Представление графических данных Форматы графических данных

Способ организации информации в файле называется форматом хранения изображения. В компьютерной графике применяют по меньшей мере три десятка форматов файлов для хранения изображений. Но лишь часть из них стала стандартом «де-факто» и применяется в подавляющем большинстве программ. Как правило, несовмести­мые форматы имеют файлы растровых, векторных, трехмерных изображений, хотя существуют форматы, позволяющие хранить данные разных классов. Все множество форматов условно делится на три категории:

Форматы, хранящие изображения в растровом виде: BMP, TIFF. PCD, PSD, JPEG, PNG, GIF;

Форматы, хранящие информацию в векторном виде: WMF;

Универсальные форматы (векторное и растровое представление): EPS, PICT, CDR – формат Coral Draw.

Основные критерии выбора формата – это совместимость программ и компактность записи. По сравнении с векторным растровый формат устроен проще. Это прямоугольная таблица или матрица bitmap, в каждой ячейке или клетке которой установлен пиксел. Считывание информации из файла растрового изображения сводится к следующему:

Определяется размер изображения в виде произведения пикселов по горизонтали и вертикали;

Определяется размер пиксела;

Определяется битовая глубина, она характеризует емкость пиксела в битах или цветовую разрешающую способность, т.е. количество цветов. В цветном RGB изображении каждый пиксел кодируется 24-битовым числом, поэтому в каждой ячейки битовой матрицы хранится число из 24 нулей и единиц.

Многие при­ложения ориентированы на собственные «специфические» форматы, перенос их файлов в другие программы вынуждает использовать специальные фильтры или экспортировать изображения в «стандартный» формат.

TIFF (Tagged Image File Format). Формат предназначен для хранения растровых изображений высокого качества (расширение имени файла .ТIF), данный формат поддерживается основными растровыми и векторными редакторами. Он относится к числу широко распространенных, отличается переносимостью между платформами (IBM PC к Apple Macintosh), обеспечен поддержкой со стороны большинства графических, верстальных и дизайнерских программ. Предусматривает широкий диапазон цвето­вого охвата — от монохромного черно-белого до 32-разрядной модели цветоделе­ния CMYK. Начиная с версии 6.0 в формате TIFF можно хранить сведения о масках (контурах обтравки) изображений. Данный формат – это лучший выбор для импорта растровой графики в векторные программы. Для уменьшения размера файла применяется встроенный алгоритм сжатия без потерь LZW (возможно сжатие до 50%)..

PSD (PhotoShop Document). Собственный формат программы Adobe Photoshop (расширение имени файла .PSD), один из наиболее мощных по возможностям хране­ния растровой графической информации. Позволяет запоминать параметры слоев, каналов, степени прозрачности, множества масок. Поддерживаются 48-разрядное кодирование цвета, цветоделение и различные цветовые модели. Основной недостаток выражен в том, что отсутствие эффективного алгоритма сжатия информации приводит к большому объему файлов, однако этот формат постоянно совершенствуется. Еще один формат программы Adobe Photoshop имеет расширение PDF – это аппаратно-независимый растровый формат, в этом формате документ хранится целиком.

Windows Bitmap. Формат хранения растровых изображений в операционной системе Windows (расширение имени файла .BMP). Соответственно, поддерживается всеми приложениями, работающими в этой среде, данный формат обеспечивает быстрый вывод изображений, но из-за очень больших размеров файла используется только для нужд Windows.

WMF (Windows Meta File) – формат хранения векторных изображений ОС Windows, он искажает цвет изображений.

EPS – универсальный формат хранения изображений, как векторных, так и растровых на языке PostScript. На экране векторное изображение представляется в формате WMF, а растровое в формате TIFF.

JPEG (Joint Photographic Experts Group). Формат предназначен для хранения растровых изображений (расширение имени файла .JPG). Позволяет регулировать соотношение между степенью сжатия файла и качеством изображения. Применя­емые методы сжатия основаны на удалении «избыточной» информации, поэтому формат рекомендуют использовать только для электронных публикаций, т.к. алгоритм сжатия приводит к потери качества изображения. Этот формат не рекомендуется использовать, если важны цветовые нюансы, в формате .JPEG хранят только конечный результат, т.к. каждое промежуточное хранение в данном формате приводит к потерям.

GIF (Graphics Interchange Format). Стандартизирован в 1987 году как средство хранения сжатых изображений с фиксированным (256) количеством цветов (расши­рение имени файла .GIF). Получил популярность в Интернете благодаря высокой степени сжатия. Последняя версия формата GIF89a позволяет выполнять черес­строчную загрузку изображений и создавать рисунки с прозрачным фоном. Чересстрочноя запись изображения означает, что в начале файла хранятся строки изображения с номерами, кратными восьми, затем кратными четырем и т.д. Просмотр идет с нарастающим уровнем детализации, видно приблизительное изображение до завершения полной загрузки. Ограни­ченные возможности по количеству цветов обусловливают его применение исклю­чительно в электронных публикациях.

Основные стандарты расширения файлов

.com .exe	Исполняемые файлы
.bat	Командные файлы
.txt	Текстовые файлы
.doc	Файлы Word
.xls	Файлы Excel
.bmp gif jpg	Файлы рисунков
.zip .rar .arj	Архивные файлы
.htm .html	Файлы, используемые в Интернете

Алгоритмы сжатия изображений

В настоящее время не существует алгоритмов, одинаково сжимающих файлы любых форматов. Степень сжатия изображений может колебаться от 4:1 до 200:1. Различают алгоритмы сжатия с потерями качества изображения и без потерь. Суть алгоритмов сжатия без потерь в том, что при наличии больших областей однотонной закраски или однотипных узорах в растровых изображениях повторяющиеся одинаковые пиксельные области запоминают один раз и впоследствии повторяют его необходимое количество раз. При этом в исходных данных ничего не отбрасывается и не теряется. Такие алгоритмы используются в форматах TIFF или GIF. Пример такого алгоритма – LZW.

Алгоритмы сжатия с потерями приходиться использовать, если имеют дело с фотографическими изображениями, у которых нет повторяющихся узоров или больших областей однотонной закраски. В растровом рисунке, который имеет много слегка отличающихся друг от друга оттенков (пикселов) большие области могут заполняться пикселами одного цвета. Важным моментов в применения сжатия с потерями является определение приемлемого уровня потерь.

Пример хранения одного и того же изображения в разных форматах. Пусть имеется одна и та же картинка.

Формат	Размер файла, в байтах
PCX	886406
BMP	817974
TIF (без сжатия)	818705
TIF (LZW сжатие)	527320
PSD	817988
JPG	55707