Растровые форматы

Часто фотографическое изображение  может быть сжато в отношении 1/20 к оригинальному размеру без  появления значительных искажений. Изображение справа демонстрируют  различные искажения JPEG 2000 при различных  степенях сжатия (верхнее изображение  — это оригинал без сжатия). Цифры  указывают соотношение размера  оригинального BitMap файла к размеру файла Jpeg2000 .

Сравнение с PNG

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

Формат PNG (Portable Network Graphics) более эффективен для изображений, содержащих одноцветные области (при небольшом количестве цветов — например, < 1000), и поддерживает специальные функциональные возможности, которых нет у JPEG 2000.

Считается, что в текущей  реализации стандартов применение PNG более  эффективно для сжатия диаграмм, а JPEG 2000 — для сжатия фотографических  изображений.

 

PNG

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

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 (см. выше). 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"). Этот луч света и уникальное решение кучи головной боли, он позволяет создавать "зоны прозрачности" как .gif, но в довесок может быть и полупрозрачным (сквозь него может просвечивать фон), был, по сути, выпадом независимых групп и консорциумов в сторону безмерно обнаглевшей компании Ulead, которая в 1995 году "прихватизировала" народный алгоритм сжатия без потерь LZW . Вместо последнего в формате png используется алгоритм Deflate, дающий, кстати, несколько лучшие результаты, чем LZW . Изначально призванный заменить морально устаревший gif на искусственных ландшафтах Сети, png предлагает целый ряд новых возможностей, недостаток которых в gif не раз делал его объектом бессильных ругательств.

 
Это достаточно "молодой" формат для Web-графики, конкурирующий с GIF. Все  последние версии браузеров поддерживают его без специальных подключаемых модулей. Формат поддерживает полутоновые  и полноцветные RGB-изображения с единственным альфа-каналом, а также индексированные и монохромные изображения без альфа-каналов. Альфа-канал служит маской прозрачности. Таким образом, формат 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. В PNG24 наконец-то была реализована поддержка 256 градаций прозрачности за счет дополнительного альфа-канала с 256 градациями серого. С помощью этой функции, например, полупрозрачный логотип может выглядеть одинаково на абсолютно любом фоне. К тому же png нашпигован такими полезными возможностями, как двумерный interlacing (т.е. изображение проявляется постепенно не только по строкам, но и по столбцам) и встроенная гамма-коррекция, позволяющая сохранять изображения, яркость которых одинакова как на PC, так и на компьютерах Mac, Sun и Silicon Graphics. Загорелись? Я тоже. Давайте остывать вместе. Ни одна из полезных функций не поддерживается ни одним из существующих браузеров. PNG8 - малораспространен из-за слабой рекламы, 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. 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 ненастраиваемые). Не поддерживает анимацию.

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

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 года. Уже в декабре того же года спецификация PNG версии 0.92 была рассмотрена консорциумом W3C, а с выходом 1 октября 1996 года версии 1.0 PNG был рекомендован в качестве полноправного сетевого формата.

Область применения

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 Интернете и редактирования графики.

PNG поддерживает три основных  типа растровых изображений:

• Полутоновое изображение (с глубиной цвета 16 бит)
• Цветное индексированное изображение (палитра 8 бит для цвета глубиной 24 бит)
• Полноцветное изображение (с глубиной цвета 48 бит)

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

Он имеет следующие  основные преимущества перед GIF:

• практически неограниченное количество цветов в изображении (GIF использует в лучшем случае 8-битный цвет);
• опциональная поддержка альфа-канала;
• возможность гамма-коррекции;
• двумерная чересстрочная развёртка;
• возможность расширения формата пользовательскими блоками (на этом основан, в частности, APNG).

Формат GIF был разработан фирмой CompuServe в 1987 году и не доступен изначально для свободного использования. Некоторое время назад, до окончания в 2004 году действия патентов на алгоритм сжатия LZW, принадлежавших Unisys и используемых в GIF, его применение в свободном программном обеспечении было затруднено. На данный момент такие затруднения сняты. PNG же с самого начала 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, форк pngcrush OptiPNG и advpng из комплекта AdvanceCOMP(использует 7-Zip).

Анимация

Существует одна особенность GIF, которая в PNG не реализована —  поддержка множественного изображения, особенно анимации; 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 некоторых программах просмотра изображений.

Совместимость с  браузерами

Не все веб-браузеры одинаково отображают содержимое png-файла. Узким местом являются:

1. частичная прозрачность (альфа-канал);
2. поддержка прозрачности в палитре;
3. гамма-коррекция.

Проблема поддержки 32-битной (полной) прозрачности картинки формата PNG в Microsoft Internet Explorer была решена в седьмой версии браузера. Для остальных версий IE есть несколько способов, которые помогут веб-мастеру добиться прозрачности путём включения в веб-страницу специальных функций и скриптов.

 

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. Начиная с версии 3.0 Adobe добавила поддержку слоев и контуров, поэтому формат версии 2.5 и ранее выделяется в отдельный подформат. Для совместимости с ним в более поздних версиях Photoshop имеется возможность включить режим добавления в файл одного базового слоя, в котором слиты все слои. Такие файлы свободно читаются большинством популярных просмотрщиков, импортируются в другие графические редакторы и программы для 3D моделирования. 

 

TIF, TIFF

Формат TIFF (Tagged Image File Format) создан обьединенными силами таких гигантов, как Aldus, Microsoft и Next специально для хранения сканированных изображений. Исключительная гибкость формата сделала его действительно универсальным. 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. TIFF поддерживает монохромные, индексированные, полутоновые  и полноцветные изображения в моделях RGB и CMYK с 8- и 16-битными каналами. 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.

Сжатие

Имеется возможность сохранять  изображение в файле формата TIFF со сжатием и без сжатия. Степени  сжатия зависят от особенностей самого сохраняемого изображения, а также от используемого алгоритма. Формат TIFF позволяет использовать следующие алгоритмы сжатия:

• PackBits (RLE)
• Lempel-Ziv-Welch (LZW)
• LZ77
• ZIP
• JBIG
• JPEG
• CCITT Group 3, CCITT Group 4

При этом JPEG является просто инкапсуляцией формата JPEG в формат TIFF. Формат TIFF позволяет хранить  изображения, сжатые по стандарту JPEG, без  потерь данных (JPEG-LS).

Алгоритмы CCITT Group 3 и 4 предназначены для кодирования бинарных растровых изображений. Первоначально они были разработаны для сетей факсимильной связи (поэтому иногда их называют Fax 3, Fax 4). В настоящий момент они также используются в полиграфии, системах цифровой картографии и географических информационных системах. Алгоритм Group 3 напоминает RLE, так как кодирует линейные последовательности пикселов, а Group 4 — двумерные поля пикселов.

 

 

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. 
В настоящее время корпорацией Adobe предложен формат DNG (Digital Negative Specification), который создан для того, чтобы облегчить жизнь производителям средств для работы с графикой. Некоторые компании (Leica и Pentax) уже включили DNG в свои камеры, однако большинство поставщиков камер всё-таки продолжают использовать свои форматы.

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. Изображение хранится просто как поток пикселей с фиксированным заголовком, куда можно впоследствии поместить любую текстовую информацию. Кстати, размер этого заголовка в байтах вам тоже придется указывать при открытии картинки в этом формате. Архаизм? Нет! Просто претензия на полную мультиплатформенность и совместимость со всеми программами. Претензия, к слову сказать, неудачная: далеко не каждый графический редактор или просмотрщик поддерживает raw. Простота, доведенная в погоне за совместимостью до полного маразма.

Расширения формата RAW  
.dng — Adobe (универсальный) 
.crw .cr2 — Canon 
.raf — Fuji 
.kdc — Kodak 
.mrw — Minolta 
.nef — Nikon 
.orf — Olympus 
.ptx .pef — Pentax 
.x3f — Sigma 
.arw — Sony

 

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.