Форматы растровой графики

Как известно, в зависимости от способа формирования изображения на экране монитора, компьютерную графику принято классифицировать на несколько типов:

• растровую
• векторную
• фрактальную
• трехмерную

Я думаю, что читатель все это и так уже знает. Поэтому сегодня будут рассмотрены наиболее распространенные и популярные форматы растровой графики. В будущих публикациях я планирую описать и форматы файлов других типов компьютерной графики, в частности векторной. Описав эти форматы, я дам свои рекомендации по их практическому использованию в повседневной жизни, т.е. какой формат для чего и где использовать

Основы растровой графики

Растровая графика — это графика, представленная в компьютере в виде множества точек (пикселов). Каждый пиксель содержит информацию о цвете. Размер пикселов очень мал, поэтому человеческий глаз воспринимает изображение целиком, не разделяя на пиксели.

Для растровой графики важной характеристикой является разрешение изображения. Одна и та же картина может быть представлена с лучшим и худшим качеством в соответствии с количеством точек (пиксевлов) на единицу длины.

Разрешение — количество точек на единицу измерения.

dpi (dots per inch) — количество точек на дюйм.

ppi (points/pixels per inch) — пикселов на дюйм.

Пиксел — точка растра экранного изображения. Все изображения делятся на точки. Пиксел — точка наименьшего размера. Дальше изображение уже делить нельзя. Кроме того, пиксел — это точка одного цвета, невозможно покрасить половину пиксела в один цвет, а другую в другой.

Не путайте разрешение изображения, разрешения монитора и разрешение принтера. Это разные вещи.

Вспомнив основы растровой графики, перейдем к описанию форматов хранения растровой графики.

Форматы хранения изображений в растровой графике

Формат файла — способ сохранения электронных частей, из которых состоит компьютерный файл. Разные форматы организуют сохранение файлов по-разному. Рассматривать все существующие форматы растровой графики я не буду (да и не смог бы), рассмотрим лишь наиболее распространенные и популярные.

Формат BMP

BMP (Bit Map — битова карат). В этом формате первоначально использовалось простейшее кодирование — по пикселам (самое неэкономное), которые обходились последовательно по строкам, начиная с нижнего левого угла графического изображения. Файлы этого формата входили в первые версии Windows. В этом формате использовалось только 256 цветов, т.е. пиксел представляется только одни байтом. В дальнейшем формат стал использоваться и для сохранения полноцветных изображений. Формат BMP — один за стандартных форматов растровой графики.

Формат TIFF

TIFF (Taged Image File Format) — стандартный формат в топографической графике и издательских системах. Файлы в формате TIFF обеспечивают лучшее качество печати. Из-за большого размера, данный формат не применяется при создании Web-сайтов и публикации в Интернет.

Формат TIFF относится к числу наиболее универсальных и распространенных форматов растровой графики. Он создавался в качестве межплатформенного универсального формата для цветных изображений. Работа с ним поддерживается почти всеми программами для работы с точечной графикой. Может хранить графику в монохромном виде, в RGB и CMYK цветовых представлениях.

Формат включает в себя внутреннюю компрессию. Он имеет открытую архитектуру — предусмотрена возможность объявления в заголовке сведений о типе изображения, т.е. его версии могут быть использованы в дальнейшем для представления новых разработок. В формате сохраняется и сопроводительная информация передаваемых изображений (подписи и пр.). Изображения в формате TIFF хранятся в файлах с расширением .tif.

Формат GIF

Формат GIF (Graphic Interchamge Format) — формат обмена графическими данными, который служит для записи и хранения растровых графических изображений. Этот формат отличается от других форматов растровой графики тем, что он долгое время поддерживается в Интернете. Использует индексированные цвета (ограниченный набор цветов). Это один из самых распространенных форматов картинок, распространяемых в Интернет и применяемых при создании Web-сайтов.

Изображения в GIF формате хранятся в файлах с расширением .gif. К преимуществам GIF изображения относится то, что вид изображения не зависит от браузера и платформы. Лучше всего отображаются рисунки, чертежи и изображения с небольшим количеством однородных цветов, прозрачные изображения и анимационные последовательности (эта очень известная особенность данного формата графики). В GIF изображениях используется сжатие без потери информации.

Формат JPEG

Формат JPEG (Joint Photographic Expert Group) — предназначен для хранения изображений со сжатием. Применяющийся в нем метод сжатия изображений разработан группой экспертов в области фотографии. Сразу становится ясной расшифровка аббревиатуры JPEG — объединенная группа экспертов по обработке фотоснимков.

JPEG — один из самых мощных алгоритмов сжатия изображения. Практически он является стандартом де-факто для хранения полноцветных изображений. Формат JPEG был создан для того, чтобы избавиться от ограничений которые налагались на изображения, созданные в GIF формате.

Алгоритм оперирует областями 8 ? 8, на которых яркость и цвет меняется сравнительно плавно. Сжатие в JPEG осуществляется за счет плавного изменения цветов в изображении. Обеспечивается высокий коэффициент сжатия, значение которого достигает 100 и зависит от допустимого уровня потерь изобразительной информации.

Формат широко используется в документах HTML и для передачи данных по сети. Сохраняет параметры графики в цветовом представлении RGB (как правило). Изображения в JPEG формате хранятся в файлах с расширением .jpg.

Программы, работающие с JPEG, используют алгоритмы сжатия с потерей информации, они исключают из изображения те данные, которые считаются несущественными. Перед применением алгоритма сжатия изображения делится на прямоугольные области. При сжатии есть риск получить нечеткое, размытое изображение с искажением деталей.

Формат JPEG 2000 (jp2)

Данный формат был разработан для замены JPEG. При сохранении изображения с одинаковым уровнем сжатия изображения, сохраненные в формате JPEG  2000, получаются более четкими и занимают меньше места на диске. К тому же, в этом формате решена проблема с появлением дефектов JPEG, которые появлились при сохранении с большим коэффициетом сжатия (решетка из блоков 8 ? 8 пикселей).

Поддержка формата реализована не во всех браузерах, что сильно мешает распространению этого формата.

Формат PNG

PNG (portable network graphics) — формат хранения растровой графики, использующий сжатие без потерь. PNG — это свободный формат (в отличии от GIF), поэтому получил широкое распространение.

Это очень мощный и широко применяемый формат в Интернете и других областях компьютерной графики.

Формат WMF

Формат WMF (Windows Metafile Format) — используется для обмена графическими данными между приложениями ОС Microsoft Windows. В WMF файлах могут хранится как векторные, так и растровые изображения. Изображения в WMF формате хранятся в файлах с расширением .wmf.

Форматы PSD и CDR

Формат PSD (PhotoShop Document) — внутренний формат для пакета Adobe Photoshop. Позволяет сохранять слои в изображении и поддерживает все типы графики. Изображения в PSD формате хранятся в файлах с расширением .psd.

Формат CDR — внутренний формат для пакета программ фирмы CorelDRAW. Изображения и текст подготовленные в программе CorelDRAW в CDR формате, хранятся в файлах с расширением .cdr.

Рекомендации по использованию различных форматов растровой графики

Теперь я постараюсь перейти от теории к практике и рассмотреть области применения различных форматов растровой графики в зависимости от их характеристик. Характеристики форматов такие: используемый тип сжатия, поддержка прозрачных цветов, возможность создания простейшей анимации, поддержка построчного вывода изображения для постепенной загрузки в браузере и используемое количество цветов в изображении.

Использование GIF

Характеристики формата:

• Поддержка сжатия: без потерь (Lempel-Ziv-Welch, LZW)
• Поддержка прозрачности: Да
• Поддержка анимации: Да (отличительная особенность данного формата)
• Поддержка черезстрочного отображения: Да (interlaced)
• Количество цветов: индексированные цвета (256 цветов)
• Совместимость с другими платформами: все платформы

Рекомендации: целесообразно использовать этот формат в Web, для изображений без плавных цветовых переходов (логотипы, баннеры,  надписи, схемы). Хороший тип сжатия и малое количество поддерживаемых цветов позволяют экономить место при хранении графики, а также использовать при создании сайтов для более быстрой загрузки HTML-страниц. Черезстрочная развертка дает возможность увидеть и оценить загружаемое изображения не дожидаясь окончание загрузки. Тем не менее, ограниченный набор цветов делает непригодным этот формат для хранения изображений с плавными переходами, градиентами и т.д. Применяется в основном в Интернете.

Использование PNG

Характеристики формата:

• Поддержка сжатия: сжатие без потерь (Deflate)
• Поддержка прозрачности: Да
• Поддержка анимации: Да (APNG)
• Поддержка черезстрочного отображения: Да (two-dimensional interlacing)
• Количество цветов: Deep Color
• Совместимость с другими платформами: все платформы

Рекомендации: наиболее совершенный алгоритм сжатие в PNG позволяет сохранять файлы меньше по объему, чем в GIF. Возможность применения абсолютно любого цвета и использование прозрачности делают этот формат лидером в плане применения в Web. Я бы рекомендовал использовать его вместо GIF. Область применения — используется при дизайне Web-сайтов, редактировании изображений и т.д. Это универсальный формат с большим будущим.

Использование JPEG

Характеристики формата:

• Поддержка сжатия: сжатие с потерями
• Поддержка прозрачности: отсутствует
• Поддержка анимации: отсутствует
• Поддержка черезстрочного отображения: Да (Progressive JPEG)
• Количество цветов: True Color (модели RGB и CMYK)
• Совместимость с другими платформами: все платформы

Рекомендации: этот формат нужно использовать для хранения большого количества изображений (фотографий) на жестком диске, что позволит значительно сэкономить его рабочее пространство (благодаря великолепному типу сжатия). В нем нужно хранить фотографии большого размера с большим количеством плавных переходов. Малый размер конечных файлов, позволяет эффективно применять JPEG для публикации фотографий в Интернет. Но не стоит сохранять одно и тоже изображения в JPEG несколько раз — это приведет к появлению дефектов и «повредит» изображение.

Использование TIFF

Характеристики формата:

• Поддержка сжатия: поддерживает возможность применения различных алгоритмов сжатия (в зависимости от самого сохраняемого изображения)
• Поддержка прозрачности: отсутствует
• Поддержка анимации: отсутствует
• Поддержка черезстрочного отображения: отсутствует
• Количество цветов: 8, 16, 32 и 64 бит на кана (модели Lab, RGB и CMYK)
• Совместимость с другими платформами: все платформы

Рекомендации: этот мощный формат используется в полиграфии, издательских системах и т.д. Файлы в этом формате хранят для будущей печати. TIFF используется для хранения сканированных изображений, факсов и т.п. иллюстраций.

Использование BMP

Характеристики формата:

• Поддержка сжатия: есть возможность использования сжатия без потерь (Run Length Encoding, RLE)
• Поддержка прозрачности: отсутствует
• Поддержка анимации: отсутствует
• Поддержка черезстрочного отображения: отсутствует
• Количество цветов: модель RGB, глубина цвета 24 бита
• Совместимость с другими платформами: только Windows

Рекомендации: данный формат не пригоден для использования в Web, типографике и даже для хранения изображений (из-за отсутсвия сжатия изображений). Используется только из-за того, что «внедрен» в ОС Windows по умолчанию.

Заключение

Надеюсь данная статья помогла Вам немного разобраться в многообразии форматов растровой графики. Мои рекомендации помогут Вам определиться с выбором формата для хранения графики. Если кратко, то в JPEG хранят фотографии, в GIF — баннеры и логотипы (но желательно постепенно переходить к PNG), а TIFF используется для подготовки документов к печати.