжатия без потерь информации, основанный на популярном LZW-сжатии. Будучи ориентированным на Web, формат PNG не поддерживает многоканальных изображений, цветовых профилей и контуров обтравки.

Существует два подформата: PNG8 и PNG24, цифры означают максимальную глубину цвета, возможную в подформате. Не поддерживает анимацию.

Почему же такой замечательный и удобный формат не получил распространения? Дело в том что наша «самая любимая» фирма Microsoft сочла этот формат неперспективным на основании того, что разработан он не ими.

Формат PNG позиционируется прежде всего для использования в Интернете и редактирования графики.

PNG поддерживает три основных типа растровых изображений. Полутоновое изображение, цветное индексированное изображение, полноцветное изображение.

Формат PNG хранит графическую информацию в сжатом виде. Причём это сжатие производится без потерь, в отличие, например, от JPEG с потерями.

PSD

Формат PSD (PhotoShop Document) — это собственный формат программы Adobe Photoshop. Единственный формат, поддерживающий все возможности программы. Предпочтителен для хранения промежуточных результатов редактирования изображений, так как сохраняет их послойную структуру. Все последние версии продуктов фирмы Adobe Systems поддерживают этот формат и позволяют импортировать файлы Photoshop непосредственно. К недостаткам формата PSD можно отнести недостаточную совместимость с другими распространенными приложениями и отсутствие возможности сжатия.

Поддерживаются все цветовые модели и любая глубина цвета от бело-черного до true color, сжатие без потерь.

TIF, TIFF

Формат TIFF (Tagged Image File Format) создан обьединенными силами таких гигантов, как Aldus, Microsoft и Next специально для хранения сканированных изображений. ТIFF — один из самых древних форматов в мире микрокомпьютеров, на сегодняшний день он является самым гибким, универсальным и активно развивающимся. В нем можно хранить графику в любом режиме: от битового и индексированных цветов до Lab, CMYK и RGB (кроме дуплексов и многоканальных документов).

Хотя с момента его создания прошло уже много времени, TIFF до сих пор является основным форматом, используемым для хранения сканированных изображений и размещения их в издательских системах и программах иллюстрирования. Версии формата существуют на всех компьютерных платформах, что делает его исключительно удобным для переноса растровых изображений между ними. Он позволяет хранить обтравочные контуры, калибровочную информацию, параметры печати. Допускается использование любого количества дополнительных альфа-каналов. Дополнительные цветовые каналы не поддерживаются. Большим достоинством формата остается поддержка практически любого алгоритма сжатия. Наиболее распространенным является сжатие без потерь информации по алгоритму LZW (Lempel Ziv Welch), обеспечивающему очень высокую степень компрессии. Кстати, этот же алгоритм используется многочисленными программами сжатия общего назначения, поддерживающими формат ZIP.

ICO

ICO — формат мелких картинок (иконок) в WWW. Картинки используются броузерами для маркировки Web-проектов в строке URL и в избранном. Поддерживается и используется программками для создания иконок типа IconXP.

RAW

(RAW Image Data)

Формат разработан для цифровых фотоаппаратов. Это точная копия картинки, запечатленной на матрице во время съемки, представляет из себя три фотографии, снятые в красных, синих и зеленых цветах.

Расширения RAW-файлов у разных производителей могут отличаться, и их далеко не всегда получается открыть с помощью программ для обработки изображений.

Хотя если камера поддерживает сохранение RAW, то, как правило, к ней в комплекте прилагается какая-нибудь программа для обработки файлов этого формата.

Hе поддерживает ничего. То есть совсем. Не хранятся даже данные о количестве каналов, глубине цвета и разрешении, так что во время открытия вам придется вводить эти параметры вручную, по памяти.

PCX

Формат PCX (PC eXchange) — один из первых растровых форматов, созданных фирмой ZSoft для программы PC Paintbrush. Поддерживает монохромные, индексированные и полноцветные изображения модели RGB. Не поддерживаются дополнительные цветовые и альфа-канлалы, контуры обтравки, управление цветом. Формат предполагает использование простейшего алгоритма сжатия (Run Length Encoding, RLE) без потерь информации. Ныне имеет преимущественно историческое значение. Свою пальму первенства по примитивизму когда-то взрастил и формат pcx: он почти так же прост внутри, как и bmp. Возможности у этого формата такие же, как и у bmp, только поддержка OS/2 отсутствует. Зато pcx можно посмотреть большинством программ под DOS, в том числе внутренним просмотрщиком Norton Commander.

PCD

Формат PCD (Photo CD) был разработан фирмой Kodak для хранения сканированных фотографических изображений. Сканирование выполняется на специальной аппаратуре (рабочих станциях Kodak, PIW), а его результат записывается на компакт-диск особого формата, Kodak Photo CD. Его можно просматривать с помощью промышленных видеоплееров и игровых приставок на обычном телевизоре. На практике Photo CD чаще применяются в издательских технологиях как источник изображений. Большинство производителей библиотек фотоснимков используют именно этот формат на своих компакт-дисках. Изображения на Photo CD представлены в особой цветовой модели YCC, разработанной специалистами Kodak и во многом аналогичной модели Lab. YCC тоже имеет три базовых компонента, яркостный и два хроматических. Поскольку глаз более чувствителен к яркостям, чем к цвету, половина цветовой информации отбрасывается при сканировании: на каждые два пиксела приходится только одно значение хроматических компонентов. Благодаря этому удается сократить объем графических данных и размер PCD-файла. Для дальнейшего уменьшения размеров файла используется обычная схема сжатия без потерь качества LZW. Существуют несколько форматов Photo CD. Формат Master Photo CD содержит изображения, сканированные с обычной фотопленки формата 35 мм. Профессиональным фотографам адресован формат Master Pro Photo CD (120 мм и 4×5 дюймов). Для полиграфических приложений предназначен формат Print Photo CD. Оригинал сканируется профессиональными сканерами (Crosfield, Linotype, Scitex) и сохраняется с несжатым разрешением. Формат Catalog Photo CD позволяет разместить на одном диске до 4500 изображений с базовым разрешением. И наконец, на мультимедийные приложения ориентирован формат Portfolio PhotoCD. На компакт-диске такого формата можно разместить до 800 изображений, а также звук, интерактивные сценарии.

TGA

Довольно старый формат TGA (Targa) создан специально для работы с графическим акселератором TrueVision. Этот акселератор широко используется приложениями на платформе DOS. Формат поддерживает 24-битное и 32-битные RGB изображения с одним альфа-каналом, а также полутоновые, индексированные и 16-битные RGB изображения без альфа-каналов. Обтравочные контуры и цветовые профили не поддерживаются. Также пользуется уважением среди программ DOS формат targa (Truevision Targa Image File). Файлы формата targa часто применялись DOS версией 3DStudio Max для хранения текстур.

2.2 Комплексные форматы

PDF

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.

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.

Преимущество формата PDF в том, что он позволяет «сжимать» информацию. Тем самым возможно хранение с большим объемом информации. Все документы с легкостью просматриваются. Это имеет большое значение при архивации и осуществлении допечатной подготовки.

DjVu

DjVu (от фр. deja 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.

Однако, при этом не стоит забывать, что в DjVu используется сжатие данных с потерями. Для особо важных документов, возможно, будет разумнее использовать более «надёжные» форматы: PNG, JPEG 2000, TIFF и т. п. В общей сложности выигрыш объёма в этом случае составляет 4—10 раз.

Формат DjVu предусматривает наличие текстового слоя, который содержит текст со страницы. (Используется для лёгкого копирования текста из документа при работе с ним). В случае, если текстовый слой недоступен, единственный метод получения текста — выполнение оптического распознавания (в сторонних программах).

Глава 3. Методы сжатия графических данных Архивация, или сжатие графических данных, возможно как для растровой, так и для векторной графики. При этом способе уменьшения данных, программа анализирует наличие в сжимаемых данных некоторых одинаковых последовательностей данных, и исключает их, записывая вместо повторяющегося фрагмента ссылку на предыдущий такой же (для последующего восстановления). Такими одинаковыми последовательностями могут быть пикселы одного цвета, повторяющиеся текстовые данные, или некая избыточная информация, которая в рамках данного массива данных повторяется несколько раз. Например, растровый файл, состоящий из подложки строго одного цвета (например, серого), имеет в своей структуре очень много повторяющихся фрагментов.

Компрессия (конвертирование) данных — это способ сохранения данных таким образом, при использовании которого не гарантируется (хотя иногда возможно) полное восстановление исходных графических данных. При таком способе хранения данных обычно графическая информация немного «портится» по сравнению с оригинальной, но этими искажениями можно управлять, и при их небольшом значении ими вполне можно пренебречь. Обычно файлы, сохраненные с использованием этого способа хранения, занимают значительно меньше дискового пространства, чем файлы, сохраненные с использованием простой архивации (сжатия). Сильная степень компрессии при использовании второго способа сжатия и дает этому способу хранения данных право на существование (в противном случае, все поголовно использовали бы сжатие без потерь). Как правило, при сохранении данных с использованием компрессии, имеется возможность компромисса между размером выходного файла и его качеством. Понятно, что возможна оптимизация только по одному параметру (чем меньше качество, тем меньше объем выходного файла, и наоборот).

Вот несколько алгоритмов сжатия данных, которые не вносят изменения в исходные файлы и гарантируют полное восстановление данных.

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.

В основном, этот тип сжатия применим для монохромных изображениях, сохраненных в цветовой модели Bitmap, где при сжатии данных с его использованием можно добиться наилучших результатов. Для сжатия других типов данных (в том числе, и не графических) алгоритм применим, но малоэффективен, так как сжимаемые данные должны иметь простую повторяющуюся структуру). Этот алгоритм имеет еще одно важное преимущество, заключающееся в его относительной простоте, что позволяет быстро производить распаковку из этого формата и упаковку в этот формат. В принципе, на основе этого несложного алгоритма, работают более совершенные и более сложные (а также менее быстрые) методы упаковки графических данных, которые мы рассмотрим ниже. Этот метод сжатия графических данных используется в файлах формата PSD, BMP и других.

Метод CCITT

CCITT Group 3, CCITT Group 4 — Два похожих метода упаковки графических данных, работающие с однобитными изображениями, сохраненными в цветовой модели Bitmap. Основаны на поиске и исключении из исходного изображения дублирующихся последовательностей данных (как в предыдущем типе сжатия, RLE). Различием является лишь то, что эти алгоритмы ориентированы на упаковку именно растровой графической информации, так как работают с отдельными рядами пикселов в изображении. Изначально алгоритм был разработан для сжатия данных, передаваемых через факсимильные системы связи (CCITT Group 3), а более совершенная разновидность этого метода архивации данных (CCITT Group 4) подходит для записи монохромных изображений с высокой степенью сжатия. Как и предыдущий алгоритм, он, в основном, подходит для сжатия изображений с большими одноцветными областями. Его достоинством является скорость выполнения, а недостатком — ограниченность применения для компрессии графических данных (не все данные удается таким образом эффективно упаковать). Этот метод сжатия графических данных используется в файлах формата PDF, PostScript и других.

Метод LZW

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. Этот метод позволяет достичь одну из наилучших степеней сжатия среди других существующих методов сжатия графических данных, при полном отсутствии потерь или искажений в исходных файлах. Этот метод сжатия графических данных используется в файлах формата TIFF, PDF, GIF, PostScript и других.

Метод ZIP

ZIP — метод сжатия данных, аналогичный методу, использованному в популярном алгоритме архивации PKZip. В основу метода сжатия положен метод, аналогичный LZW. Как и предыдущий метод сжатия данных, этот способ не вносит искажений в исходный файл, и лучше всего подходит для компрессии графических данных с одинаковыми одноцветными или повторяющимися областями. Этот метод сжатия графических данных используется в файлах формата PDF, TIFF и некоторых других.

А теперь рассмотрим алгоритмы и методы сжатия данных, которые вносят изменения в исходные файлы, показывая при этом более высокую степень упаковки графических изображений.

Метод JPEG

Из множества алгоритмов сжатия с потерями кодирование с преобразованием оказалось наиболее востребованным. Наилучший пример такого метода — популярный стандарт JPEG (Joint Photographers Experts Group — Объединенная группа экспертов по машинной обработке фотографических изображений). Рассмотрим на примере JPEG работу алгоритма сжатия с потерями.

Сжатие с преобразованием основано на простом условии: в трансформированном сигнале (например, с помощью преобразования Фурье) полученные значения данных не несут прежней информационной нагрузки. В частности, низкочастотные компоненты сигнала начинают играть более важную роль, чем высокочастотные компоненты. Удаление 50% битов из высокочастотных компонентов может привести, например, к удалению лишь 5% закодированной информации.

JPEG-сжатие начинается путем разбиения изображения на группы размером 8?8 пикселов. Полный алгоритм JPEG работает с широким рядом битов на пиксел, включая информацию о цвете. При распаковке сжатого файла требуется такое же количество байтов для аппроксимации исходной группы 8?8. Эти аппроксимированные группы затем объединяются, воссоздавая несжатое изображение. Почему используются группы размерами 8?8, а не 16?16? Такое группирование было основано исходя из максимального возможного размера, с которым работали микросхемы на момент разработки стандарта.

Для реализации методов сжатия было исследовано множество различных преобразований. Например, преобразование Karhunen-Loeve обеспечивает наиболее высокий коэффициент сжатия, но оно трудно осуществляется. Метод преобразования Фурье реализуется гораздо проще, но он не обеспечивает достаточно хорошего сжатия. В конце концов, выбор был сделан в пользу разновидности метода Фурье — дискретного косинусного преобразования (Discrete Cosine Transform — DCT).

На примере работы алгоритма JPEG видно, как несколько схем сжатия объединяются, обеспечивая большую эффективность. Вся процедура сжатия JPEG состоит из следующих этапов:

— изображение разбивается на группы 8?8;

— каждая группа преобразуется с помощью преобразования DCT;

— каждый спектральный элемент 8?8 сжимается путем сокращения числа битов и удаления некоторых компонентов с помощью таблицы квантования;

— видоизмененный спектр преобразуется из массива 8?8 в линейную последовательность, все высокочастотные компоненты которой помещаются в ее конец;

— серии нулей сжимаются с помощью метода RLE;

— последовательность кодируется либо методом Хаффмана, либо арифметическим методом для получения сжатого файла.

Заключение

Графические форматы различаются по виду хранимых данных (растровая, векторная и комплексные форматы), по допустимому объему данных, параметрам изображения, хранению палитры, методике сжатия. Растровый файл состоит из точек, число которых определяется разрешением, измеряемым обычно в точках на дюйм (dpi). Важным фактором, влияющим на качество изображения и размер файла, является глубина цвета — число разрядов, отводимых для хранения цветовой информации. Очевидно, что даже файлы с низким разрешением содержат в себе тысячи или десятки тысяч точек. Для уменьшения объемов файлов разработаны специальные алгоритмы сжатия. Именно они и являются основной причиной существования графических форматов. Векторный способ записи графических данных применяется в системах автоматического проектирования (CAD) и в графических пакетах. В этом случае изображение состоит из простейших элементов (линия, ломаная, эллипс, прямоугольник и т. д.) и кривых. У каждого метода есть свои преимущества. Растровый позволяет передавать тонкие, едва уловимые детали образов, векторный же лучше всего применять, если оригинал имеет отчётливые геометрические очертания. Векторный файл меньше по объему, зато растровый быстрее отобразится на экране, так как для вывода векторного изображения процессору необходимо произвести множество математических операций. С другой стороны, векторные файлы гораздо проще редактировать. Существует множество программ, переводящих данные из векторного формата в растровый. Как правило, такая задача решается довольно просто, чего нельзя сказать об обратной операции — преобразовании растрового файла в векторный (трассировка) и даже о переводе одного векторного файла в другой. Векторные алгоритмы записи используют уникальные для каждой фирмы-поставщика математические модели, описывающие элементы изображения.

1. Залогова Л. А. Компьютерная графика: Практикум. — М.: ЛБЗ, 2005.

2. Миронов Д. Компьютерная графика в дизайне. — СПб: Питер, 2005.

3. Музыченко. Самоучитель компьютерной графики. — М.: Тех-нолоджи 3000, 2005.

4. Петров М. Н., Молочков В. П. Компьютерная графика: Учебник для вузов. 2-е изд. — СПб. Питер, 2005.

.ur