Форматы графических файлов

Сжатие информации. Объем обрабатываемой и передаваемой информации быстро растет. Это связано с выполнением все бо­лее сложных прикладных процессов, появлением новых инфор­мационных служб, использованием изображений и звука. Сжа­тие данных (data compression) процесс, обеспечивающий уменьшение объема данных. Сжатие позволяет резко уменьшить объем памяти, необходимой для хранения данных, сократить (до приемлемых размеров) время их передачи. Особенно эффектив­но сжатие изображений. Сжатие данных может осуществляться как программным, так и аппаратным или комбинированным ме­тодом.

Если сжатие текстов происходит без потери информации, то сжатие звука и изображения почти всегда приводит к ее некоторой по­тере. Сжатие широко используется при архивировании данных.

Размер файла, в котором сохраняется изображение, сущест­венно зависит от формата файла.

Методы сжатия графики. RLE. При сжатии методом RLE (Run Length Enconding, кодирование длины серий) последовательность повторяющихся величин (например, набор бит для представления пикселя) заме­няется парой – повторяющейся величиной и числом ее повто­рений. Метод сжатия RLE используется в некоторых графиче­ских форматах, например в PCX.

Программа сжатия файла может сначала записывать количе­ство видеопикселей, а затем их цвет или наоборот. Поэтому воз­можна такая ситуация, когда программа, считывающая файл, ожидает появления данных в ином порядке, чем программа, со­храняющая этот файл на диске. Если при попытке открыть файл, сжатый методом RLE, появляется сообщение об ошибке или пол­ностью искаженное изображение, нужно считать этот файл с по­мощью другой программы или преобразовать его в иной формат. Сжатие методом RLE наиболее эффективно для изображе­ний, которые содержат большие области однотонной закраски, и наименее эффективно для отсканированных фотографий, так как в них нет длинных последовательностей одинаковых видео­пикселей.

Метод сжатия LZW (назван так по первым буквам его разработчиков Lempel, Ziv,Welch) основан на поиске повторяю­щихся узоров в изображении. Сильно насыщенные узорами ри­сунки могут сжиматься до 0,1 их первоначального размера. Ме­тод сжатия LZW применяется для файлов форматов TIFF и GIF; при этом данные формата GIF сжимаются всегда, а в случае формата TIFF право выбора возможности сжатия предоставляет­ся пользователю. Существуют варианты формата TIFF, которые используют другие методы сжатия. Это означает, что возможна ситуация, когда файл в формате TIFF не может быть прочитан некоторой графической программой, хотя она должна «пони­мать» этот формат.

Метод сжатия JPEG обеспечивает высокий коэффи­циент сжатия для рисунков фотографического качества. Формат файла JPEG, использующий этот метод сжатия, разработан объединенной группой экспертов по фотографии (Joint Photographic Experts Group). Сжатие по JPEG сильно уменьшает размер фай­ла с растровым рисунком (возможен коэффициент сжатия 100:1). Высокий коэффициент сжатия достигается за счет сжа­тия с потерями, при котором в результирующем файле теряется часть исходной информации. Метод JPEG использует тот факт, что в то время как человеческий глаз чувствителен к изменению яркости, изменения цвета он замечает хуже. Поэтому при сжа­тии этим методом запоминается больше информации о разнице между яркостями пикселей и меньше – о разнице между их цве­тами. Уровень сжатия (степень потери данных) может изменять­ся, но даже при задании максимального качества JPEG теряет некоторые подробности. Количество доступных уровней сжатия зависит от используемого для редактирования изображений про­граммного обеспечения.

Растровые форматы. Перечислим основные растровые форматы изображений.

BMP (BitMaP – точечный рисунок) – основной формат рас­тровой графики в ОС Windows. Для имени файла, представлен­ного в BMP-формате, чаще всего используется расширение.bmp, хотя некоторые файлы имеют расширение.rle, что 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 пикселя коди­руется 1, 4, 8, 16 или 24 битами (бит/пиксель). Числом бит/пик­сель, называемым также цветовой глубиной, определяется мак­симальное число цветов в изображении. Изображение при глу­бине 1 бит/пиксель может иметь всего два цвета, а при глубине 24 бит/пиксель – более 16 млн (2²⁴) различных цветов.

Файл разбит на четыре основных раздела – заголовок файла растровой графики, информационный заголовок растрового массива, таблица цветов и собственно данные растрового масси­ва. Заголовок файла растровой графики содержит информацию о файле, в том числе адрес, с которого начинается область дан­ных растрового массива. В информационном заголовке растро­вого массива содержатся сведения об изображении, хранящемся в файле (например, высоте и ширине в пикселях). В таблице цветов представлены значения основных цветов RGB (красный, зеленый, синий) для используемых в изображении цветов. Про­граммы, считывающие и отображающие BMP-файлы, в случае использования видеоадаптеров, которые не позволяют отобра­жать более 256 цветов, для точной цветопередачи могут про­граммно устанавливать такие значения RGB в цветовых палит­рах адаптеров.

Формат собственно данных растрового массива в файле BMP зависит от числа бит, используемых для кодирования данных о цвете каждого пикселя. При 256-цветном изображении каждый пиксель в той части файла, где содержатся собственно данные растрового массива, описывается одним байтом (8 бит). Это описание пикселя не представляет значений цветов RGB, а слу­жит указателем для входа в таблицу цветов файла. Таким обра­зом, если в качестве первого значения цвета RGB в таблице цве­тов файла BMP хранится R/G/B = 255/0/0, то значению пикселя О в растровом массиве будет поставлен в соответствие яр­ко-красный цвет. Значения пикселей хранятся в порядке их рас­положения слева направо, начиная (как правило) с нижней строки изображения. Таким образом, в 256-цветном BMP-файле первый байт данных растрового массива представляет собой ин­декс для цвета пикселя, находящегося в нижнем левом углу изо­бражения; второй байт представляет индекс для цвета соседнего справа пикселя и т. д.

PCX – первый стандартный формат файлов для растровой графики в компьютерах систем IBM PC. Файлы PCX включают три части – заголовок PCX, данные растрового массива, факультативную таблицу цветов. Заголовок (128-байтовый) содержит несколько полей данных, в том числе о размере изображения и количестве бит для кодирования цве­товой информации каждого пикселя. Информация растрового массива сжимается с использованием метода RLE; факультатив­ная таблица цветов в конце файла содержит 256 значений цветов RGB, определяющих цвета изображения. Кодирование цвета ка­ждого пикселя в современных изображениях PCX может произ­водиться с глубиной 1, 4, 8 или 24 бит.

TIFF (Tagged Image File Format – формат файлов изображе­ния, снабженных тегами). Если PCX – один из самых простых для декодирования форматов растровой графики, то TIFF – один из самых сложных. Файлы TIFF имеют расширение tif. Каждый файл начинается 8-байтовым 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, хранящими информацию об изобра­жении. В спецификации формата файлов TIFF определено более 70 различных типов тегов. Например, тег, хранящий информа­цию о ширине изображения в пикселях, или о его высоте, или таблица цветов (при необходимости), или 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 определить дополнительные типы 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 и несколько других.

GIF (Graphics Interchange Format – формат обмена графиче­скими данными, произносится «джиф») разработан компанией CompuServe (расширение – gif). Структура файла зависит от версии GIF-спецификации (распространены две версии GIF87a и GIF89a). Независимо от номера версии файл GIF на­чинается с 13-байтового заголовка, содержащего сигнатуру, ко­торая идентифицирует этот файл в качестве GIF-файла, номер версии GIF и другую информацию. Если файл хранит только одно изображение, вслед за заголовком обычно располагается общая таблица цветов, определяющая палитру изображения. Если в файле хранится несколько изображений, то вместо об­щей таблицы цветов каждое изображение сопровождается ло­кальной таблицей цветов.

Основные достоинства GIF заключаются в широком распро­странении этого формата и его компактности. Но ему присущи два достаточно серьезных недостатка. Один из них состоит в том, что в изображениях, хранящихся в виде GIF-файла, не мо­жет быть использовано более 256 цветов. Второй, возможно, еще более серьезный, заключается в том, что разработчики про­грамм, использующие в них форматы GIF, должны иметь ли­цензионное соглашение с CompuServe и вносить плату за каж­дый экземпляр программы; такая ценовая политика была приня­та CompuServe после того, как Unisys объявила, что начнет добиваться соблюдения своих прав собственности и потребовала от тех, кто пользуется алгоритмом сжатия LZW, вносить лицен­зионные платежи. Возникшее в результате этого запутанное юридическое положение тормозит внедрение в свои графиче­ские программы средств для работы с файлами GIF.

PNG (Portable Network Graphic – переносимый сетевой фор­мат, произносится «пинг», расширение –.png) был разработан для замены GIF, чтобы обойти юридические препятствия, стоя­щие на пути использования GIF-файлов. PNG унаследовал мно­гие возможности GIF и, кроме того, 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.

Таблица – Сравнительные характеристики различных графических файлов

JPEG (расширение -. jpg) 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. Используется алгоритм JPEG-сжатия с потерями информации. Таблица иллюстриру­ет размеры и цветовую глубину файлов, которые соответствуют различным форматам при сохранении исходного изображения размером в 1 Мбайт.

Векторные форматы. Файлы векторного формата содержат описания рисунков в наборе команд для построения простейших графических объек­тов (линий, окружностей, прямоугольников, дуг и т. д.). Кроме того, в этих файлах хранится некоторая дополнительная инфор­мация. Различные векторные форматы отличаются набором ко­манд и способом их кодирования.

WMF (Windows Metafile) – формат, доступный большинству приложений Windows, так или иначе связанными с векторной гра­фикой, служит для передачи векторов через буфер обмена (Clipboard). Однако может искажать цвет, не сохранять ряд пара­метров, которые могут быть присвоены объектам в различных век­торных редакторах, не воспринимается программами Macintosh.

EPS (Encapsulated PostScript) – упрощенный PostScript, мо­жет использоваться большинством настольных издательских систем и векторных программ, некоторыми растровыми про­граммами. Однако 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, Photoshop и Macromedia FreeHand могут использовать его как рабочий.

DXF (Drawing Interchange Format) – используется всеми про­граммами САПР, многими векторными редакторами, некоторы­ми издательскими системами.

COM (Computer Graphics Metafile) – используется в програм­мах редактирования векторных рисунков, САПР и издательских системах.

SVG (Scalable Vector Graphics) – расширение языка XML (разработанное Консорциумом Всемирной Паутины), предназначенное для того, чтобы описать двумерную векторную графи­ку как статическую, так и анимированную. SVG допускает три типа графических объектов: 1) векторные графические формы (например контуры, состоящие из прямых и кривых линий и об­ластей, ограниченных ими); 2) растровая графика, представляю­щая оцифрованные образы; 3) текст. Тип файла – svg, svgz.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: