Графические форматы

ВВЕДЕНИЕ

Графический формат — это  способ записи графической информации. Графические форматы файлов предназначены  для хранения изображений, таких  как фотографии и рисунки.

Каждый, из утвердившихся  сегодня форматов, прошел естественный отбор, доказал свою жизнеспособность. Все они имеют какие-то характерные  особенности и возможности, делающие их незаменимыми в работе. Знание особенностей, тонкостей технологии важно для  современного дизайнера так же, как  для художника необходимо разбираться  в различиях химического состава  красок, свойствах грунтов, типов  металлов и породах.

Это растровая графика, векторная  графика, трёхмерная и фрактальная  графика. Они отличаются принципами формирования изображения при отображении  на экране монитора или при печати на бумаге.

Растровую графику применяют  при разработке электронных (мультимедийных) и полиграфических изданий. Иллюстрации, выполненные средствами растровой  графики, редко создают вручную  с помощью компьютерных программ. Чаще для этой цели используют отсканированные  иллюстрации, подготовленные художником на бумаге, или фотографии. В последнее  время для ввода растровых  изображений в компьютер нашли  широкое применение цифровые фото и  видеокамеры. Соответственно, большинство  графических редакторов, предназначенных  для работы с растровыми иллюстрациями, ориентированы не столько на создание изображений, сколько на их обработку. В Интернете применяют растровые  иллюстрации в тех случаях, когда  надо передать полную гамму оттенков цветного изображения.

Программные средства для  работы с векторной графикой наоборот предназначены, в первую очередь, для  создания иллюстраций и в меньшей  степени для их обработки. Такие  средства широко используют в рекламных  агентствах, дизайнерских бюро, редакциях  и издательствах. Оформительские работы, основанные на применении шрифтов и  простейших геометрических элементов, решаются средствами векторной графики  намного проще. Существуют примеры  высокохудожественных произведений, созданных  средствами векторной графики, но они  скорее исключение, чем правило, поскольку  художественная подготовка иллюстраций  средствами векторной графики чрезвычайно  сложна.

Трёхмерная графика широко используется в инженерном программировании, компьютерном моделировании физических объектов и процессов, в мультипликации, кинематографии и компьютерных играх.

1. Методы сжатия информации

Почти все современные  форматы графических файлов используют какой-либо из методов сжатия информации, поэтому, для лучшего понимания  дальнейшего материала, начало данного  раздела содержит краткое изложение  этих методов.

Методы сжатия информации:

Одним из простейший способов сжатия является метод RLE (Run Length Encoding - кодирование с переменной длиной строки). Действие метода RLE заключается в поиске одинаковых пикселов в одной строке. Если в строке, допустим, имеется 3 пиксела белого цвета, 21 - черного, затем 14 - белого, то применение RLE дает возможность не запоминать каждый из них (38 пикселов), а записать как 3 белых, 21 черный и 14 белых в первой строке.

Метод сжатия Хаффмана (Huffman) разработан в 1952 году и используется как составная часть в ряде других схем сжатия, таких как LZW, Дефляция, JPEG. В методе Хаффмана берется набор символов, который анализируется, чтобы определить частоту каждого символа. Затем для наиболее часто встречающихся символов используется представление в виде минимально возможного количества битов. Например, буква "е" чаще всего встречается в английских текстах. Используя кодировку Хаффмана, вы можете представить "е" всего лишь двумя битами (1 и 0), вместо восьми битов, необходимых для представления буквы "е" в кодировке ASCII.

Метод сжатия CCITT (International Telegraph and Telephone Committie) был разработан для факсимильной передачи и приема. Является более узкой версией кодирования методом Хаффмана. CCITT Group 3 идентичен формату факсовых сообщений, CCITT Group 4 - формат факсов, но без специальной управляющей информации.

2. Графические форматы файлов

1. Растровый формат

Растровые изображения формируются  в процессе сканирования многоцветных иллюстраций и фотографий, а также  при использовании цифровых фото- и видео камер. Можно создать  растровое изображение непосредственно  на компьютере с помощью растрового графического редактора.

Растровое изображение создается  с использованием точек различного цвета (пикселей), которые образуют строки и столбцы. Каждый пиксель  может принимать любой цвет из палитры, содержащей десятки тысяч  или даже десятки миллионов цветов, поэтому растровые изображения  обеспечивают высокую точность передачи цветов и полутонов. Качество растрового изображения возрастает с увеличением пространственного разрешения (количества пикселей в изображении по горизонтали и вертикали) и количества цветов в палитре.

Недостатком растровых изображений  является их большой информационный объем, так как необходимо хранить  код цвета каждого пикселя.

Рассмотрим непосредственно  расширения растрового графического формата:

1) Формат файла BMP (сокращенно  от BitMaP) - это "родной" формат растровой графики для Windows, поскольку он наиболее близко соответствует внутреннему формату Windows, в котором эта система хранит свои растровые массивы. Для имени файла, представленного в BMP-формате, чаще всего используется расширение BMP, хотя некоторые файлы имеют расширение RLE, означающее run length encoding (кодирование длины серий). Расширение RLE имени файла обычно указывает на то, что произведено сжатие растровой информации файла одним из двух способов сжатия RLE, которые допустимы для файлов BMP-формата.

В файлах BMP информация о  цвете каждого пиксела кодируется 1, 4, 8, 16 или 24 бит (бит/пиксел). Числом бит/пиксел, называемым также глубиной представления  цвета, определяется максимальное число  цветов в изображении. Изображение  при глубине 1 бит/пиксел может иметь  всего два цвета, а при глубине 24 бит/пиксел - более 16 млн. различных  цветов.

2) PCX стал первым стандартным  форматом графических файлов  для хранения файлов растровой  графики в компьютерах IBM PC. На  этот формат, применявшийся в  программе Paintbrush фирмы ZSoft, в начале 80-х гг. фирмой Microsoft была приобретена лицензия, и затем он распространялся вместе с изделиями Microsoft. В дальнейшем формат был преобразован в Windows Paintbrush и начал распространяться с Windows. Хотя область применения этого популярного формата сокращается, файлы формата PCX, которые легко узнать по расширению PCX, все еще широко распространены сегодня.

Файлы PCX разделены на следующие  три части: заголовок PCX, данные растрового массива и факультативная таблица  цветов. 128-байт заголовок PCX содержит несколько  полей, в том числе поля размера  изображения и числа бит для  кодирования информации о цвете  каждого пикселя. Информация растрового массива сжимается с использованием простого метода сжатия RLE; факультативная таблица цветов в конце файла  содержит 256 значений цветов RGB, определяющих цвета изображения. Формат PCX первоначально  был разработан для адаптеров CGA- и EGA-дисплеев и в дальнейшем был  модифицирован для использования  в адаптерах VGA и адаптерах истинных цветов. Кодирование цвета каждого  пикселя в современных изображениях PCX может производиться с глубиной 1, 4, 8 или 24 бит.

3) Если PCX - один из самых  простых для декодирования форматов  растровой графики, то TIFF (Tagged Image File Format, формат файлов изображения, снабженных тегами) - один из самых сложных. Файлы TIFF имеют расширение TIFF. Каждый файл начинается 8-байт заголовком файла изображения (IFH), важнейший элемент которого - каталог файла изображения (Image File Directory, IFD) - служит указателем к структуре данных. IFD представляет собой таблицу для идентификации одной или нескольких порций данных переменной длины, называемых тегами; теги хранят информацию об изображении. В спецификации формата файлов TIFF определено более 70 различных типов тегов. Например, тег одного типа хранит информацию о ширине изображения в пикселах, другого - информацию о его высоте. В теге третьего типа хранится таблица цветов (при необходимости), а тег четвертого типа содержит сами данные растрового массива. Изображение, закодированное в файле TIFF, полностью определяется его тегами, и этот формат файла легко расширяется, поскольку для придания файлу дополнительных свойств достаточно лишь определить дополнительные типы тегов.

Несмотря на свою сложность, файловый формат TIFF остается одним  из лучших для передачи растровых  массивов с одной платформы на другую благодаря своей универсальности, позволяющей кодировать в двоичном виде практически любое изображение  без потери его визуальных или  каких-либо иных атрибутов.

4) Большинство ведущих  специалистов-графиков, имеющих дело  с алгоритмом LZW, сталкиваются с  аналогичными юридическими проблемами  при использовании популярного  межплатформенного формата файлов  растровой графики GIF (Graphics Interchange Format - формат обмена графическими данными, произносится "джиф"), разработанного компанией CompuServe. Обычно для имени файлов GIF используется расширение GIF, и тысячи таких файлов можно получить в CompuServe.

Структура файла GIF зависит  от версии GIF-спецификации, которой  соответствует файл. В настоящее  время используются две версии, GIF87a и GIF89a. Первая из них проще. Независимо от номера версии, файл GIF начинается с 13-байт заголовка, содержащего сигнатуру, которая идентифицирует этот файл в  качестве GIF-файла, номер версии GIF и  другую информацию. Если файл хранит всего  одно изображение, вслед за заголовком обычно располагается общая таблица  цветов, определяющая цвета изображения. Если в файле хранится несколько  изображений (формат GIF, аналогично TIFF, позволяет в одном файле кодировать два и больше изображений), то вместо общей таблицы цветов каждое изображение  сопровождается локальной таблицей цветов.

5) Формат PNG (Portable Network Graphic - переносимый сетевой формат, произносится "пинг") был разработан для замены GIF, чтобы обойти юридические препятствия, стоящие на пути использования GIF-файлов. PNG унаследовал многие возможности GIF и, кроме того, он позволяет хранить изображения с истинными цветами. Еще более важно, что он сжимает информацию растрового массива в соответствии с вариантом пользующегося высокой репутацией алгоритма сжатия LZ77 (предшественника LZW), которым любой может пользоваться бесплатно.

6) Формат файла JPEG (Joint Photographic Experts Group - Объединенная экспертная группа по фотографии, произносится "джейпег) был разработан компанией C-Cube Microsystems как эффективный метод хранения изображений с большой глубиной цвета, например, получаемых при сканировании фотографий с многочисленными едва уловимыми (а иногда и неуловимыми) оттенками цвета. Самое большое отличие формата JPEG от других рассмотренных здесь форматов состоит в том, что в JPEG используется алгоритм сжатия с потерями (а не алгоритм без потерь) информации. Алгоритм сжатия без потерь так сохраняет информацию об изображении, что распакованное изображение в точности соответствует оригиналу. При сжатии с потерями приносится в жертву часть информации об изображении, чтобы достичь большего коэффициента сжатия. Распакованное изображение JPEG редко соответствует оригиналу абсолютно точно, но очень часто эти различия столь незначительны, что их едва можно (если вообще можно) обнаружить.

2.Векторный формат

В данном подразделе рассмотрим самые распространенные расширения графических файлов векторного формата.

1) Encapsulated PostScript (EPS) — расширение формата PostScript, данные в котором записываются в соответствии со стандартом DSС (английский, Document Structuring Conventions), но при этом c рядом расширений, позволяющих использовать этот формат как графический.

Формат EPS был создан компанией  Adobe на основе языка PostScript и послужил базой для создания ранних версий формата Adobe Illustrator.

В своей минимальной конфигурации EPS-файл имеет так называемый BoundingBox DSC comment — информацию, описывающую размер изображения. Таким образом, даже если приложение не может растеризовать данные, содержащиеся в файле, оно имеет доступ к размерам изображения и его preview.

Программа QuarkXPress версий 4, 5 и 6 не может растеризовать данные из EPS-файла, поэтому использует в верстке только preview — уменьшенную копию всего изображения, которая хранится в EPS-файле отдельно от основных данных. Программа Adobe InDesign версий CS-CS4 такого ограничения не имеет. Использование уменьшенной по качеству копии изображения предназначено для упрощения вывода изображения на экран и, как следствие, значительного ускорения работы с вёрсткой. Preview может быть записано в формате TIFF или WMF (только для РС) или вовсе опущено.

Формат используется в  профессиональной полиграфии и может  содержать растровые изображения, векторные изображения, а также  их комбинации.

Изображение, записанное в  формате EPS, может быть сохранено  в разных цветовых пространствах: Grayscale, RGB, CMYK, Lab, Multi-channel.

2) WMF (англ. Windows MetaFile) — универсальный формат векторных графических файлов для Windows приложений. Используется для хранения коллекции графических изображений Microsoft Clip Gallery. Формат разработан Microsoft и является неотъемлемой частью Windows, так как сохраняет последовательность аппаратно-независимых функций GDI (Graphical Device Interface), непосредственно выводящих изображение в заданный контекст графического устройства (на экран, на принтер и т.п.). Очень часто WMF неявно используется для сохранения образа окна вывода программы и его последующего восстановления, а также при переносе информации через буфер обмена (clipboard). Из MS Windows запись и чтение в файл этого формата осуществляются чрезвычайно просто и быстро, в других операционных системах поддержка этого формата бесполезна. Его понимают некоторые программы для Macintosh. На платформе Macintosh аналогичную роль играет формат PICT.

Также, файл CDR можно открыть  программой Corel Paint Shop Pro. Для лучшей совместимости, компания Corel рекомендует сохранять файлы в CorelDRAW формате CDR версии 9.0 или более ранней.