Растровые форматы

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.

Глубина цвета в данном формате может быть от 1 до 24 бит  на пиксел, максимальные размеры изображения 65535?65535 пикселов.

В формате BMP есть поддержка  сжатия по алгоритму RLE, однако теперь существуют форматы с более сильным сжатием, и из-за большого объёма BMP редко используется в Интернете, где для сжатия без потерь используются PNG и более старый GIF.

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 (dithering). 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 90х24 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.

Произношение  названия

Создатели формата произносили  его название как "джиф". Тем не менее, в англоязычном мире широко используется и произношение "гиф", основанное на том, что GIF - сокращение от Graphics Interchange Format. Оба варианта произношения указаны как правильные словарями Oxford English Dictionary и American Heritage Dictionary.

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 восстановленые из GIF данные будут в точности соответствовать упакованым. Следует отметить, что это верно только для 8-битных изображений с палитрой, для цветной фотографии потери будут обусловлены переводом её к 256 цветам.

 
Метод сжатия LZW разработан в 1978 году израильтянами  Лемпелом и Зивом и доработан позднее в США. Сжимает данные путём 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 зелёного 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, 9 и т. д. Таким образом, загрузив 1/4 данных, пользователь будет иметь представление о целом изображении. Вторым проходом следуют строки 3, 7, 11, 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.

Патентная защита

GIF первоначально был проприетарным форматом, однако срок его патентной защиты истёк. В США патент на алгоритм сжатия LZW, использующийся в GIF (патент № 4 558 302) 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.

Область применения

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, PNG илиRAW.

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. В таких  случаях может быть рекомендован  предусмотренный стандартом JPEG режим  сжатия Lossless JPEG (который, к сожалению, не поддерживается большинством популярных кодеков) или стандарт сжатия JPEG-LS.

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 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. Следует отметить, что стандарт JPEG (ISO/IEC 10918-1, 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.

Формат JPEG является TrueColor-форматом, то есть может хранить изображения  с глубиной цвета 24 бит/пиксел. Такой глубины цвета достаточно для практически точного воспроизведения изображений любой сложности.

Предназначен для представления сложных фотоизображений. Разновидность progressive JPEG позволяет сохранять изображения с выводом за указанное количество шагов (от 3 до 5 в Photoshop'e) - сначала с маленьким разрешением (плохим качеством), на следующих этапах первичное изображение перерисовывается все более качественной картинкой. Анимация или прозрачный цвет форматом не поддерживаются.

Уменьшение размера файла  достигается сложным математическим алгоритмом удаления информации - чем  заказываемое качество ниже, тем коэффициент  сжатия больше, файл меньше. Главное, подобрать  максимальное сжатие при минимальной  потере качества. Последний идентифицирует и отбрасывает данные, которые  человеческий глаз не в состоянии  увидеть (незначительные изменения  в цвете не различаются человеком, тогда как улавливается даже малейшая разница в интенсивности, поэтому 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)

Основные преимущества JPEG 2000 по сравнению с JPEG:

• Бо?льшая степень сжатия: на высоких битрейтах, где артефакты незначительны, JPEG 2000 имеет степень сжатия в среднем на 20 % больше, чем JPEG. На низких битрейтах JPEG 2000 также имеет преимущество над основными режимами JPEG. Большая степень сжатия достигается благодаря использованию дискретного вейвлет-преобразования и более сложного энтропийного кодирования.
• Масштабируемость фрагментов изображений: JPEG 2000 обеспечивает бесшовное сжатие разных компонентов изображения, с каждым компонентом хранится от 1 до 16 бит на семпл. Благодаря разбиению на блоки, можно хранить изображения разных разрешений в одном кодовом потоке.
• Произвольный доступ к кодовому потоку, также иногда называемый доступом к областям интереса (англ.): кодовый поток JPEG 2000 обеспечивает несколько механизмов для поддержки произвольного доступа, также поддерживается несколько степеней разбиения на части (области интереса).
• Возможность последовательной сборки: JPEG 2000 обеспечивает возможность последовательного декодирования и вывода изображения сверху вниз без необходимости буферизации всего изображения.
• Гибкий формат файла: форматы файлов JP2 и JPX обеспечивают хранение информации о цветовых пространствах, метаданных и информации для согласованного доступа в сетевых приложениях, взаимодействующих с помощью протокола JPEG Part 9 JPIP.

Основные области  применения этого стандарта:

• цифровой кинематограф;
• мультимедийные устройства (цифровые видеокамеры, КПК, мобильные телефоны и смартфоны для сетей 3G, цифровые факсы, принтеры,сканеры);
• клиент-серверные взаимодействия (Интернет, базы данных изображений, потоковое видео, видеосерверы);
• военные нужды (спутниковая фотосъёмка высокой чёткости, обнаружение движения, распределённые сети и хранилища);
• медицинские изображения;
• хранение видео;
• сенсорные устройства, цифровые устройства и архивы.

Артефакты, возникающие  при сжатии

Артефакты, возникающие при  сжатии по алгоритму JPEG 2000 с высокой  степенью компресии (потерь), качественно мало отличаются от артефактов, возникающих при сжатии компрессором JPEG — в тех местах, где оригинальное изображение имело плавные цвето-переходы, — они становятся ещё более плавными (размытыми); в тех же местах где были резкие переходы яркости или цвета (участки изображения с высокой контрастностью) — возникает характерный артефакт в виде яркого контура, обрамляющего границу перехода, незначительно (на пару пикселов) отступающего от более тёмного участка перехода. Различия в артефактах — нет сетки в 8 на 8 пикселей; не искажаются цвета мелких деталей, сильно отличающихся по цвету от фона; артефакты, характерные для JPEG 2000, становятся заметными при больших, чем в случае JPEG, степенях сжатия.