Формат для хранения растровых изображений со сжатием воспроизводящим не более 256 цветов

Обновлено: 18.09.2024

Форматы графических файлов. Растровые и векторные форматы.

Информация в разделе по материалам ВикипедиЯ

Формат TIFF

TIFF (англ. Tagged Image File Format) — формат хранения растровых графических изображений. TIFF стал популярным форматом для хранения изображений с большой глубиной цвета. Он используется при сканировании, отправке факсов, распознавании текста, в полиграфии, широко поддерживается графическими приложениями.

Структура формата гибкая и позволяет сохранять изображения в режиме цветов с палитрой, а также в различных цветовых пространствах:

Бинарном (двуцветном, иногда называемом чёрно-белым)
Полутоновом
С индексированной палитрой
RGB
CMYK
YCbCr
CIE Lab

Поддерживаются режимы 8, 16, 32 и 64 бит на канал.

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

Алгоритмы CCITT Group 3, CCITT Group 4 первоначально 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.

TIFF является теговым форматом и в нём используются основные, расширенные и специальные теги:

Основные теги составляют ядро формата и должны поддерживаться всеми продуктами, реализующими формат TIFF в соответствии со спецификацией. Поддержка расширенных тегов, в отличие от основных необязательна.

Формат JPEG

JPEG ( англ. Joint Photographic Experts Group, по названию организации-разработчика) — один из популярных графических форматов, применяемый для хранения фотоизображений. Файлы, содержащие данные JPEG, обычно имеют расширения .jpg, .jfif, .jpg, .JPG, или .JPE. Алгоритм JPEG позволяет сжимать изображение как с потерями, так и без потерь.

Алгоритм JPEG в наибольшей степени пригоден для сжатия фотографий и картин, содержащих реалистичные сцены с плавными переходами яркости и цвета. Наибольшее распространение JPEG получил в цифровой фотографии и для хранения и передачи изображений с использованием сети Интернет.

С другой стороны, JPEG малопригоден для сжатия чертежей, текстовой и знаковой графики, где резкий контраст между соседними пикселами приводит к появлению заметных артефактов. Такие изображения целесообразно сохранять в форматах без потерь, таких как TIFF, GIF или PNG.

JPEG (как и другие методы искажающего сжатия) не подходит для сжатия изображений при многоступенчатой обработке, так как искажения в изображения будут вноситься каждый раз при сохранении промежуточных результатов обработки. JPEG не должен использоваться и в тех случаях, когда недопустимы даже минимальные потери, например, при сжатии астрономических или медицинских изображений.

К недостаткам сжатия по стандарту JPEG следует отнести появление на восстановленных изображениях при высоких степенях сжатия характерных артефактов: изображение рассыпается на блоки размером 8x8 пикселов (этот эффект особенно заметен на областях изображения с плавными изменениями яркости), в областях с высокой пространственной частотой (например, на контрастных контурах и границах изображения) возникают артефакты в виде шумовых ореолов.

Однако, несмотря на недостатки, JPEG получил очень широкое распространение из-за достаточно высокой степени сжатия, поддержке сжатия полноцветных изображений и относительно невысокой вычислительной сложности.

Формат PDF

PDF (англ. Portable Document Format) — кроссплатформенный формат электронных документов, созданный фирмой Adobe Systems с использованием ряда возможностей языка PostScript. Чаще всего PDF-файл является комбинацией текста с растровой и векторной графикой, реже — текста с формами, JavaScript'ом, 3D-графикой и другими типами элементов. В первую очередь предназначен для представления в электронном виде полиграфической продукции, — значительное количество современного профессионального печатного оборудования может обрабатывать PDF непосредственно. Для просмотра можно использовать официальную бесплатную программу Adobe Reader, а также программы сторонних разработчиков. Традиционным способом создания PDF-документов является виртуальный принтер, то есть документ как таковой готовится в своей специализированной программе — графической программе или текстовом редакторе, САПР и т. д., а затем экспортируется в формат PDF для распространения в электронном виде, передачи в типографию и т. п. PDF.

Формат PDF позволяет внедрять необходимые шрифты (построчный текст), векторные и растровые изображения, формы и мультимедиа-вставки. Поддерживает RGB, CMYK, Grayscale, Lab, Duotone, Bitmap, несколько типов сжатия растровой информации. Имеет собственные технические форматы для полиграфии: PDF/X-1, PDF/X-3. Включает механизм электронных подписей для защиты и проверки подлинности документов. В этом формате распространяется большое количество сопутствующей документации.

Формат CALS

Растровый формат CALS (англ. Computer Aided Acquisition and Logistics Support) стардарт, разработанный подразделением министерства обороны США для стандартизации обмена графическими данными в электронном виде, особеннв в областях технической графики, CAD/CAM и приложений обработки изображений.

CALS - хорошо документированный, хотя и громоздкий, формат, в котором сделана попытка охватить многие вещи. Если вы не знакомы с документами правительства США, вам, вомзожно, покажется работа с данным форматом весьма сложной. Растровый формат CALS является необходимым в большинстве приложений, обрабатывающих документы правительства США. Поскольку все данные имеют байтовую организацию проблем типа "с какого конца разбить яйцо тупого или острого " никогда не возникает.

Характеристики формата CALS

Тип - Bitmap (битовая матрица)
Цвет - монохром
Сжатие - CCITT Group 4 или без сжатия
Максимальный размер изображения - неограничен
Несколько изображений в файле - да, только для Type II
Платформы - все

Формат BMP

BMP (от англ. Bitmap Picture) — формат хранения растровых изображений, разработанный компанией Microsoft. С форматом BMP работает огромное количество программ, так как его поддержка интегрирована в операционные системы Windows и OS/2. Файлы формата BMP могут иметь расширения .bmp, .dib и .rle.

Глубина цвета в данном формате может быть 1, 2, 4, 8, 16, 24, 32, 48 бит на пиксель, но глубина 2 бита на пиксель официально не поддерживается. При этом для глубины цвета меньше 16 бит используется палитра с полноцветными компонентами глубиной 24 бита. В формате BMP изображения могут храниться как есть или же с применением некоторых распространённых алгоритмов сжатия. В частности, формат BMP поддерживает RLE-сжатие без потери качества, а современные операционные системы и программное обеспечение позволяют использовать JPEG и PNG.

Формат PCX

PCX (PCExchange) — стандарт представления графической информации, не столь популярный аналог BMP, хотя поддерживается специфическими графическими редакторами, такими как Adobe Photoshop, Corel Draw, GIMP и др. В настоящее время практически вытеснен форматами, которые поддерживают лучшее сжатие: GIF, JPEG и PNG.

Тип формата — растровый. Большинство файлов такого типа использует стандартную палитру цветов, но формат был расширен из расчета на хранение 24-битных изображений. PCX — аппаратно-зависимый формат. Предназначается для хранения информации в файле в таком же виде, как и в видеоплате. Для совместимости со старыми программами необходима поддержка EGA-режима видеоконтроллером. Алгоритм такого сжатия очень быстрый и занимает небольшой объём памяти, однако не очень эффективен, непрактичен для сжатия фотографий и более детальной компьютерной графики. Используется сжатие без потерь. При сохранении изображения подряд идущие пиксели одинакового цвета объединяются и вместо указания цвета для каждого пикселя указывается цвет группы пикселей и их количество. Такой алгоритм хорошо сжимает изображения, в которых присутствуют области одного цвета.

Достоинства формата

возможность создания ограниченной палитры цветов (например, 16 или 256 цветов);
поддерживается большим количеством приложений.

Недостатки формата

не поддерживает цветовые системы, отличные от RGB;
многочисленные варианты, особенно при работе с цветами, могут делать работу с файлом невозможным;
неудобная схема сжатия в действительности может увеличивать размеры некоторых файлов.

Формат PNG

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

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. 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.

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.

Формат Sun Raster

Формат изображений Sun Raster это родной растровый формат платформ Sun Microsystems использующих операционную систему SunOS. Этот формат поддерживает черно-белые, полутоновые и цветные растровые данные произвольной глубины цвета. Поддерживается также использование цветовых карт и простой компрессии данных Run-Length. Обычно большинство изображений в операционной системе SunOS представлены в формате Sun Raster. Также этот формат поддерживается большинством программ работы с изображениями под UNIX.

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 .jpg. 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.

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.

На дворе 1986 год. Форматы PCX и TGA начинают обеспечивать зрелищами счастливых обладателей обычных десктопов. Но ведь домашними компьютерами дело не ограничивается, есть ещё предприятия и университеты. А у них уж мощные машины и сканеры, а в среде сканеров… бардак и безобразие. Задача сканера — перевести изображение на бумаги в цифровой формат, а этот формат был у каждого производителя свой.

Представьте на минутку, Вы делаете скан какого-нибудь Важного Чертежа, несете его в типографию, а там говорят, что прочитать его не могут. Придется перегонять его в другой формат, а лучше вообще просто принести фотокопию для надежности. Обидно.

Оборотной стороной такой расширямости, впрочем, стало непомерное раздувание спецификации. Попытки Aldus (а затем и купивший его Adobe) объять необъятное повлияли на энтузиазм других разработчиков не в лучшую сторону.

Формат для обмена картинками

Новый формат TIFF, обладая шикарными преимуществами, годился только для печатного дела: первая ревизия предусматривала только черно-белые изображения без полутонов. А в 1987 году уже появились видеокарты VGA с палитрой до умопомрачительных 256 цветов. TGA и PCX (с допиливанием) позволяли хранить пресловутые 256 цветов, но размер файла увеличивался вдвое, а то и больше — простенький RLE на большой палитре работал значительно хуже.

Но как можно выйти из такого положения? Можно по-технарски, вырезать лишние поля, не ставить ненужные, и использовать мощный алгоритм сжатия. Можно использовать гуманитарную смекалку, и что-то похожее на картинку показывать ещё до полной загрузки, и тогда пользователю субъективно будет казаться, что всё грузится быстрее.

GIF: Структура

Чтобы узнать, что умеет GIF и как он устроен, залезем в документацию. Раньше формат был запатентован, но эти патенты истекли уже десяток лет назад, и все хранится в открытом доступе.

Заголовок

Что изображено на картинке? Если один квадрат, то у Вас Firefox или Chrome. Если два, то IE. Если три, то Opera (которая ещё на Presto).

Блок описания логического экрана

Логический экран — это просто прямоугольная область, выделенная под отображение графики, по смыслу что-то вроде порта просмотра. GIF может содержать несколько изображений, и они могут быть меньше по размеру, чем логический экран. Более того, в GIF87a эти изображения не являются кадрами анимации, а скорее слоями.

Итак, блок описания логического экрана всегда занимает 7 байт. Первыми идут размеры — два байта на ширину и два байта на высоту (UInt16LE). Получается, максимальный размер — 65535×65535 пикселей. В спецификации не указано, что ширина или высота обязаны быть больше нуля, но осознание этого не дает нам ничего, кроме разве что курьезности.

Тут следет сделать важное замечание: если файл GIF версии 87a, Firefox и Chrome всегда игнорируют это поле, и используют в качестве размера логического экрана размер первого изображения. Opera и IE поступают так же только в случае, если координаты первого изображения нулевые.

Файлы идентичны, за исключением версии — слева 87a, справа 89a. В Opera и IE они одинаковые, в Firefox и Chrome нет. Из-за вертикального выравнивания на Хабре это не очень заметно, на размеры этих картинок получаются разными.

Далее следует один байт, содержащий в себе несколько полей. Седьмой бит (старший) указывает, есть ли глобальная палитра, а биты с 0 по 2 определяют её размер (от 2 1 до 2 8 ). Оставшиеся 4 бита за давностью лет смысл потеряли.

Следующее поле — один байт, указывающий на цвет фона в глобальной палитре (если она используется). Этим цветом должны быть залиты все области логического экрана, не занятые ни одним из изображений. В теории. На практике же это требование выполняют только Photoshop и IrfanView. Распространенные браузеры незанятое место оставляют прозрачным. А у Оперы 12 есть интересный бажок: если GIF версии 87a, и в нем содержится более одного изображения, это пустое место заливается чёрным.

Последний байт описания логического экрана содержит информацию о пропорциях пикселей. Браузерами этот параметр игнорирутеся, и все пиксели считаются квадратными.

Здесь должен быть круг, но вместо этого отображается эллипс. Чтобы Вы не думали, что я обманываю, попробуйте открыть этот файл в фотошопе.

Глобальная палитра

Если флажок глобальной палитры выставлен в 0, её просто нет. А если есть, то размер всего блока в байтах равен количеству цветов в палитре помножить на три. Принцип заполнения: RGB RGB RGB…, точно так же, как в PCX.

Файл без палитры. В Файрфоксе, Хроме и старых IE видим черный прямоугольник, в Опере — прозрачный. Фотошоп считает, что палитра — 256-цветовой greyscale. А, вот, IE10 и IrfanView следуют рекомендациям спеки, и изображение легко читается.

На этом месте заканчиваются обязательные, фиксированные поля формата, и начинаются опциональные.

Изображение

Тут хранятся сами растровые данные и их расположение относительно логического экрана. В файле может быть любое количество изображений — от нуля до бесконечности.

Далее следует четыре двухбайтовых целых: две координаты положения левого верхнего края изображения относительно логического экрана и ширина/высота самого изображения. По спецификации правый нижний край изображения не должен выходить за пределы логического экрана.

Далее байт с упакованными полями. Старший бит: есть ли у изображения локальная палитра, три младших: какого размера, примерно так же, как и в описании логического экрана. 6-й бит отвечает за порядок сканирования: построчное (прогрессивное) или чересстрочное (интерлейс). Описывать, как выглядит загрузка чересстрочного изображения, думаю, не надо, все тыщу раз это видели, но на всякий случай, вот шикарная статья с картинками.

После этого, как и в описании логического экрана, следует непосредственно локальная палитра, если она есть.

Кстати, раз уж пошла речь, Вы же уже догадались, каким образом на одном логическом экране GIF можно отобразить более 256 цветов?

Следующий байт — размер кодов LZW. В потоке сжатых данных LZW длина изначального словаря не указывается, и её нужно указывать отдельно. Но к этому мы ещё вернемся.

Упаковка данных произвольной длины

Потом в изображении идут непосредственно сжатые LZW данные. Но хранятся они не простым шматком данных с указанной длиной, а упаковываются в блоки. (Видимо, чтобы избежать при кодировании произвольного IO и излишнего потребления памяти.) Принцип упаковки: один байт длины блока, n байтов данных, один байт длины блока, n байтов данных, и так далее, пока данные не кончатся. А на окончание данных указывает блок длиной 0.

Например, известную панграмму про шуструю лисицу можно упаковать вот так:

\x2B The quick brown fox jumps over the lazy dog \x00

А можно и по-другому, потратим на один байт больше, но ошибкой это считаться не будет:

\x20 The quick brown fox jumps over t \x0B he lazy dog \x00

Вообще, можно вообще хоть по одному байту на блок использовать, тогда упакованные данные будут вдвое больше, чем исходные. А из буханки белого (или черного) хлеба можно сделать троллейбус.

Расширения

Всего типов блоков расширения четыре: расширение управления графикой, текстовое расширение, комментарий и расширение приложения. Все блоки опциональны, что делает формат GIF89a обратно совместимым с 87a.

Расширение управления графикой

Дальнейшие поля упакованы так же, как и сырые данные изображения — длина блока, n байт, длина блока, n байт. Иное дело, что по спецификации это всегда один блок длиной 4 байта. Зачем вообще надо было разбивать на блоки — даже разбираться не хочется, видимо, так было проще.

Так или иначе, первый из этих четырех байтов — набор битовых полей. Три старших бита зарезервированы. Далее три бита, образуя целое от 0 до 7, указывают на то, что следует сделать с кадром перед тем, как показать следующий. 0: ничего (не определено); 1: ничего (оставить все как есть); 2: очистить экран; 3: вернуть то, что было до этого кадра; значения 4-7 зарезервированы.

Младший бит указывает, считается ли какой-нибудь из цветов палитры прозрачным.

Два следующих байта образуют UInt16, указывающий, сколько сотых секунды нужно подождать перед показом следующего кадра. Таким образом, задержка может быть в интервале от 0 до 655,35 секунд.

Расширение приложения

Это расширение создано для того, чтобы позволять приложениям записывать в GIF свои проприетарные метаданные. Формат уже знакомый: два байта маркера- сигнатуры, 0x21 0xFF , остальное блоки с указанием длины перед ними. И опять длина первого блока строго фиксирована: 11 байт, которые идентифицируют приложение. Последующие же блоки могут быть любой длины и содержать что угодно.

Сейчас эту конструкцию понимают все браузеры, а если её нет, считается, что анимация не зациклена.

Остальные расширения приложений в целях уменьшения размеров файла можно смело выкашивать.

Текстовое расширение

Это расширение нужно для того, чтобы рисовать на логическом экране произвольный текст. Указываем размеры глифов в пикселях, размер текстового поля, положение относительно логического экрана, и вуаля! Можно не просто слайдшоу или презентацию, а вообще визуальную новеллу сделать.

Но увы, реальной поддержки этого расширения нет. В природе этот вид не встречается, из красной книги вычеркнут. А мы с Вами идем дальше.

Комментарий

Последнее расширение самое простое. Два байта-маркера 0x21 0xFE , а далее произвольное содержимое, упакованное в блоки.

Замыкающий блок

Эта конструкция по спецификации является обязательной, не забывайте про нее.

Фух! Кажется, по структуре всё. Честно сказать, я сам ожидал, что она будет проще. Если вдруг возникли какие-то недопонимания, из-за стиля изложения или перевода терминов, можно ознакомиться с официальной спецификацией GIF89a. Также очень советую программку GIF opener, ей сто лет в обед, но лучше для низкоуровневого редактирования gif я пока ничего не видел.

Алгоритм Лемпеля-Зива-Велча

Теперь, когда мы осмотрели окрестности, окнунемся в самое сердце GIF — алгоритм Лемпеля-Зива-Велча, он же LZW. Прежде всего стоит отметить, что этот алгоритм словарный. Давайте посмотрим, что это значит.

Сжатие со словарем, простой пример

Словарное сжатие — прямое развитие идеи RLE. В общем и целом принцип такой: ищем повторяющиеся значения и заносим их в словарь, а затем в нужном месте делаем указание на элемент словаря. Таким образом, сжимаются не только одинаковые значения подряд, но и группы разных значений, между которыми может быть определенное расстояние.

Для примера возьмем такую строку:

АБРАКАДАБРА С ХАБРАХАБРА

1=АБРА; 1КАД1 С Х1Х1

1=АБРА,2=Х1; 1КАД1 С 22

Хм… вроде бы мы и заменили больше повторяющихся значений, а строка получилась длиннее. Увы, словарь тоже нужно хранить, и чем он больше, тем больше накладные расходы.

Разумеется, с этим пытаются как-то бороться. Например, алгоритм LZ77 формально считается словарным, но в качестве словаря там выступают сами декодированные данные — декодеру дается команда вернуться на n байт назад и скопировать оттуда m байт. Подробнее о LZ77 можно почитать в этой статье за авторством уважаемого horror_x.

LZW: общий принцип кодирования

Теперь нужно выбрать кодировку этой строки. Использование многобайтовой кодировки сильно усложнит пример, так кто UTF-8 отложим напотом. Прах семибитных кодировок, таких как КОИ-7 Н1 (ГОСТ 13052-74), тревожить не будем. Выберем какую-нибудь восьмибитную, например всеми любимую CP866.

Таким образом, изначальный словарь будет идентичен CP866:

Этот словарь уже заполнен, и добавить в него ничего не получится. Но в LZW в словарь всегда должна быть возможность добавить новую запись. Как только предыдущей длины кодов начинает для этого не хватать, её нужно увеличить:

Теперь все полученные биты (из второй колонки) выписываем в строчку, группируем по 8 байт и готово. Вместо 24×8 = 192 бит получили 18×9 = 162 бита. 15% экономии, при том, что RLE тут вообще ни одного бита не убрал бы.

Жадность — это скверно

Сжатие одинаковых значений

Этот подход работает не только с одинаковыми буквами, но и с более длинными последовательностями:

LZW в GIF

Ну что же, на кошках потренировались, теперь переходим к реальным действиями. Создадим GIF с вот таким нехитрым изображением.

Для удобства увеличено в 8 раз, настоящие размеры: 11×6 пикселей, высота каждой полосы 2 пикселя.

А чей это флаг? Ничей. Просто три горизонтальные полосы. Но если удобнее, можно считать это флагом Суверенной Цветовой Модели RGB.

Размер палитры выбираем точно так же, как в PCX,— как можно меньше. В изображении всего три цвета, так что будем использовать палитру из 4 цветов. Напомню, что для LZW порядок цветов в палитре значения не имеет, только длина кодов. Изображение в файле будет одно, так что нам без разницы, локальная это будет палитра, или глобальная. Пусть будет глобальной.

Интерлейс использовать не будем, пиксели будем выбирать просто слева направо, сверху вниз. Размер логического экрана 11×6, размер изображения такой же, размер кодов 2 бита, поехали!

Итого, изначальный словарь у нас выглядит так:

Начинаем кодирование с кода CC . Так предписывает спецификация. Добавляет ли этот код что-то в словарь, или нет, неизвестно, потому как он сразу же сбрасывается на исходный.

Зачем этот код нужен в начале потока, неизвестно. То ли это обход какого-то бага в первой имплементации смотрелки, которую уже успели раздать клиентам. То ли в прототипе спецификации так определялась исходная длина кодов (количество битов-нулей как раз ей равна). То ли просто паранойя.

Далее код первого пикселя. Если в PCX мы четыре пикселя с возможным значением от 0 до 3 склеивали в один байт, то в GIF этого делать не нужно.

Далее описанный выше приём: используем запись словаря одновременно с её добавлением.

Словарь заполнился, и его нужно увеличить на один бит. Следующая запись будет занимать уже 4 бита.

Продолжаем так же, с зелёными пикселями.

Снова увеличиваем длину кодов.

Наконец, указываем маркер конца данных.

Теперь полученные биты пакуем по восемь штук в байт, от младшего к старшему. Из последовательности (100) (000) (110) (111) (1000) … получим:

А к полученным 13 байтам не забываем дописать в начале длину блока ( 0x0D = 13) и 0x00 в конце, чтобы показать, что изображение закончено.

И вот, наконец, что получилось: . Кажется, работает.

Сброс словаря

Если присмотреться, то окажется, что из трех одинаковых по размеру полос на красную пришлось 25 бит, на зеленую — 31, а на синюю уже 35. А как же, пришлось увеличивать размер кодов, чтобы работать с разрастающимся словарем.

Вернемся к концу красной полосы:

Сбросим словарь, и продолжим кодирование.

Получилось 90 бит, а суммарный размер файла уменьшился с 52 до 51 байта, при том, что остался читаемым: . А вот, кстати, gifsicle, тулза номер один для сжатия GIF, так сжать уже не может.

Нестандарт

Если Вы счастливый обладатель браузера, в котором она не показывается, отпишитесь, пожалуйста, в комментах.

Анимированный GIF

Композиция

Тут следует начать с главного: если на логическом экране 800×600 с новым кадром поменялся только квадратик 2×2, то имеет смысл сделать кадр размером 2×2, а не 800×600. Думаю, это логично. Но, увы, не все программы обработки изображений заморачиваются таким анализом, и львиная доля оптимизации GIF приходится именно на исправление этой тривиальной ошибки.

А теперь к деталям, а именно к полю Disposal Method расширения изображения, которое указывает, что делать с кадром перед тем, как показывать новый. Немного повторюсь:

Значения 0 и 1 разными формулировками указывают рендереру ничего не делать. Т.е., пиксели следующего кадра рисовать прямо поверху (кроме прозрачных, само собой).

Значение 2 — перед показом нового кадра удалить с логического экрана всё. По спецификации логический экран должен быть заполнен фоновым цветом, на практике он становится полностью прозрачным.

Значение 3 самое интересное — перед показом следующего кадра вернуть всё, как было до показа текущего кадра. Так что, при кодировании, скажем, пятого кадра стоит определить разницу не только со четвертым, но и с третьим — вдруг так сожмется лучше.

Прозрачный цвет

Обратите внимание, прозрачный цвет указывается для каждого изображения, даже если используется глобальная палитра. Что нам может это дать? Посмотрим на картинку:

Сколько тут цветов? Красный, зеленый, синий, желтый и прозрачный — пять. Именно так думают GIMP и Photoshop. Но они ошибаются — тут только четыре цвета. Все четыре изображения-кадра абсолютно одинаковы, и используют глобальную палитру. Разница только в расширениях изображения, которые стоят перед ними, каждый цвет поочередно объявляется прозрачным.

Палитра и размер кодов

Хотя размер кодов LZW обычно и равен размеру (в количестве битов) палитры, такого требования в спеках нет. Нужно только чтобы сами кодируемые значения ссылались на существующие индексы палитры, а так можно хоть 24-битные коды использовать, если места не жалко.

Соответственно, можно использовать размеры кодов меньше, так что не все индексы палитры будут доступны. На первый взгляд, это как-то бессмысленно, однако и этот приемчик может пригодиться.

Картинкой для примера будет… хм… а давайте опять НЛО! Анимация пусть будет несложной, всего два кадра.

Глобальная палитра в 8 цветов:

В первом кадре используем все восемь, при этом указываем, что цвет по смещению 0 (светло-синий) считается прозрачным.

Во втором же кадре нам понадобится только два первых цвета глобальной палитры: светло-синий и серый. И прозрачным на этот раз будет серый цвет (по смещению 1). И вот тут-то мы можем уменьшить размер кодов LZW до двух битов. При этом получится, что из восьми цветов мы сможем закодировать только цвета от 0 до 3, но ведь больше-то нам и не надо. Можно было бы и до одного, но по спецификации минимальный размер кодов — 2.

Проверяем, работает ли?

Работает. Ну, тогда склеиваем GIF'ки в одну и вуаля!

Какая боль! Но факт в том, что для столь разных форматов изображений есть причина. Некоторые из них лучше работают с определенными типами изображений. У каждого есть плюсы и минусы, преимущества и недостатки, ограничения и проблемы использования. Вам следует знать, что к чему, получить представление хотя бы об основах. Это поможет сохранить профессиональный имидж в будущем. Следует подумать над тем, как ваше изображение будет использоваться сейчас и в будущем. Масштабы, разрешения — все имеет значение.

Давайте рассмотрим некоторые популярные идеи и термины, наиболее востребованные форматы изображений, а также их плюсы и минусы. Экспертом после этого вы не станете, но зато сможете избежать головной боли после очередной дискуссии с вашими заказчиками или коллегами-дизайнерами.

В этой статье

1. Основы работы с файлами изображений

Любая графика, которую вы видите в Интернете, представляет собой файл изображения в определенном формате. Практически все, что вы видите напечатанным на бумаге, пластике или одежде, изначально было получено из файла изображения. Каждый формат имеет конкретное (иногда в нескольких вариантах) применение. Выбор правильного формата жизненно важен для получения изображения именно таким, каким хочется вам. Выбор неправильного формата может привести к серьезному снижению качества или даже к полной потери файла.

Существует два типа форматов изображений: файлы векторной графики и файлы растровой графики.

1.1. Векторная и растровая графика

Не вдаваясь в подробности, растровые файлы состоят из отдельных пикселей, каждый из которых содержит данные о цвете. Все изображение представляет собой невероятно сложную комбинацию разноцветных точек. По этой причине такие файлы имеют большой размер. Фотографии — это растровые изображения. Качество зависит от количества пикселей на дюйм (PPI, pixels per inch) и размеров изображения. Растровые изображения нельзя увеличить без потери четкости и качества.

Векторные файлы намного меньше, потому что не содержат данных о каждом пикселе в отдельности. Вместо этого они состоят из путей или связей (все основано на сложной математике, не заморачивайтесь). Благодаря такой системе векторные изображения можно масштабировать без потери качества. Это позволяет, например, обеспечить быстрый отклик изображения на увеличение при работе с веб-сайтами. Однако такие файлы по-иному распознают цветовые градации и смешивание (блендинг).

Ключ к правильному выбору — четкое понимание, что вы хотите создать и как планируете использовать готовое изображение. К фото для разового использования идеально подойдёт растровый формат с высокой детализацией, а для универсального логотипа с множеством областей применения — векторный.

1.2. Размер файла в форматах изображения

Ещё один важный аспект — размер (вес) файла. Размер файла — это объем места, который файл занимает в вашем хранилище (например на жестком диске компьютера). Файлы изображений, особенно растровые, содержат огромное количество информации. Важно извлечь из этого пункта урок, используя инструменты сжатия, такие как TinyPNG. Инструменты сжатия могут уменьшить размер файла до 80%, тем самым экономя ваше пространство, ваше время на передачу данных и позволяя отправлять файл онлайн. Это также важно для скорости браузера.

Сжатие без потерь: фактически никакая информация не удаляется. Это часто очень важно, когда нужно поддерживать качество.
Сжатие с потерями: удаление ненужной информации и уменьшение сложности существующей информации.

Таким образом, сжатие с потерями может уменьшить размер файла намного больше, чем сжатие без потерь, но снизит качество.

1.3. Поддержка форматов изображения браузерами

Хотя некоторые форматы изображений чрезвычайно полезны, они могут поддерживаться не всеми браузерами. Если вы хотите загрузить какой-либо формат изображения на свой сайт, убедитесь, что он поддерживается хотя бы самыми популярными из них.

2. Новые форматы изображений в 2021 году

Интернет — динамично развивающаяся индустрия, новые форматы изображений появляются постоянно. Вот несколько самых важных из них, о которых вы услышите совсем скоро.

2.1. WebP

WebP от Google — это современный формат изображений, который обеспечивает лучшее сжатие как без потерь, так и с потерями для веб-изображений. Меньшие изображения делают Интернет быстрее, и WebP работает над созданием этих меньших изображений, но при этом сохраняет их выразительность. WebP также поддерживает набирающие популярность анимированные изображения и не останавливается на достигнутом. Он все еще в разработке, но, несомненно, обретет значимость.

Посетите Google Developers , чтобы узнать больше о формате WebP.

Скорость и размер
Поддержка прозрачности
Поддержка анимации

2.2. HEIF

Вы можете узнать больше о HEIF в Википедии.

Очень легкий
Отличное качество
Поддержка анимации
Поддержка прозрачности

2.3. AVIF

Самый легкий формат файла
Поддержка прозрачности
Поддержка анимации
Высокий динамический диапазон
Широкая цветовая гамма

* Ожидается, что в ближайшее время он будет доступен во всех популярных браузерах, поскольку кодеки имеют открытый исходный код и его легче адаптировать

3. Растровые форматы изображений

Как мы упоминали выше, растровые изображения состоят из серии пикселей или точек, образующих изображение. JPEG, GIF и PNG — все это расширения растровых изображений. Обычно форматы растровых изображений используются для фотографий и цифровых изображений, а также для веб-графики и контента социальных сетей. Растровые файлы необходимо сохранять в размерах, в точности соответствующих их применению, поскольку попытка масштабирования повлияет на качество. Вот основные форматы файлов растровых изображений.

3.1. PNG

Идеально для: веб-графики

Встроенная прозрачность
Отличная поддержка браузерами
Сжимает без потери качества
Отличный подбор цветов и высокое цветовое разрешение

Не подходит для полиграфии
Большие размеры файлов

3.2. JPEG

Идеально для: веб-графики, непрофессиональной печати, электронной почты, PowerPoint

Потенциально меньший размер файла, включая выбор степени сжатия — отлично подходит для отправки по электронной почте
Отличная поддержка браузера, совместимая почти со всем программным обеспечением
Высокое разрешение, идеально подходит для печати
Быстрая загрузка

Нет прозрачности
Довольно тяжелый
Сжатие с потерями: вы потеряете некоторую информацию и не сможете отредактировать её после сжатия
Плоский формат изображения: внесённые изменения нельзя отменить

3.3. GIF

Идеально для: анимации, маленьких иконок.

Отлично подходит для небольших анимаций
Отличная поддержка браузерами
Прозрачность
Быстрая загрузка

Цветопередача не более 256 цветов (не очень подходит для фотографий)
Плоский формат, внесенные изменения нельзя отменить
Размер несжатого файла может быть огромным

3.4. RAW

Идеально для: фотографии.

Имеет метаданные, необработанная, наиболее подробная версия файла
Высокое качество

Огромный размер файла
Перед редактированием может потребоваться конвертация
Принтеры не печатают изображения в формате RAW

3.5. TIFF

Несмотря на способность изображений TIFF восстанавливать свое качество после манипуляций, вам следует избегать использования этого типа файлов в Интернете — он может загружаться бесконечно. Файлы TIFF обычно используются при сохранении фотографий для печати, в настольных издательских системах или архивных копиях.

Идеально подходит для: сохранения фотографий, настольных издательских систем (НИС), архивирования.

Огромный размер файла
Не все приложения поддерживают многостраничные файлы TIFF

3.6. BMP

BMP — это стандартный проприетарный формат для Microsoft Windows. Это формат растрового изображения очень высокого качества (без сжатия), но, следовательно, большого размера файла. Он хорош для фотографий и других очень подробных изображений.

Идеально для: высококачественных детализированных изображений, таких как архивы, фотографии и т. д.

Качественный
Поддерживается практически всеми системами

Большой размер файла, без сжатия
Не поддерживает CMYK

3.7. PSD

Идеально для: редактирования перед конвертацией.

Может работать как с вектором, так и с растром
Поддержка слоев, прозрачности, эффектов
Чрезвычайная гибкость
Работает с видео и анимацией.
Функции веб-оптимизации и изменения размеров

Только для работы в Photoshop
Необходимо конвертировать перед отправкой или печатью
Могут быть больших размеров

4. Векторные форматы изображений

Итак, мы рассмотрели ряд растровых форматов. Форматы векторных изображений хоть и не такие подробные, зато гораздо более гибкие. Это мастер-файлы, который можно использовать для различных целей и масштабировать в соответствии с вашими требованиями. Используется для цифровых иллюстраций, шрифтов, брендов, логотипов, значков и т. д. Форматы векторных изображений работают хорошо, потому что они не теряют деталей и остаются идентичными независимо от размера.

4.1. SVG

Идеально для: любой веб-графики

Очень легкий
Может использоваться для анимации
Может использоваться для интерактивной графики, инфографики и диаграмм
Может быть добавлен непосредственно в HTML без ссылки на изображение

Не лучший выбор для большой глубины цвета
Не оптимизирован для печати

4.2. PDF

PDF-файлы Adobe довольно распространены. Вы, несомненно, видели их при загрузке изображений. PDF (Portable Document Format) позволяют просматривать формат без специального программного обеспечения с любого устройства, хотя у вас должна быть бесплатная программа для чтения Adobe PDF. Таким образом, это отличный инструмент для обмена графикой, поскольку он работает на всех устройствах, браузерах, приложениях и операционных системах. Adobe Illustrator и Photoshop могут экспортировать прямо в PDF, будучи готовыми к печати. Есть опции редактирования, но в качестве дополнения.

Идеально для: просмотра и / или печати многостраничных документов с различными элементами.

Готов к печати (предпочтительный формат для передачи на большинство принтеров)
Отлично подходит для документов, содержащих текст и графику: плакаты, брошюры, листовки и журналы
Легко загружать и распечатывать несколько страниц

Опции редактирования являются дополнительными
Может потребоваться конвертация в другие форматы

4.3. EPS

EPS или Encapsulated PostScript — это в первую очередь формат векторных изображений, хотя он может включать растровые данные. Файлы EPS можно открывать и создавать практически во всех программах для дизайна, включая CorelDraw и Adobe Illustrator. Они идеально подходят для создания графики с очень высоким разрешением для печати.

Идеально для: иллюстраций и рисунков.

Универсальный формат, просматриваемый во многих приложениях
Может быть преобразован в растровую графику
Автоматическое разрешение

Редактирование ограничено определенными приложениями
Некоторые принтеры не любят EPS
Плохо поддерживается браузерами

4.4. AI

AI — это формат, используемый Adobe Illustrator. Он очень популярен среди дизайнеров, поскольку является надежным форматом для всех видов проектов, будь то веб-сайты или печатные издания. Используется в основном в векторе, но может включать встроенные и связанные растровые изображения и экспортироваться в другие форматы для просмотра, печати, редактирования и использования в Интернете. AI поддерживается не во всех браузерах, поэтому необходимо подумать об их преобразовании.

Идеально для: проектов Adobe Illustrator

Отличное редактирование векторных иллюстраций.
Отлично подходит для комбинированных (вектор + растр) проектов, таких как плакаты, листовки, брошюры и т. д.

Поддерживается не всеми браузерами
Ограниченное редактирование растра

4.5. CDR

Файл CDR — это расширение CorelDRAW для использования со всеми приложениями Corel, такими как Corel Paintshop Pro и CorelDRAW Graphics Suite. Это файл векторной графики, в котором хранится закодированное цифровое изображение, которое сжато и может быть открыто и обработано в программе для редактирования векторных изображений. Он широко используется в индустрии дизайна для художественных работ и различных графических данных, таких как брошюры, таблоиды и открытки.

Идеально для: проектов CorelDRAW

Транформируемый
Популярен в художественном сообществе
Масштабируемый

Только для использования в приложениях Corel, поддерживаемых Windows
Только для двухмерных изображений

В заключение

Выбор формата изображения файла зависит от его использования. Исходя из этого, вы можете определиться, использовать растр или вектор, и уже отсюда сузить область поисков. Нет бойтесь запутаться в названиях. Просто сделайте выбор и придерживайтесь его для изображений, которые используются идентичным образом. Ключевые точки внимания — это размер и хранение, которые важны для детализации, качества и скорости. Эта краткая статья охватывает основные моменты и, надеюсь, является хорошей базой, после знакомства с которой вы сможете окунуться в мир форматов файлов. Или, по крайней мере, научитесь понимать некоторые проблемы и потребности различных форматов изображений 🙂

Не забудьте подписаться на наш Telegram канал с актуальными новостями о фотостоках и интересной информацией. Коротко и полезно.

Читайте также:

Формат для хранения растровых изображений со сжатием воспроизводящим не более 256 цветов

Форматы графических файлов. Растровые и векторные форматы.

Формат TIFF

Формат JPEG

Формат PDF

Формат CALS

Формат BMP

Формат PCX

Формат PNG

Формат Sun Raster

Основы растровой графики

Форматы хранения изображений в растровой графике

Формат BMP

Формат TIFF

Формат GIF

Формат JPEG

Формат JPEG 2000 (jp2)

Формат PNG

Формат WMF

Форматы PSD и CDR

Рекомендации по использованию различных форматов растровой графики

Использование GIF

Использование PNG

Использование JPEG

Использование TIFF

Использование BMP

Заключение

Формат для обмена картинками

GIF: Структура

Заголовок

Блок описания логического экрана

Глобальная палитра

Изображение

Упаковка данных произвольной длины

Расширения

Расширение управления графикой

Расширение приложения

Текстовое расширение

Комментарий

Замыкающий блок

Алгоритм Лемпеля-Зива-Велча

Сжатие со словарем, простой пример

LZW: общий принцип кодирования

Жадность — это скверно

Сжатие одинаковых значений

LZW в GIF

Сброс словаря

Нестандарт

Анимированный GIF

Композиция

Прозрачный цвет

Палитра и размер кодов

В этой статье

1. Основы работы с файлами изображений

1.1. Векторная и растровая графика

1.2. Размер файла в форматах изображения

1.3. Поддержка форматов изображения браузерами

2. Новые форматы изображений в 2021 году

2.1. WebP

2.2. HEIF

2.3. AVIF

3. Растровые форматы изображений

3.1. PNG

3.2. JPEG

3.3. GIF

3.4. RAW

3.5. TIFF

3.6. BMP

3.7. PSD

4. Векторные форматы изображений

4.1. SVG

4.2. PDF

4.3. EPS

4.4. AI

4.5. CDR

В заключение