Графические форматы файлов

Распространенные форматы графических файлов, их преимущества, недостатки и области применения

 

Представим себе ситуацию, когда мы сделали фотографию:

1. Исходная фотография сначала копируется с фотоаппарата на компьютер.

2. Затем производится цветокоррекция в программе Adobe Lightroom.

3. После чего улучшается ее четкость и производится коррекция деталей изображения в программах Adobe Photoshop или GIMP.

4. После этого изображение может быть экспортировано в программу рисования, такую как CorelDRAW, Inkscape или Adobe Illustrstor, для добавления рисованных картинок.

5. Если изображение создается для статьи в журнале или книги, то оно должно быть импортировано в издательскую систему, например QuarkXPress, Adobe InDesigner или Adobe PageMaker. Если же изображение должно появиться в мультимедиа презентации, то оно, вероятнее всего, будет использовано в Microsoft PowerPoint или Macromedia Director. А возможно, изобрежение будет размещено на Web-странице, в социальной сети.

На каждом этапе формат файла изображения будет меняться. Он будет зависеть от устройства или программы. Т.к. каждая программа по-своему записывает графическую информацию в файл – кодирует её.

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.

Определение:

Графический формат – способ записи и хранения графической информации.

 

	Растровые изображения	Векторные изображения
Получение	Цифровые фото и видеокамеры. Сканирование фото и изображений. Создание изображение в растровом редакторе.	Создание изображения в векторном редакторе.
Способ хранения информации	Элементарный объект – пиксел. Сохраняются в файле в виде прямоугольной таблицы, в каждой клеточке которой записан двоичный код цвета соответствующего пикселя. Файл хранит данные и о других свойствах графического изображения, а также алгоритме его сжатия.	Элементарный объект – примитив (линия, геометрическая фигура, контур). Сохраняются в файле как перечень объектов и значений их свойств – координат, размеров, цветов и тому подобное.
Наиболее частое применение	Фотография, цифровой рисунок, иллюстрация.	Логотипы, схемы, элементы оформления, чертежи.
Плюсы	Фотографическая точность цветов, деталей изображения. Высокое качество изображения. Реалистичность изображения. Естественность цветов.	Возможность масштабировать изображение без потери качества (увеличивать и уменьшать). Небольшой размер файла изображения. Простота изменения изображения.
Основные форматы	GIF, BMP, JPEG, PNG, TIF/TIFF, PSD, WBMP, PCX, PCD (PhotoCD), FLM, IFF, PXR, SCT/PICT, PCT, RAW, TGA, FPX, MNG, ICO, FLA/SWF.	WMF, EMF, CGM, EPS, WPG, AutoCAD, DXF, DWG, CDR, AI, PCT, FLA/SWF.

 

Методы сжатия информации

Определение:

Сжатие изображений – применение алгоритмов сжатия данных к изображениям, хранящихся в цифровом виде.

В результате сжатия уменьшается размер изображения, из-за чего уменьшается время передачи изображения по сети и экономится пространство для хранения.

Сжатие изображений подразделяют на сжатие с потерями качества и сжатие без потерь.

 

Алгоритмы сжатия без потерь	Алгоритмы сжатия с потерями
· Сохраняют качество изображения. · Сохраняют всю информацию об изображении. · Файлы имеют большой вес.	· Теряется качество изображения. Появляются «артефакты». · Файлы имеют малый вес. · Основываются на особенностях человеческого зрения.
Метод сжатия RLE Run Length Encoding – кодирование с переменной длиной строки. Повторяющиеся группы элементов заменяются на пару (количество повторов, повторяющийся элемент). Наиболее эффективен для черно-белых изображений, и наименее эффективен – для отсканированных фотографий.	Алгоритм сжатия JPEG Один из самых распространённых. 1. Перевод в цветовое пространство YCbCr. Сохраняет яркость, уменьшает количество цветов. 2. Субдискретизация компонентов цветности. Отбрасывает часть информации о цветах пикселей.
Метод сжатия LZW Lempel-Ziv-Welch – алгоритм Лемпеля-Зива-Велча. Сжимает данные путем поиска одинаковых последовательностей (повторяющихся узоров) во всем файле. Выявленные последовательности сохраняются в таблице, им присваиваются более короткие маркеры (ключи). 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.	Дискретное косинусное преобразование   Изображение разбивается на компоненты 8х8 пикселей. Внутри этих квадратов хранимая информация уравнивается – становится одинаковой для всех 64х пикселей.
Метод сжатия Хаффмана Наиболее часто встречающимся элементам сопоставляется самый короткий участок кода.	И пр. неким способом упрощающие и уменьшающие хранимую информацию.

Графические форматы файлов

Форматы файлов делятся на:

· Растровые

· Векторные

· Комплексные, могут хранить как векторную, так и растровую информацию.

 

Растровые форматы	Векторные форматы	Комплексные форматы
BMP (сокращенно от BitMaP). «Родной» формат растровой графики для Windows, в нём система хранит свои графические изображения. Разрабатывался фирмой Microsoft. Файлы формата BMP могут иметь расширения.bmp,.dib и.rle. 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.	SVG (от Scalable Vector Graphics – масштабируемая векторная графика). Создан Консорциумом Всемирной паутины (W3C). Поддерживает как неподвижную, так анимированную и интерактивную графику. Стандарт, рекомендованый World Wide Web Consortium для описания с помощью XML markup двумерной векторной и комбинированной векторно-растровой графики. Файлы SVG можно читать и редактировать (при наличии некоторых навыков) при помощи обычных текстовых редакторов. Существует возможность увеличить любую часть изображения SVG без потери качества.	PDF (англ. Portable Document Format) – 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. 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. Включает механизм электронных подписей для защиты и проверки подлинности документов.
JPEG (Joint Photographic Experts Group – Объединенная экспертная группа по фотографии, произносится «джейпег). Разработан компанией C-Cube Microsystems. Файлы этого формата имеют расширение.JPG или.jpg,.jpeg,.jfif. Алгоритм JPEG позволяет сжимать изображение с потерей качества и без потери качества. Наибольшее распространение JPEG получил в цифровой фотографии и для хранения и передачи изображений с использованием сети Интернет. 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 изображение будут вноситься каждый раз при сохранении промежуточных результатов обработки. Особенность формата. Пользователю предоставляется возможность контролировать уровень потерь, указывая степень сжатия изображения. Что обеспечило популярность этому формату.	EPS (Encapsulated PostScript – расширение формата PostScript.) Формат EPS был создан компанией Adobe на основе языка PostScript и послужил базой для создания ранних версий формата Adobe Illustrator. 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. Едва ли не все программы, работающие с графикой, могут писать и читать файлы в этом формате. Изображение в файле обычно хранится в двух копиях: основной и эскизе, поэтому растровое изображение, записанное в формате EPS, будет иметь несколько больший размер, чем PCX и BMP. Родная программа данного формата – Adobe Illustrator. Его можно использовать для межплатформенного обмена графикой.	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. DjVu стал основой для нескольких библиотек научных книг 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.
GIF (Graphics Interchange Format – формат для обмена изображениями). Разработан в 1987 году (GIF87a) фирмой CompuServe для передачи растровых изображений по сетям. Способен хранить сжатые данные без потери качества в формате не более 256 цветов. Есть поддержка прозрачности и анимации.	CDR Рабочий формат пакета CorelDRAW. Применяется раздельная компрессия для векторных и растровых изображений, могут внедряться шрифты, файлы CDR имеют огромное рабочее поле 45х45 метров, поддерживается многостраничность. Распространён в создании наружной рекламы. Не поддерживается многими программами, предназначенными для редактирования изображений.
PNG (англ. Portable Network Graphic – мобильная сетевая графика, произносится «пинг»). Спроектирован для замены устаревшего и более простого формата GIF (поддерживает больше цветов), а также для замены значительно более сложного формата TIFF. PNG является хорошим форматом для редактирования изображений, даже для хранения промежуточных стадий редактирования, так как восстановление и пересохранение изображения проходят без потерь в качестве.	AI Собственный «родной» формат редактора Adobe Illustrator. Может содержать в одном файле только одну страницу, имеет маленькое рабочее поле – всего 3×3 метра. Отличается наибольшей стабильностью. Удобен в издательско-полиграфической сфере.
TIFF (англ. Tagged Image File Format – теговый (с пометками) формат файлов изображений). Создан обьединенными силами Aldus, Microsoft и Next специально для хранения сканированных изображений. На сегодняшний день он является самым гибким, универсальным и активно развивающимся для хранения фото- изображений и размещения их в издательских системах и программах иллюстрирования. Применяемых для печати и полиграфии.	WMF (англ. Windows MetaFile) использует графический язык Windows и является его родным форматом. Используется для хранения коллекции графических изображений Microsoft Clip Gallery. Формат разработан Microsoft.
PSD (PhotoShop Document) – это собственный формат программы Adobe Photoshop, который позволяет записывать растровое изображение со многими слоями, дополнительными цветовыми каналами, масками, т.е. этот формат может сохранить всё, что создал пользователь видимое на мониторе. Для хранения промежуточных результатов редактирования изображений. Прочие продукты Adobe Systems поддерживают этот формат. Недостаточно совместим с другими распространёнными приложениями. Отсутствует сжатие.	SWF (ShokWaveFlash) – формат Flash, продукт компании «Macromedia». Позволяет 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.
XCF (англ. eXperimental Computing Facility) –формат хранения графической информации, использующий сжатие без потерь, созданный специально для программы Gimp и поддерживающий все её возможности. Поддерживает сохранение каждого слоя и текущее выделение, каналы, прозрачность, текстовые слои, группы слоёв. Используется для хранения промежуточных результатов. Не рекомендуют использовать как формат обмена данными.	FLA Внутренний формат программы для создания интерактивной анимации Flash Возможно создание относительно сложных и красочных изображений при достаточно малом весе файла. За счет использования встроенного скриптового языка Action Script во flash есть возможность создавать интерактивные баннеры, приложения, писать различные сценарии, создавать онлайн системы расчета, игры, отдельные приложения и т.п.
ICO (icon) – формат хранения файлов значков. Один ICO-файл содержит один или несколько значков, размер и цветность каждого из которых задаётся отдельно. Размер значка может быть любым, но чаще используют квадратные значки со стороной 16, 32, 48 пикселей. Применима различная глубина цвета или фиксированная палитра. Формат ICO поддерживается многими растровыми графическими редакторами и небольшими программами для создания значков.	CGM (англ. Computer Graphic Metafile – метафайл компьютерной графики) – широко используемый стандартный формат векторных графических данных в сети Internet.

 

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.

 

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