§11. Форматы графических файлов

В настоящее время на Web используются четыре формата: GIF87, GIF89a, JPEG, PNG. GIF87 считается устаревшим, а формат PNG еще не пользуется широкой поддержкой Web-броузерами. Рассмотрим сначала два наиболее распространенных формата – GIF89a и JPEG.

Формат GIF. Наиболее общий термин, используемый в разговоре о графике для Web, формат файла без потерь под названием «GIF». GIF-формат обмена графическими данными. Он преобладает на Web, благодаря двум своим преимуществам: отсутствию потерь и возможности значительного сжатия исходного файла. Метод сжатия без потерь означает, что при уменьшении файла не происходит значительной потери информации из его содержания. Долгое время этот формат был единственным, поддерживаемым всеми броузерами. При сохранении изображения в качестве GIF-файла он может содержать только 8-разрядную цветовую информацию (не более 256 цветов). Это и позволяет сделать файл небольшим, хотя и несколько обедняет изображение. Кроме того, GIF89a поддерживает чередование, прозрачность фона и анимацию. Причем, если для создания анимированных файлов требуется специальная программа, то чередование и прозрачность доступны при экспортировании файла из программы Photoshop.

Формат GIF использует схему сжатия без потерь с простым алгоритмом кодирования повторов. Последовательность байтов одного цвета заменяется на слово из двух байтов: один содержит образец закраски, второй определяет количество повторений. Таким образом, графические данные не теряют информации в процессе сжатия и восстановления.

Можно сохранить в GIF любое изображение и получить хорошее качество, применив сглаживание цветовых тонов (dithering),. Однако можно при этом весьма значительно увеличить размер файла. Если в изображении нет ни одного смежного повтора, файл увеличится ровно в два раза по сравнению с «некомпрессированным» оригиналом.

В отличие от GIF, формат JPEG в зависимости от уровня сжатия разрушает сплошные области или размывает резкие переходы цветов.

Прозрачность, позволяющая отображать силуэт с непрямоугольными формами, в GIF89a поддерживается примитивно: только один цвет назначается в качестве прозрачного.

GIF использует групповое сжатие, которое позволяет уменьшить размер файла от ¼ до 1/5 первоначального размера. Причем, этот способ сжатия наиболее подходит для штриховой графики или изображений с большими полями ровного цвета, лучше всего при полном отсутствии градиентов и очень незначительными теневыми эффектами. Фотографии при сохранении в формате GIF порой весьма значительно теряют в качестве. В состав 256 цветов формата GIF89a входят 216 непрореживаемых цветов Web-палитры.

От формата GIF89a JPEG существенно отличают также два свойства – чередование и возможность использования прозрачного фона. Чередование иногда называют эффектом «венецианских жалюзи». Оно проявляется во время загрузки Web-страницы: происходит медленный переход от предварительного просмотра изображения с низким разрешением к заключительному с высоким разрешением. По умолчанию при экспортировании в GIF чередование (Interface) включено. Правда, файл с чередованием примерно на 2 – 3% больше такого же файла без чередования. Однако оно весьма незначительно и практически незаметно для файла размером менее 50 кБ.

Групповое сжатие GIF-формата лучше обрабатывает прямые линии, проходящие поперек изображения. Оно наиболее эффективно, когда сжимается изображение с минимально возможным изменением в пикселях вдоль горизонтальной оси. Алгоритм сжатия при сохранении изображения просматривает его слева направо. Когда обнаруживается изменение в пикселях (другой цвет), каждое изменение регистрируется как новое значение пикселя, что увеличивает размер файла, то есть широкий цветовой разброс в ряду пикселов увеличивает размер файла. Поэтому групповое сжатие не годится для обработки фотографий. Если значения пикселов мало изменяются поперек изображения, это значительно уменьшает размер GIF-файла.

За счет использования прозрачного фона в формате GIF89a такие изображения можно помещать на фоновые изображения или плоскоцветные фоны без их блокировки. Для использования прозрачного фона цветовой режим сначала нужно преобразовать в Indexed Color. Можно выбирать более одного цвета для прозрачности (пользуясь диалоговым окном GIF89a Export, инструмент Eyedropper).

Для использования прозрачного фона плохо подходят изображения с тенями и виньетками. Часто в них вокруг прозрачных областей возникает неприятный ореол. Тогда вместо выбора прозрачного фона удобнее установить фоновый цвет изображения в один из цветов Web-страницы. При использовании на странице фонового изображения можно попытаться залить им фон своего GIF-изображения.

Формат JPEG(аббревиатура организации Joint Photographic Expert Group) поддерживает тысячи цветов и несколько опций сжатия, может использоваться для фоновых изображений и изображений-карт. Он поддерживает не все опции, доступные в формате GIF89a, однако есть много причин выбора именно этого формата для сохранения изображения.

Первая причина заключается в способе визуализации цвета и деталей фотографий и лучшем сжатии по сравнению с форматом GIF . Фактически формат JPEG создан специально для сжатия фотографических изображений, передаваемых на Web, с использованием 24-разрядной цветовой информации. Он имеет большие возможности сжатия и порой позволяет уменьшать файлы более, чем на 75% от первоначального размера.

Формат JPEG основан на алгоритме сжатия с потерями (дискретном косинусоидальном преобразовании). Изображение разбивается на области (обычно 88 пикселов), внутри которых распределение цветов описывается математической функцией. Сохраняются только коэффициенты этой функции, позволяющие восстановить ее вид.

Обычно используемые коэффициенты сжатия на Web-странице 10:1 или 20:1 (по отнощению к объему исходного изображения). При этом обеспечивается приемлемое качество. Экстремальное значение 100:1, естественно, дает значительную потерю качества.

Преимущество JPEG-формата со сжатием становится очевидным при сравнении TIFF- файла, содержащего RGB-цвета, этого же файла, сохраненного в формате GIF без чередования и его же, сохраненного в формате JPEG. Пусть, к примеру, исходный TIFF-файл имеет размер 812Кб. Сохранение в GIF-формате дает размер файла в 155Кб. При сохранении этого файла в формате JPEG с использованием 4 опций сжатия, доступных в программе Photoshop, окончательный файл будет иметь размеры 40, 54, 54 и 166Кб соответственно. При максимальном качестве файл формата JPEG получается несколько больше, чем GIF-файл, однако при других установках файл значительно уменьшается. Этот формат дает наибольшую резкость деталей без потери цвето-тоновых переходов. Опция наиболее низкого качества предполагает наибольшую потерю деталей и качества цвета, обеспечивая наибольшее сжатие.

Интересно, что максимальное сжатие изображения с низким качеством не всегда ведет к сокращению времени загрузки. Дело в том, что сжатие изображения предполагает последующую его декомпрессию, которая проходит порой медленнее, чем для такого же и большего по размеру GIF-файла.

Формат JPEG не может быть применен абсолютно для всех типов изображений. Он не годится в первую очередь для штриховых рисунков, изображений, содержащих текстовые блоки и некоторых иллюстраций.

Преимущество JPEG-сохранения состоит в возможности представить практически все цвета, которые предполагалось продемонстрировать пользователю. Здесь нет ограничения в 256 цветов. Поэтому JPEG идеально подходит для фотореалистических изображений, отсканированных для Web , для оригинальных художественных произведений, созданных в графических редакторах. JPEG идеальный формат, позволяющий сохранять первоначальное качество изображений в максимально возможной степени.

Основной недостаток JPEG-сохранения состоит в невозможности использования режима Indexed Color. JPEG поддерживает только режимы Grayscale и RGB Color. Поэтому при опасности прореживания полутонов (при необходимости использования Web-палитры) следует экспортировать изображения в GIF-формат.

Формат Progressive JPEG содержит опцию чередования, ранее предоставлявшуюся только GIF89a. Правда, при использовании этого формата могут возникнуть проблемы с просмотром. Его поддерживают не все броузеры.

Еще один важный недостаток JPEG-сохранения состоит в том, что JPEG-сжатие всегда осуществляется с потерями. При многократном пересохранении JPEG-файла возможна весьма существенная потеря качества. Поэтому, предполагая возможность дальнейшего редактирования, всегда сохраняют исходный TIFF-файл.

Формат PNG(Portable Network Graphic) разработан как замена для GIF, JPEG и поддерживает несколько новых средств, недоступных в этих форматах: альфа-каналы, лучшее соответствие цветов, сжатие без потерь, 24-разрядный (истинный) цвет. Кроме этого представлены опции чередования и прозрачности. Поддержка анимации пока не планируется.

Алгоритм сжатия PNG для полноцветной картинки превосходит по качеству JPEG. При поддержке индексированной палитры (до 256 цветов) PNG осуществляет компрессию без потерь на 10 – 30 % лучше, чем GIF.

PNG обладает полноценной поддержкой прозрачности. Можно строить частично прозрачные изображения или границы, что позволяет преодолеть проблему «чистых» границ в GIF.

Однако даже несмотря на лучшее сохранение цвета и межплатформенную совместимость сжатия без потерь, формат PNG пока не годится для широкого применения. По положению на 1998 год его не поддерживал ни один основной броузер. Кроме того на употребимости существенно сказывалось отсутствие поддержки анимации.

Форматы BMP и TIFF. Среди других достаточно известных форматов, не нашедших широкого распространения на Web, но хорошо работающих в различных приложениях, нужно отметить форматы BMP и TIFF.

Растровый формат BMP был разработан фирмой Microsoft специально для Windows. Он поддерживает только цветовую модель RGB с глубиной цвета до 24 бит. Не поддерживает дополнительные цветовые и альфа-каналы, контуры обтравки и управление цветом. Использует простой алгоритм сжатия без потерь и применяется редко из-за проблем совместимости.

Формат TIFF создан фирмой Aldus для хранения сканированных изображений. Исключительно гибок и универсален. Поддерживает монохромные, полутоновые и полноцветные изображения в режимах RGB и CMYK с 8-битными и 16-битными каналами. Формат позволяет хранить обтравочные контуры, калибровочную информацию, установки печати и любое количество альфа-каналов. Не применяет дополнительных цветовых каналов и поддерживает любой алгоритм сжатия. Основным алгоритмом сжатия здесь является LZW (Lempel-Ziv-Welch) – алгоритм сжатия без потерь, используемый а программах сжатия ZIP, а также в ранее рассмотренных форматах GIF и PNG. Однако следует помнить, что за такой обширный комплекс услуг приходится расплачиваться размером файла.