Анимированные изображения

Растровая графика

Растровое изображение – это файл данных или структура, представляющая прямоугольную сетку пикселей. Пиксель – наименьшая единица двухмерного цифрового изображения в растровой графике. Пиксель представляет собой неделимый объект прямоугольной (обычно квадратной) формы, обладающий определённым цветом. Растровое компьютерное изображение состоит из пикселов, расположенных по строкам и столбцам. На компьютерном мониторе, бумаге и других отображающих устройствах и материалах.

При использовании растровой графики важным элементом является:

· размер полотна (canvas);

· цветовое пространство (например, RGB);

· количество используемых цветов.

Растровую графику редактируют с помощью растровых графических редакторов. Создается растровая графика фотоаппаратами, сканерами, непосредственно в растровом редакторе, также путем экспорта из векторного редактора или в виде скриншотов.

Достоинства:

1. Растровая графика позволяет создать (воспроизвести) практически любой рисунок, вне зависимости от сложности, в отличие, например, от векторной, где невозможно точно передать эффект перехода от одного цвета к другому (в теории, конечно, возможно, но файл размером 1 МБ в формате BMP будет иметь размер 200 МБ в векторном формате).

2. Распространённость: растровая графика используется сейчас практически везде: от маленьких значков до плакатов.

3. Высокая скорость обработки сложных изображений, если не нужно масштабирование.

Недостатки:

1. Большой размер файлов с простыми изображениями.

2. Невозможность идеального масштабирования.

Из-за этих недостатков для хранения простых рисунков рекомендуют вместо даже сжатой растровой графики использовать векторную графику.

Растровый графический редактор

Растровый графический редактор – специализированная программа, предназначенная для создания и обработки изображений. Подобные программные продукты нашли широкое применение в работе художников-иллюстраторов, при подготовке изображений к печати типографским способом или на фотобумаге, публикации в Интернете.

Растровые графические редакторы позволяют пользователю рисовать и редактировать изображения на экране компьютера, а также сохранять их в различных растровых форматах.

В противоположность векторным редакторам, растровые используют для представления изображений матрицу точек (bitmap). Однако, большинство современных растровых редакторов содержат векторные инструменты редактирования в качестве вспомогательных.

Наиболее известные растровые редакторы:

• GIMP 2.2.8;
• Adobe Photoshop – самый популярный коммерческий собственнический редактор;
• Adobe Fireworks;
• Corel Photo-Paint;
• Corel Paint Shop Pro;
• Corel Painter;
• GIMP – самый популярный свободный бесплатный редактор;
• Microsoft Paint;
• Microsoft Photo Editor;
• Krita.

Менее известные растровые редакторы:

• KolourPaint;
• Tux Paint – ориентирован на детей от 3-х лет;
• Paint.NET;
• PhotoFiltre.

Растровые форматы:

Сжатие без потерь:

GIF (Graphics Interchange Format) – формат для обмена изображениями, хранения графических изображений. Формат GIF способен хранить сжатые без потерь изображения в формате до 256 цветов с палитрой, и предназначен, в основном, для чертежей, графиков и т. д.

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 хорошо сжимать файлы, в которых много однородных заливок (логотипы, надписи, схемы). GIF широко используется на страницах Всемирной Паутины.

Область применения

Изображение в формате GIF хранится построчно, поддерживается только формат с индексированной палитрой цветов. Стандарт разрабатывался для поддержи 256-цветовой палитры. Недокументированной, но поддерживаемой возможностью является сохранение большего количества цветов с помощью анимированного GIF с нулевой задержкой между кадрами. При этом каждый кадр содержит свою палитру. Один из цветов в палитре может быть объявлен «прозрачным». В этом случае в программах, которые поддерживают прозрачность GIF (например, большинство современных браузеров) сквозь пиксели, окрашенные «прозрачным» цветом будет виден фон. «Полупрозрачность» пикселей (технология альфа-канала) не поддерживается.

Сжатие

GIF использует формат сжатия LZW. Таким образом, хорошо сжимаются изображения, строки которых имеют повторяющиеся участки. Например, изображения, в которых много пикселей одного цвета по горизонтали. Алгоритм сжатия LZW относится к форматам сжатия без потерь. Это означает, что восстановленные из GIF данные будут в точности соответствовать упакованным. Следует отметить, что это верно только для 8-битных изображений с палитрой, для цветной фотографии потери будут обусловлены переводом её к 256 цветам. Кроме того, в программе Adobe Photoshop появилась дополнительная возможность сохранять в GIF формат с потерями, которые проявляются как стохастический шум на картинке, сокращая при этом объем файла. Метод сжатия LZW (Lempel-Ziv-Welch) разработан в 1978 году израильтянами 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.

Чересстрочный GIF

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.

В чересстрочном GIF'е сначала записываются строки 1, 5, 10 и т. д. Таким образом, загрузив 1/4 данных, пользователь будет иметь представление о целом изображении. Вторым проходом следуют строки 3, 7, 12, разрешение изображения в браузере ещё вдвое увеличивается. Наконец, третий проход передаёт все недостающие строки (2, 4, 6…). Таким образом, задолго до окончания загрузки файла пользователь может понять, что внутри и решить, стоит ли ждать полной загрузки изображения. Чересстрочная запись незначительно увеличивает размер файла, но это, как правило, оправдывается приобретаемым свойством.

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.

История

Существует две спецификации формата GIF – GIF 87a и GIF 89a.

Первая спецификация была создана в 1987 году компанией CompuServe для замены устаревшего формата RLE. GIF стал популярен в ходе развития Интернета, так как позволял использовать более компактные (по размеру файла) по сравнению с другими форматами картинки на веб-страницах. Хотя к настоящему времени формат во многом устарел, и для его замены создан формат PNG, он по прежнему широко используется.

PNG (Portable Network Graphics) – растровый формат хранения графической информации, использующий сжатие без потерь. PNG был создан как для улучшения, так и для замены формата GIF графическим форматом, не требующим лицензии для использования.

История формата

Днём рождения PNG можно считать 4 января 1995 года, когда Т. Боутелл предложил в ряде конференций Usenet создать свободный формат, который был бы не хуже GIF. И уже через три недели после публикации идеи были разработаны четыре версии нового формата. Вначале он имел название PBF (Portable Bitmap Format), а нынешнее имя получил 23 января 1995 г. Уже в декабре того же года спецификация PNG версии 0.92 была рассмотрена консорциумом W3C, а с выходом 1 октября 1996 г. версии 1.0 PNG был рекомендован в качестве полноправного сетевого формата.

Область применения

Формат PNG хранит графическую информацию в сжатом виде. Причём это сжатие производится без потерь. 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 сети Интернет и редактирования графики.

Он имеет следующие основные преимущества перед GIF:

1. Практически неограниченное количество цветов в изображении (GIF использует в лучшем случае 8-битный цвет).

2. Опциональная поддержка альфа-канала.

3. Возможность гамма-коррекции.

4. Двумерная чересстрочная развёртка.

Патент на формат GIF принадлежит фирме CompuServe что ограничивает возможности его использования в свободном программном обеспечении. К тому же в основе сжатия, применяемого к графическим файлам при сохранении их в формате GIF, лежит алгоритм сжатия LZW, патент на который принадлежал компании Unisys (до истечения его срока действия в 2003). PNG же использует открытый, не запатентованный алгоритм сжатия DEFLATE, бесплатные реализации которого доступны в Интернете. Этот же алгоритм используют многие программы компрессии данных, в том числе PKZIP и gzip (GNU zip). 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. Также, в отличие, например, от TIFF, спецификация PNG не позволяет авторам реализаций выбирать, какие возможности они собираются реализовать. Поэтому любое сохранённое изображение PNG может быть прочитано в любом другом приложении, поддерживающем PNG.

Различные реализации алгоритма Deflate дают разную степень сжатия, поэтому были созданы программы для пережатия изображений с несколькими вариантами настроек в целях получения наилучшего сжатия – например, advpng из комплекта AdvanceCOMP (использует 7-Zip).

Мультипликация

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

Для передачи анимированных изображений был разработан расширенный формат MNG, опубликованный в середине 1999 года и уже поддерживаемый в различных приложениях, однако пока так и не ставший общепринятым.

Некоторые – в частности, разработчики Mozilla Foundation – критиковали MNG за сложность и большой размер реализации, и отсутствие обратной совместимости с PNG. В 2004 году они разработали формат APNG, который не был принят в качестве официального стандарта разработчиками PNG и MNG, но его поддержка к 2008 году была реализована в тестовых сборках некоторых веб-браузеров и программ просмотра изображений.

BMP (Bitmap – битовая карта) – формат хранения растровых изображений. Обычно используется без сжатия.

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.

Глубина цвета в данном формате может быть от 1 до 48 бит на пиксель, максимальные габариты изображения 65535 на 65535 пикселей. В формате BMP есть поддержка сжатия по алгоритму RLE, но, несмотря на это, из-за большого объёма он редко используется в Интернете.

Палитра

Палитра может содержать последовательность четырёхбайтовых полей по числу доступных цветов (256 для 8-битного изображения). Три младших байта каждого поля определяют интенсивность красной, зелёной и синей компоненты цвета, старший байт не используется. Каждый пиксель изображения описан в таком случае одним байтом, содержащим номер поля палитры, в котором сохранен цвет этого пикселя.

Если пиксель изображения описывается 16-битным числом, палитра может хранить три двухбайтных значения, каждое из которых определяет маску для извлечения из 16-битного пикселя красной, зелёной и синей компонент цвета.

Файл BMP может не содержать палитры, если в нём хранится несжатое полноцветное изображение.

Данные изображения

Последовательность пикселей, записанных в том или ином виде. Пиксели хранятся построчно, снизу вверх. Каждая строка изображения дополняется нулями до длины, кратной четырём байтам.

Битность изображения

В зависимости от количества представляемых цветов, на каждую точку отводится от 1 до 48 битов:

• 1 бит – монохромное изображение (два цвета);
• 2 бита – редко используемый формат с 4 возможными цветами (один из режимов CGA);
• 4 бита – 16 цветное изображение, один из режимов работы VGA;
• 8 бит (1 байт) – 256 цветов, последний из режимов, поддерживавших индексированные цвета;
• 16 бит (2 байта) – режим Hi Color, 65536 возможных оттенков;
• 24 бита (3 байта) – True Color. В связи с тем, что 3 байта не очень хорошо соотносятся с степенями двойки (особенно при хранении данных в памяти, где выравнивание данных по границе слова имеет значение), вместо него часто используют 32 битное изображение. В режиме True Color на каждый из трёх каналов (в режиме RGB) отводится по 1 байту (256 возможных значений), общее количество цветов равно 16777216;
• 32 бита (4 байта) – этот режим практически аналогичен True Color, четвёртый байт обычно используется для хранения альфа-канала (прозрачности) или для выравнивания;
• 48 бит (6 байт) – редко используемый формат с повышенной точностью передачи цвета, поддерживается относительно малым количеством программ и оборудования;