Форматы графических изображений

1. ФОРМАТЫ ГРАФИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

1

2.

Способ организации информации в
файле носит название формата
Все множество форматов, используемых для
записи изображения, можно условно разделить
на три категории:
хранящие изображение в растровом виде (BMP,
TIFF, PCX, PSD, JPEG, PNG, GIF);
хранящие изображение в векторном виде (WMF);
универсальные, совмещающие векторное и
растровое представления (EPS, PICT, CDR, AI, FH9,
FLA и т. п.).
2

3. РАСТРОВЫЕ ФОРМАТЫ

Растровый файл представляет собой
прямоугольную таблицу или матрицу (bitmap), в
каждой ячейке или клетке которой установлен
пиксел. Поэтому считывание информации из
файла растрового изображения с помощью
компьютера сводится к выполнению ряда
последовательных процедур, в ходе которых:
1) сначала определяется размер изображения в
виде произведения числа пикселов по
горизонтали на число пикселов по вертикали;
2) затем — размер пиксела;
3) и наконец, битовая глубина, характеризующая
информационную емкость пиксела в битах.
3

4. РАСТРОВЫЕ ФОРМАТЫ

1
2
3
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
Растровое изображение (растр) напоминает сетку или таблицу пикселов, которая
в простейшем черно-белом варианте состоит их двух типов клеточек:
белые или черные, которые могут быть закодированы соответственно
нулем или единицей.
4

5. СЖАТИЕ КАК СПОСОБ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ РАЗМЕРОВ РАСТРОВЫХ ФАЙЛОВ

Экспериментальное исследование
Сначала оценим размеры файла растрового изображения.
Возьмем журнал мод и выберем в нем иллюстрацию
побольше. Предположим, что ее линиатура равна 100 lpi.
Оценим размеры иллюстрации, считая, что для реализации
такой линиатуры достаточно сканировать иллюстрацию с
разрешением 150 ppi.
Измерим размер страницы в дюймах и переведем его в
пикселы. Вспомним, что в режиме True Color каждый цвет
имеет 256 градаций яркости, а основных цветов — 4
(поскольку печать на бумагу идет в формате CMYK).
Поэтому на кодировку одного пиксела тратится 4 байта.
Считаем количество байтов. Получилось что-то порядка 5-8
Мбайт.
А теперь посчитаем сколько страниц текста можно записать
в файле такого объёма. Полагаем, что в одной странице
содержится 3000 знаков и пробелов.
5

6. ЕЩЁ ОДИН ПРОСТЕЙШИЙ ПРИМЕР

Допустим, мы хотим сохранить изображение
чёрного квадрата размером 100х100 пикселов в
24-битном цвете (т.е. по 3 байта на пиксел). Если
записывать его в таком виде, то в итоге у нас
получится 30 000 байт. Однако можно сделать подругому: запишем цвет пиксела (чёрный, три
байта) и число одноцветных последовательных
пикселов (то есть все 30 тысяч). Получаем на ту
же самую картинку, грубо говоря, 30 байт. Т.е.
сжатие в 1000 раз. Пример, естественно,
утрирован, но идею иллюстрирует хорошо.
6

7. АЛГОРИТМЫ СЖАТИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ

сжатие с потерями
(lossy compression);
сжатие без потерь
(loseless compression).
Алгоритмы сжатие без потерь позволяют точно восстановить исходные
данные по сжатой версии файла. При выполнении алгоритмов сжатия с
потерями часть информации опускается для достижения большей степени сжатия.
7

8. СЖАТИЕ БЕЗ ПОТЕРЬ

Исходные данные
СЖАТИЕ БЕЗ ПОТЕРЬ
сжатие восстано
вление
Сжатые данные
Большинство схем сжатия без потерь
основано на поиске в растровом изображении
повторяющихся пиксельных узоров. Такой узор
можно запомнить один раз и впоследствии повторить
его необходимое количество раз. Подобные схемы
сжатия полностью — пиксел за пикселом —
восстанавливают исходное изображение. При этом в
исходных данных ничего не отбрасывается и не
теряется.
Метод сжатия без потерь (например, используемый в
форматах GIF или TIF) очень эффективен для
растровых рисунков, содержащих большие области
однотонной закраски, или повторяющихся растровых
узоров. В таких случаях чаще всего достигается
коэффициент сжатия 10:1.
В основе алгоритмов сжатия без потерь лежат
несколько методов.
8

9. МЕТОД СЖАТИЯ RLE (run length encoding)

RLE – кодирование с переменной длиной строки.
Этот алгоритм является одним из простейших. В
основе его принципа действия заложен механизм
поиска одинаковых пикселов в одной строке.
Алгоритм RLE хорошо работает с искусственными
и пастеризованными картинками (иначе говоря, с
изображениями, в которых есть большие
одноцветные области) и плохо — с
фотографиями. В действительности, если
фотография детализирована, RLE может даже
увеличить размер файла.
В настоящее время этот алгоритм используется
для сжатия информации в PSD-формате.
9

10. МЕТОД СЖАТИЯ LZW (Lempel-Ziv-Welch)

Базовые идеи алгоритма были предложены в 1977 и
1978 годах (семейства алгоритмов LZ77 и LZ78)
израильтянами Якобом Зивом (Jakob Ziv) и Абрахамом
Лемпелем (Abraham Lempel).
Существует несколько различных алгоритмов на
основе разработки Лемпеля-Зива. Наиболее известный
из этого семейства алгоритм LZW был в 1984 году
доработан Терри Велчем (Terry Welch). В нем
использован четырехкилобайтный словарь, в котором
индексы 0-255 отведены для отдельных байтов
(символов), а остальные - для последовательностей.
Сжимает данные путем поиска одинаковых
последовательностей (называемых фразами) во всем
файле. Затем выявленные последовательности
сохраняются в таблице, где им присваиваются более
короткие маркеры (ключи).
10

11. ПЛЮС И МИНУС LZW

По сравнению с RLE-алгоритмом LZW более
эффективен при сжатии произвольных графических
данных, хотя процесс кодирования и распаковки в
этом случае происходит медленнее. Механизм LZWкомпрессии используется в формате TIF, а также в
одном из основных форматов сети Интернет — GIF.
Коэффициент сжатия для текстов порядка 1:2, а для
графики – 1:8.
Однако есть у LZW и большой минус - права на этот
алгоритм принадлежат фирме Unisys, Соответственно,
любое коммерческое использование (в том числе и в
программах сжатия графики) требует отчислений для
этой фирмы. Алгоритм LZW используется в
программах PKZip, WinZip и многих других.
11

12. КОДЫ ХАФФМАНА

Этот алгоритм разработан Д.А. Хаффманом (D.A.
Huffman) и основан на том, что разные комбинации
символов встречаются с различной вероятностью.
Значит, если мы присвоим наиболее часто
встречающимся комбинациям самые короткие кодовые
комбинации, то общий размер кодированного файла
будет меньше размера исходного.
Пример кодов Хаффмана:
Пусть в исходных данных имеются два символа и
известны вероятности появления комбинаций из трех
этих символов. Тогда можно поставить в соответствие
каждой комбинации определенный код (причем такой,
чтобы при последовательной записи кодов их
невозможно было перепутать). В результате получим
такую таблицу:
12

13.

Комбинация Вероятность Код
aaa
0.405
0
bbb
0.405
10
aab
0.045
1100
abb
0.045
1101
bba
0.045
1110
baa
0.045
11110
aba
0.005
111110
bab
0.005
111111
13

14.

Самая часто встречающаяся комбинация
записывается самым коротким кодом. Применение
алгоритмов, основанных на кодах Хаффмана,
требует предварительного просмотра кодирующей
программой всех данных и составления словаря.
Затем производится собственно кодирование. Для
раскодирования словарь (таблица соответствий
последовательностей и кодов) должен быть
записан вместе с закодированными данными.
Для графики сжатие по Хаффману позволяет
уменьшить размер примерно в 1.2-2.5 раза. Этот
алгоритм также сжимает данные без потерь.
Алгоритм Хаффмана используется в таких
программах сжатия, как Arj и Lira.
14

15. СЖАТИЕ С ПОТЕРЯМИ

Исходные данные
СЖАТИЕ С ПОТЕРЯМИ
Во-первых, человеческий глаз более
восприимчив к изменениям яркости,
нежели цвета. Поэтому для разных
каналов изображения применяются
различные степени сжатия —
информация теряется, но визуально это
не заметно.
Во-вторых, чувствительность глаза к
мелким элементам изображения
невелика, что позволяет без ущерба для
качества их удалить. Так можно сжимать
изображение (даже если ухудшение
качества становится уже заметным)
вплоть до приемлемого уровня. Уровень
этот субъективен и зависит от
изображения-оригинала и от того, как он
будет использоваться.
сжатие
Сжатые данные
восстановление
Восстановленные
данные
сжатие
Сжатые данные
восстановление
Восстановленные
данные
15

16.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ
СЖАТИЯ С ПОТЕРЯМИ
Использование алгоритмов сжатия без потерь
оказывается неэффективным для растровых изображений
фотографического качества, в которых каждый пиксел
отличается от соседних. Применение механизма сжатия
узоров к изображениям, на которых повторяющихся
узоров нет, часто приводит к ничтожным результатам
при больших затратах времени. Процесс сжатия,
длящийся минуты, может уменьшить размер файла всего
лишь на 1-5%, а иногда даже увеличить размер файла!
Сжатие с потерями, наоборот, лучше всего работает с
теми изображениями, на которых нет повторяющихся
узоров или больших областей однотонной закраски. В
растровом рисунке, который содержит множество слегка
отличающихся друг от друга пикселов (например, 100
немного отличающихся оттенков голубого цвета неба),
большие области могут заполняться пикселами одного
цвета или пиксельным узором, имитирующим вид
исходной области.
16

17. СЖАТИЕ JPEG (Joint Photographic Expert Group)

В 1992 г. JPEG был объявлен международным
стандартом в области графических изображений.
При компрессии методом JPEG качество теряется
всегда. При этом всегда есть выбор: отдать
предпочтение качеству в ущерб объему (размер файла
сожмется приблизительно в три раза) или же
наоборот, добиться минимального размера
изображения, при котором оно еще останется
узнаваемым (степень компрессии может достигать
100). Сжатие, при котором различие в качестве между
получающимся изображением и оригиналом еще
остается незаметным, дает 10-20-кратное сокращение
размера файла.
Строго говоря, JPEG не формат, а алгоритм сжатия, в
основе которого лежит не поиск одинаковых
элементов, как в случае RLE и LZW, а поиск разницы
17
между пикселами.

18. Кодирование данных с помощью используемого в JPEG алгоритма сжатия осуществляется в несколько этапов:

Первый этап заключается в
конвертировании цветовой модели
изображения (обычно RGB) в модель, где
яркостная и цветовая составляющие
разнесены (например, Lab), что позволяет
оптимально подойти к выбору степеней
компрессии для каждого канала (с учетом
особенностей восприятия глазом).
18

19. 2 этап

На следующем этапе происходит т.н.
префильтрация, при которой соседние
пиксели отдельно в каждом из каналов a и
b группируются попарно в горизонтальном
и вертикальном направлениях, а
яркостный канал L оставляется без
изменений. После этого вся группа
пикселов получает усредненное значение.
В результате отбрасывается половина или
три четверти информации о цвете (в
зависимости от реализации алгоритма).
19

20. 3 этап

Полученная информация, прошедшая стадию
первичной «очистки», отдельно в каждом канале
снова группируется в блоки, но уже размером 8x8,
после чего для них применяется основное сжатие
— т.н. дискретное косинусное преобразование,
для краткости — DCT (discrete cosine transform). В
результате информация о распределении
яркости пикселов преобразуется в другой вид, где
она описывается распределением, основанном на
частоте появления той или иной яркости
пикселов. DCT имеет ряд преимуществ перед
другими преобразованиями, обеспечивая лучшее
восстановление информации.
20

21. 4 этап

Следующий этап — квантование (quantization). На
этом этапе в зависимости от выбранного нами уровня
качества, отбрасывается некоторая часть чисел,
характеризующих тонкие детали.
На рисунке показан результат восстановления черно-белого
квадрата соответственно одной, четырьмя и пятнадцатью
составляющими
21

22. 5 этап

После выполнения основной работы по сжатию
изображения дальнейшие преобразования сводятся к
второстепенным задачам: оставшиеся составляющие
собираются в последовательность таким образом,
чтобы сначала располагались отвечающие за крупные
детали, а потом — за все более мелкие.
Если посмотреть на рисунок, то движение кодировщика похоже на
зигзагообразную линию. Этап так и называется — ZigZag.
Затем получившаяся последовательность сжимается:
22
сначала обычным RLE, затем методом Хаффмана.

23. 6 этап

И наконец, чисто техническая стадия —
данные заключаются в оболочку,
снабжаются заголовком, в котором
указываются все параметры компрессии с
тем, чтобы изображение можно было
восстановить. Впрочем, иногда в заголовки
не включают эту информацию, что дает
дополнительный выигрыш в компрессии,
однако в этом случае нужно быть
уверенным, что приложение, которое
23
будет читать файл, о них знает.

24.

Кодер JPEG
Фрагмент
8 8
пикселов
Прямое
ДКП
1
Квантователь
“Зигзаг”
и
ДИ КМ
2
Стандартная
часть кодера
Энтропийное
кодир.-е
3
Таблица
квантования
Сжатые
данные
(код)
4
Таблица
кодирования
В заголовок
выходных
данных
Сжатия изображений по JPEG
Декодер JPEG
Cжатые
данные
(код)
Энторопийное
декодир.
1
Таблица
кодирования
Формирование
спектра
2
Деквантование
(масшт.)
3
Таблица
квантования
Фрагмент
8 8
пикселов
Обратн.
ДКП
4
Стандартная
часть декодера
Схема восстановления изображений по JPEG
24

25. ДОCТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ СЖАТИЯ JPEG

Итак, достоинства JPEG очевидны:
малый размер файла при приемлемых потерях
качества, аппаратная независимость.
А недостатки? Они также очевидны исходя из
всего сказанного выше. Это
Невозможность достичь высоких степеней сжатия
за счет ограничения на размер блока (только
8x8).
Блочность структуры на высоких степенях
компрессии.
Закругление острых углов и размывание тонких
элементов в изображении.
25

26. ПОДТИПЫ ФОРМАТА JPEG

Наряду со стандартным вариантом существуют еще
два подтипа формата JPEG, ориентированных на
применение в Интернете.
Baseline Optimized — файлы этого подтипа формата
несколько лучше сжимаются, но не читаются
некоторыми программами. Однако все основные
браузеры его поддерживают.
Progressive JPEG также разработан специально для
сети, его файлы меньше стандартных, но чуть больше
подтипа формата Baseline Optimized. Главная
особенность Progressive JPEG состоит в поддержке
чересстрочного вывода изображения (использование
этого свойства намного сокращает время передачи и
вывода на экран насыщенных графикой web-страниц).
26

27. СОХРАНЕНИИ ГРАФИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ФОРМАТЕ JPEG

JPEG лучше подходит для сжатия растровых картинок
фотографического качества, чем для логотипов или схем.
Это связано с тем, что в них больше полутоновых
переходов, в то время как при сжатии однотонных заливок
появляются нежелательные помехи.
Лучше сжимаются (и с меньшими потерями) большие
изображения для web и изображения с высоким
разрешением для печати (200-300 dpi и более), так как в
каждом квадрате (8x8 пикселов) переходы получаются
более мягкими за счет большего числа квадратов в таких
файлах.
Нежелательно сохранять в JPEG-формате любые
изображения, в которых важны тонкие нюансы
цветопередачи (репродукции), так как во время сжатия
происходит отбрасывание цветовой информации.
Этот формат следует использовать только для сохранения
конечного варианта работы, потому что каждое
последующее сохранение приводит к новым потерям
27
(отбрасыванию) данных.

28. ВЕЙВЛЕТЫ

Основной момент работы алгоритма JPEG заключается в
применении дискретного косинусного преобразования (DCT)
и последующем квантовании. DCT, грубо говоря, переводит
данные из пространственного в частотное представление то есть в другую систему координат. Однако можно
придумать отличные от DCT преобразования, переводящие
данные в подходящее представление. Одним из них (и
очень перспективным, с точки зрения сжатия графики)
является вейвлетное (wavelet) преобразование.
Вейвлеты являются набором ортогональных плавно
затухающих импульсных функций.
Применение вейвлетного преобразования вместо DCT
позволяет получить примерно в 2 раза лучшее качество
изображения (если оценивать по соотношению сигнал/шум)
при одинаковом сжатии. Или увеличить сжатие при
одинаковых искажениях. Так что большинство алгоритмов
сжатия последнего поколения основаны на вейвлетном
преобразовании
(например, JPEG2000 или LuraWave).
28

29.

Сжатие изображения методом
вейвлет-кодирования:
а) исходный кадр 1296 Кбайт
б) сжатый кадр 74 Кбайт
в) сжатый кадр 29 Кбайт
г) сжатый кадр 3 Кбайт
29

30. ВЕЙВЛЕТЫ

JPEG2000
В качестве основного механизма компрессии в JPEG2000, в
отличие от JPEG, используется волновое (wavelet)
преобразование — система фильтров, применяемых ко всему
изображению. Не вдаваясь в детали компрессии, отметим
лишь основные моменты.
В отличие от JPEG, JPEG2000 может сжимать изображения без
потери качества.
JPEG2000 объективно показывает лучшие результаты, чем
JPEG только на высоких степенях сжатия. При компрессии в
10-20 раз особой разницы не заметно. Сможет ли он
вытеснить или просто составить конкуренцию широко
распространенному формату? В ближайшее время — вряд ли,
в большинстве случаев соотношение качество/размер,
обеспечиваемое JPEG, вполне приемлемо. А те 10-20%
дополнительной компрессии, которые дает JPEG2000 при
визуально одинаковом качестве, вряд ли приведут к росту его
популярности, тем более, что бесплатное ПО для сохранения
31
изображений в новом формате пока отсутствует.

31. JPEG2000

Зато к данному формату проявляют пристальный интерес
компании-производители цифровых камер, поскольку
размеры светочувствительных матриц с каждым годом
неуклонно увеличиваются, и помещать изображения в
память становится все труднее. И вот тогда новый формат
получит большее распространение, и кто знает, возможно,
через какое-то время JPEG2000 сравняется с JPEG. Во всяком
случае, Analog Micro Devices выпустила специализированный
чип, в котором компрессия/декомпрессия по новой
технологии реализованы на аппаратном уровне, а
министерство обороны США активно использовала этот
формат для записи фотоснимков, полученных со спутниковшпионов.
32

32. JPEG2000

ФРАКТАЛЫ
33

33. ФРАКТАЛЫ

Понятия фрактал и фрактальная геометрия,
появившиеся в конце 70-х, с середины 80-х прочно вошли в
обиход математиков и программистов. Слово фрактал
образовано от латинского fractus и в переводе означает
состоящий из фрагментов. Оно было предложено Бенуа
Мандельбротом в 1975 году для обозначения нерегулярных,
но самоподобных структур, которыми он занимался.
Роль фракталов в машинной графике сегодня достаточно
велика. Они приходят на помощь, например, когда
требуется, с помощью нескольких коэффициентов, задать
линии и поверхности очень сложной формы. С точки зрения
машинной графики, фрактальная геометрия незаменима при
генерации искусственных облаков, гор, поверхности моря.
Фактически найден способ легкого представления сложных
неевклидовых объектов, образы которых весьма похожи на
природные.
Одним из основных свойств фракталов является
самоподобие. В самом простом случае небольшая часть
фрактала содержит информацию о всем фрактале.
34

34.

Треугольник Серпинского
35

35. Треугольник Серпинского

Построение треугольника
Серпинского
Построение треугольника Серпинского из квадрата
36

36. Построение треугольника Серпинского

Одна из характерных особенностей фрактальных структур то, что они часто встречаются в природе. Например,
фракталоподобную структуру имеют снежинки, береговые
линии материков, деревья и многое другое. В компьютерной
графике фракталы используются для создания ранее не
существовавших деталей при приближении камеры к
объекту.
Но если фракталы позволяют создавать графику,
имитирующую естественные образования, то почему бы не
использовать их для реконструкции изображений. И
действительно, Майкл Бернсли (Michael Barnsley) получил
так называемую теорему Коллажа, которая описывает,
какой должна быть итерационная система функций (тоже
вид фрактала), чтобы она могла описывать заданное
изображение. Однако практического применения теоремы
добиться сначала не удалось. Только в 1988 году была
получена другая система (Partitioned Iterated Function
System), описывающая изображение через применение
итерационных систем функций к отдельным его частям.
37

37.

Папоротник Барнсли
38

38. Папоротник Барнсли

Геометрические фракталы
Фракталы этого класса самые наглядные. В двухмерном
случае их получают с помощью некоторой ломаной (или
поверхности в трехмерном случае), называемой
генератором. За один шаг алгоритма каждый из отрезков,
составляющих ломаную, заменяется на ломаную-генератор,
в соответствующем масштабе. В результате бесконечного
повторения этой процедуры, получается геометрический
фрактал.
Алгебраические фракталы
Это самая крупная группа фракталов. Получают их с
помощью нелинейных процессов в n-мерных пространствах.
Наиболее изучены двухмерные процессы. Интерпретируя
нелинейный итерационный процесс, как дискретную
динамическую систему, можно пользоваться терминологией
теории этих систем: фазовый портрет, установившийся
процесс, аттрактор и т.д.
39

39.

Геометрические
фракталы
Построение триадной кривой Кох
Построение "дракона" Хартера-Хейтуэя
Алгебраические
фракталы
Множество Мандельброта
Участок границы множества
Мандельброта, увеличенный в 200 pаз
40

40.

ПРИНЦИП ФРАКТАЛЬНОГО СЖАТИЯ
Картинка разбивается на большие (1бх1б) и маленькие
(8x8) блоки. Затем выбираются пары блоков, наиболее
похожие друг на друга. Ищется преобразование
(пространственное и цветовое), переводящее за
ограниченное число применений большой блок в
маленький (с ошибкой, меньше заданной). Полученные
блоки и соответствующие им преобразования
записываются в конечный файл и сжимаются без потерь.
То есть алгоритм основан на том, что в любом
изображении присутствуют похожие области, и на том,
что при помощи заданного набора преобразовании эти
области можно восстановить из одного образца.
41

41. ПРИНЦИП ФРАКТАЛЬНОГО СЖАТИЯ

Положительный момент фрактального сжатия - в
принципе пропадает понятие разрешения,
поскольку при увеличении картинки процесс
реконструкции можно продлить, и мы опять
получим похожую на себя картинку (в случае
других форматов мы в конце концов увидим
отдельные пикселы). На самом деле новых
деталей тоже не появляется, но с точки зрения
обычной интерполяции фракталы - это серьезный
прорыв. В отличие от всех вышеперечисленных фрактальное сжатие асимметрично: сжатие
занимает больше времени, чем распаковка. Что
касается степени сжатия, то фракталы позволяют
получить компрессию до 100 раз. Однако по
уровню искажений они начинают выигрывать у
JPEG только где-то на уровне 40-кратного сжатия.42

42. ПРИНЦИП ФРАКТАЛЬНОГО СЖАТИЯ

НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЁННЫЕ
ФОРМАТЫ РАСТРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
PCX
Формат PCX был создан компанией Zsoft.
Впоследствии он был использован многими
компаниями, специализирующимися в
области программного обеспечения. В
настоящее время это «родной» формат
графического редактора PhotoFinish.
Данный формат идеально подходит для
записи цветовых моделей Оттенки серого и
Индексированные цвета, поскольку менее
сложен, чем формат TIF. Начиная с пятой
версии он поддерживает возможность
работы с полноцветными изображениями
(24-битовыми). Серьезным недостатком
формата PCX является наличие
многочисленных версий. Последнее
обусловлено тем, что PCX-стандарт
является открытым и поэтому широко
используется многими независимыми
разработчиками программного
обеспечения. В результате он постоянно
обновляется.
PhotoFinish 4
43

43. НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЁННЫЕ ФОРМАТЫ РАСТРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

PCX
Формат предполагает использование
простейшего алгоритма сжатия (RLE) без
потерь информации. Ныне имеет
преимущественно историческое значение.
PCX можно посмотреть большинством
программ под DOS, в том числе
внутренним просмотрщиком Norton
Commander. Серьезным недостатком
формата PCX является наличие
многочисленных версий.
44

44. PCX

BMP
Формат BMP (от слова bitmap) — это родной формат Windows. Он
поддерживается всеми графическими редакторами, работающими
под управлением этой операционной системы. Применяется для
хранения растровых изображений, предназначенных для
использования в Windows, например в качестве фона вашего
рабочего стола. С помощью этого формата вы можете задать
глубину цвета от 1 до 24 бит. Предоставляет возможность
применения сжатия информации по алгоритму RLE. Однако делать
это не рекомендуется, так как очень многие программы не
понимают таких файлов (они могут иметь расширение RLE).
Информация и этом формате хранится как бы в виде «снимка с
экрана». Преимущества — очень быстрый вывод изображений,
основной недостаток — огромные размеры файлов:
Размер BMP-файла = размер по горизонтали х размер по
вертикали х глубину пиксела.
ВНИМАНИЕ Использование формата BMP не для нужд Windows является
распространенной ошибкой новичков. Ни на что другое он не годится: ни для Web,
ни для печати, ни для простого переноса и хранения информации.
45

45. BMP

TIFF
Формат TIFF (tagged image file format) является одним из самых
распространенных среди известных в настоящее время форматов.
Разработан Aldus (сейчас принадлежит Adobe) и Microsoft.
Ему доступен весь диапазон цветовых моделей — от монохромной
до RGB и CMYK. Он был разработан совместно фирмами Aldus
Corporation и Microsoft как универсальный открытый формат,
допускающий модификации. Поэтому файл TIF-формата,
созданный на IBM PC или совместимом компьютере,
поддерживается операционной системой Macintosh и
большинством Unix-подобных платформ. Он также
поддерживается практически всеми основными пакетами
растровой и векторной графики, программами редактирования и
верстки текста.
В отличие от рассмотренных форматов BMP и PCX формат TIF
поддерживает ряд дополнительных функций.
46

46. TIFF

Использование дополнительных каналов (альфа-каналов,
или, как их еще называют, каналов масок). Сохранение
изображения с альфа-каналами удобно, если необходимо
продолжить выполнение редактирования отдельных частей
изображения в период между первоначальным
размещением его на странице и окончательным выводом.
Использование сжатия. Это свойство позволяет уменьшать
размеры файла до 50% от исходного с помощью LZWалгоритма сжатия, выполняемого без потери информации.
Возможности выполнения предварительного цветоделения.
Данная функция реализуется путем записи результатов
цветоделения в отдельный файл в цветовой модели CMYK,
что упрощает последующую процедуру размещения файла
изображения на странице и выводе документа на печать.
Причем поддерживается не только традиционная модель
CMYK, но и ее вариант Hexahrome компании Pantone,
позволяющий использовать шесть базовых цветов.
47

47. TIFF

На сегодняшний день формат TIF является лучшим выбором при
импорте растровой графики в векторные программы и
издательские системы.
Формат TIFF постоянно развивается. Доказательством тому
является разработка фирмой Adobe новой модифицированной
версии, сделавшей его поистине универсальным форматом для
использования в допечатном процессе. В перспективе он может
вытеснить «родной» формат Photoshop PSD, поскольку уже
шестая версия Photoshop позволяет хранить в TIFF информацию
о слоях, масках, использованных эффектах и корректировочных
слоях — в общем, все то, что поддерживает PSD.
Большим достоинством формата остается поддержка практически
любого алгоритма сжатия. Наиболее распространенным является
сжатие без потерь информации по алгоритму LZW (Lempel Ziv
Welch), обеспечивающему очень высокую степень компрессии.
Кстати, этот же алгоритм используется многочисленными
программами сжатия общего назначения, поддерживающими 48
формат ZIP

48. TIFF

GIF
Graphic Interchange Format (формат для обмена графикой).
Разработан CompuServe. Максимальное количество цветов,
доступное для GIF, 256 (глубина цвета - 8 бит на пиксел).
Поэтому могут возникнуть проблемы с используемой
палитрой цветов. Кроме того, если вы переводите в GIF
картинку из 24-битного цвета, содержащую плавные
переходы цветов, то в результате могут получиться
искажения. Связано это с тем, что близкие оттенки станут
просто одинаковыми и вместо плавного перехода возникнут
скачки цветов. Плюсы GIF -возможность делать
анимированные изображения (то есть записывать в один
файл несколько последовательных кадров) и поддержка
прозрачности - очень широко используются в Web-графике.
Для сжатия данных применяется алгоритм LZW, а поскольку
он запатентован Unisys, то за любую коммерческую
программу, использующую GIF требуется производить
отчисления в пользу этой фирмы.
49

49. GIF

Portable Network Graphics. Формат, разработанный
World Wide Web Consortium в первую очередь,
чтобы заменить «патентованный» GIF. Однако во
многих случаях может побороться и с TIFF. PNG
позволяет хранить изображения с глубиной цвета
от 1 до 48 бит (в том числе можно хранить и
альфа-канал, то есть информацию о
прозрачности). В заголовке, помимо всего
прочего, хранится информация о нужной яркости
и контрастности - это позволяет правильно
воспроизводить изображение на разных
компьютерах. Сжатие в среднем лучше, чем у TIFF
и GIF (при одинаковой глубине цвета).
50

50. GIF

PICT
PICT является файловым форматом, созданным компанией
Apple Computer в качестве графического стандарта для
программного обеспечения клона Macintosh. Однако в
настоящее время этот формат является доступным для
многих программ обработки и рисования (например,
CorelDRAW). « Бесплатным приложением» к сохранению
цветных файлов в формате PICT является то, что их размер
зачастую меньше, чем во многих других форматах.
Если вы будете создавать изображение, которое
намереваетесь загружать в Macintosh-версии программ
Macromedia Director, Adobe Premiere или Adobe Effects, то
следует сохранить изображение как PICT-файл. Программы
Adobe Premiere и Fractal Design Painter дают возможность
загружать и сохранять анимационные и цифровые
видеопоследовательности в виде файлов Numbered PICT
(нумерованных). Этот формат выводит кадры как
отдельные, последовательно пронумерованные PICT-файлы
для последующего использования в программных средствах
мультимедиа.
51

51. PICT

RAW
Замечательный контраст с предыдущим форматом составляет формат RAW.
Он не поддерживает ничего. То есть совсем. Не хранятся даже данные о
количестве каналов, глубине цвета и разрешении, так что во время
открытия вам придется вводить эти параметры вручную, по памяти.
Изображение хранится просто как поток пикселей с фиксированным
заголовком, куда можно впоследствии поместить любую текстовую
информацию.
TGA
Довольно старый формат TGA (Targa) создан специально для работы с
графическим акселератором TrueVision. Этот акселератор широко
используется приложениями на платформе DOS. Формат поддерживает 24битное и 32-битные RGB изображения с одним альфа-каналом, а также
полутоновые, индексированные и 16-битные RGB изображения без альфаканалов. Обтравочные контуры и цветовые профили не поддерживаются.
Также пользуется уважением среди программ DOS формат targa (Truevision
Targa Image File). Он поддерживает глубину цвета от 8 до 32 бит на
пиксель и использует алгоритм компрессии без потерь RLE . Файлы
формата targa часто применялись DOS версией 3DStudio Max для хранения
текстур.
52

52. RAW

FPX
Еще один формат, не ставший популярным ввиду слабой маркетинговой
поддержки - это FlashPix. Он был разработан фирмой Kodak, известной по
формату PhotoCD своими попытками внедрить в один файл несколько
копий одного и того же изображения с разными разрешениями. FlashPix не
стал исключением из фирменного правила и тоже поддерживает несколько
копий с разным разрешением в одном файле. FlashPix также обладает
встроенной системой защиты изображений с помощью водяных знаков.
Формат достаточно редкий, и немногие программы умеют с ним работать.
PXR
Для рядового пользователя Pixar - всего лишь музейная редкость. Это и
понятно: он применяется исключительно на high-end графических станциях
Pixar, предназначенных для профессиональной трехмерной анимации. Его
возможности невелики: отсутствие компрессии, поддержка лишь модели
RGB и градаций серого и одного альфа-канала.
ICO
ICO – формат мелких картинок (иконок) в WWW. Картинки используются
браузерами для маркировки Web-проектов в строке URL и в избранном.
Поддерживается и используется программками для создания иконок типа
IconXP.
53

53. FPX

ICO ИКОНКИ
54

54. ICO ИКОНКИ

PSD
PSD (Adobe Photoshop document) — это родной формат
программы Adobe Photoshop. В последнее время этот
формат получает поддержку все большего числа программ,
что фактически делает его универсальным. По сравнению с
уже рассмотренными форматами PSD позволяет сохранять
изображение с массой дополнительных атрибутов, включая
слои, их маски, дополнительные альфа-каналы, каналы
плашечных цветов (начиная с пятой версии), контуры и все
остальное, что может сделать Photoshop.
Этот формат постоянно развивается:
в версии 3.0 появились слои, контуры и возможность
использования RLE-алгоритма сжатия;
в 4-й версии этот алгоритм улучшен — в результате файлы
стали более компактными;
в версии 5 реализован принципиально иной подход к
управлению цветом за счет внедрения системы управления
цветом на базе 1СС-профилей;
6-9 версии дополнены многими другими возможностями.
55

55. PSD

LuraWave
Формат файлов, разработанный фирмой Luratech
(www.lerat-ech.com) и основанный как раз на вейвлетном
преобразовании. Позволяет сжимать изображение до 150
раз, однако качество при этом начинает сильно страдать.
Впрочем, при 30-кратном сжатии качество картинки было
получше, чем у 20-кратного JPEG. В принципе все
противопоказания JPEG относятся и к вейвлетным
алгоритмам, но в меньшей степени. И если JPEG при
больших степенях сжатия начинает создавать ореолы
вокруг границ резкого раздела цветов и проявлять блоки
пикселов (те самые 8x8), то LuraWave скорее начинает
«замыливаться», не создавая таких заметных артефактов.
56

56. LuraWave

FIF
Формат Fractal Imager File от
Iterative System. Вот оно,
фрактальное сжатие.
Пожалуй, себя не оправдало.
Размер такой же, как у
LuraWave, но качество при
этом намного хуже.
57

57. FIF

DjVu
Созданная AT&T Labs технология DjVu была
продана (начало 2000 г.) американской компании
LizardTech. Этот формат используется в сфере
электронных публикаций, т.е. переноса
документации в электронный формат с
одновременной возможностью ее размещения в
Internet.
Это довольно компактный формат, в который
возможно включить гиперссылки и поисковые
средства, а также программных инструментов для
визуального выделения наиболее важных частей
DjVu-документа. Связующим звеном для этого
документа является Web-браузер.
58

58. DjVu

Технология DjVu, обеспечивает для файлов с
черно-белыми монохромными изображениями
сжатие порядка 500:1. Выигрыш в размере файла
по сравнению с форматом GIF составляет в
среднем 20 раз. Суть технологии DjVu
заключается в автоматическом разбиении
изображения на несколько участков (например,
текст, логотип фирмы и растровая фотография),
для каждого из которых выбирается оптимальный
для данного графического образа алгоритм
сжатия. Новая технология сжатия позволяет
решить проблему публикации в Интернете
чертежей и графиков, которые раньше имели
слишком большое время загрузки.
59

59. DjVu

DjVu - графический формат,
оптимизированный для хранения
отсканированных документов. В
частности он идеально подходит
для создания электронных книг.
Существует два традиционных
способа хранения
отсканированной книги: для
энтузиастов это распознавание с
последующей подготовкой
полноценного текстового
электронного документа, менее
терпеливые люди выкладывают
непосредственно "сканы" отсканированные картинки, часто
собранные в pdf документ. В
первом случае требуется много
работы, во втором получаются
файлы размером в десятки и даже
сотни мегабайт.
60

60. DjVu

Отныне существует компромисный вариант перевод отсканированных картинок в формат
DjVu (дежавю). При этом текст и контрастные
рисунки сохраняются с разрешением 300dpi, все
остальное считается фоном и сохраняется с
пониженным разрешением. Это позволяет хорошо
сжать электронный документ без потери его
читаемости. В DjVu размер файла
отсканированной книги оказывается в пределах
нескольких мегабайт, что вполне приемлемо.
61

61. DjVu

Особое значение этот формат приобретает для
переноса в сеть математической и вообще
технической литературы, где обилие схем и
формул делает распознавание и перевод в
текстовый формат практически невыполнимым. В
настоящее время формат DjVu становится
фактическим стандартом для электронных
библиотек технической и научной литературы.
Немаловажным обстоятельством для
популяризации формата является доступность
программного обеспечения для работы с ним.
DjVu Browser plugin 6.1 [Скачать 6.47Mb] Разработанный фирмой LizardTech, свободно
распространяемый плагин для просмотра файлов
формата djvu. После установки DjVu файлы
открываются в окне браузера (подойдет любой IE, Netscape, Opera).
62

62. DjVu

Универсальные и векторные
графические форматы
Чтобы компьютер нарисовал прямую
линию, нужны координаты двух точек,
которые связываются по кратчайшему
пути. Для рисования дуги кроме координат
двух точек необходимо задать еще и
радиус и т.д.
Большинство векторных форматов могут
также содержать внедренные в файл
растровые объекты или ссылку на
растровый файл.
63

63. Универсальные и векторные графические форматы

OPI
Open Prepress Interface — технология,
разработанная фирмой Aldus для сокращения
размеров файлов. В ее основе лежит импорт не
оригинального файла растрового изображения, а
его образа, представляющего собой копию
низкого разрешения (эскиз) и ссылку на оригинал.
В процессе печати на принтере эскизы
заменяются на оригинальные файлы. Применение
OPI вместо простого внедрения (embedding)
позволяет экономить ресурсы компьютера
(прежде всего память), заметно повышая его
производительность. Технология OPI составляет
основу работы с импортированными
графическими файлами в таких программах, как
FreeHand и QuarkXPress. Кроме того, она широко
применяется и в других продуктах.
64

64. OPI

В отличие от растровых форматов, построенных
практически по одному принципу, векторные
форматы используют для кодирования
графической информации различные алгоритмы и
разный математический аппарат. Это
обусловливает сложность передачи данных
(экспорт) из одного векторного формата в другой.
Для решения этой проблемы используется
конвертация родных форматов приложений в
универсальные форматы, каковыми на
сегодняшний день являются форматы EPS и PDF.
65

65. OPI

PS (PostScript)
Язык PostScript был создан в середине 80-х
годов фирмой Adobe, как универсальный
язык управления абстрактным
графическим устройством, реальным
прототипом которого выступал лазерный
принтер. По мере развития интеллекта
принтеров, база языков смещалась от
оперирования отдельными точками к
векторно-ориентированным,
базирующимся на системе команд
перьевого графопостроителя.
66

66. PS (PostScript)

Первая версия
языка
управления
Adobe PostScript
существенно
отличался от
предшествующих
языков
следующим:
67

67. PS (PostScript)

1.
Базой описания кривых, как в символах
шрифта, так и в графике стали кривые
Безье или кубические сплайны. В
отличие от широко распространенных до
этого дуг окружностей и квадратичных
парабол, кривые Безье обеспечивают
более гладкую аппроксимацию контуров
по меньшему количеству точек.
68

68. 1.

2.
PostScript-принтер не разделяет
память для хранения шрифтов и
рабочую область для формирования
картинки, увеличивая эффективность
использования памяти и разрешая
загрузку произвольного числа
шрифтов с произвольным
количеством символов в каждом.
69

69. 2.

3.
PostScript является полноценным языком
программирования, в отличие от
предшествующих языков управления,
представлявших собой линейные
последовательности команд.
Повторяющиеся фрагменты кода
определяются как подпрограмма,
которая вызывается сколько угодно раз.
Таким образом, количество информации
и эффективность исполнения
повышаются в десятки раз.
70

70. 3.

PS (PostScript)
Фирма Adobe сделала
PostScript базой внутреннего
кода программы Adobe
Illustrator и создала на его
основе формат данных EPS —
encapsulated PostScript,
ставший ведущим форматом
межпрограммного и
межплатформенного переноса
векторной информации в
издательских системах.
71

71. PS (PostScript)

НЕДОСТАТКИ PostScript
Во-первых, PostScript является языком
программирования, а не просто форматом данных.
Известно, что для любого языка
программирования результат работы на разных
платформах и разных компиляторах (или
интерпретаторах) может и, как правило, будет
различаться. Не очень сильно, но будет. Поэтому
программу, предназначенную для исполнения на
разных платформах, долго и тщательно тестируют
и отлаживают на каждой из них. Но в случае
языка PostScript программа — это сам файл,
подлежащий выводу. Исполнение — это вывод
файла.
неуниверсальность
72

72. НЕДОСТАТКИ PostScript

Внутрь EPS не помещается никакой особой
информации о разрешении вывода, линиатуре и
других специфических для данного устройства
параметрах. Но если при пересчете векторной
иллюстрации, записанной в EPS с разрешением
800 dpi «по умолчанию», на реальное разрешение
вывода 2540 dpi растровый процессор
(интерпретатор PostScript) «зациклится» или
выдаст сообщение об ошибке — будьте спокойны
и терпеливы. Это второй недостаток PostScript
нестабильность и негарантированность
результата
73

73. НЕДОСТАТКИ PostScript

Проблемам, связанным с использованием
шрифтов, можно посвятить целую статью. Дело в
том, что в PostScript определены три возможности
работы со шрифтами:
Использование встроенного шрифта принтера;
Использование шрифта, встроенного в PostScriptфайл;
Замена шрифта на другой в соответствии с
таблицей подстановки принтера и/или таблицей
подстановки, записанной в PostScript-файл.
плохая диагностика подстановки шрифтов
74

74. НЕДОСТАТКИ PostScript

При печати две «слишком близко»
расположенные точки в контуре символа
сливаются в одну при низких разрешениях и
порождают самопересекающийся контур при
высоких разрешениях. Кривая Безье при слишком
близко расположенных опорных точках
становится чрезмерно чувствительной к
погрешностям округления, что порождает
искажения формы контура
при изменении разрешения
75

75. НЕДОСТАТКИ PostScript

Основной принцип создания языка — избавление
компьютера от лишней работы. Поэтому, даже
если изображения на экране перекрываются,
подавляющее большинство программ запишет в
PostScript все иллюстрации целиком, взвалив на
растровый процессор труд удаления невидимой
части. С одной стороны, это хорошо, поскольку
сохраняет теоретическую возможность «открыть»
PostScript-файл для редактирования. С другой
стороны, это приводит к явной
избыточности за счет хранения
невидимых частей изображения
76

76. НЕДОСТАТКИ PostScript

ВЫВОДЫ
И тем не менее, несмотря на всё выше сказанное,
формат EPS (Encapsulated PostScript) можно
назвать самым надежным и универсальным
способом сохранения данных. Поскольку он
использует упрощенную версию языка PostScript,
то не может содержать в одном файле более
одной страницы и не сохраняет ряд установок для
принтера.
77

77. ВЫВОДЫ

EPS (Encapsulated PostScript)
Как и файлы печати PostScript, формат EPS
используют для записи конечного варианта
работы.
Кратко PostScript можно определить как язык
описания страниц. В более широкой трактовке
PostScript представляет собой язык
программирования, предназначенный для
описания разного рода графических объектов и
последующей печати созданных иллюстраций,
верстки простых документов пользователя точно
в таком виде, как они видны на экране.
78

78. EPS (Encapsulated PostScript)

EPS
Этот формат — один из главных претендентов на
статус стандартного формата, который можно
использовать для записи как растровой, так и
векторной графики. Кроме того, EPS-формат
позволяет записать векторный контур, который
будет ограничивать растровое изображение. В
результате вы можете получить фотографию не
только прямоугольной, но круглой, овальной или
любой другой формы.
79

79. EPS

Основной козырь EPS — его
универсальность. Едва ли не все
программы, работающие с графикой,
могут писать и читать файлы в этом
формате. Иногда, правда, создается
впечатление, что это уже разные
форматы: EPS-файлы, созданные
различными программами, открываются
по-разному, а порой и вовсе не
открываются.
80

80. EPS

PDF (Portable Document Format)
В отличие от PostScript, создававшегося как язык
управления принтером (идея использовать
PostScript как формат выводного файла для его
передачи в сервисное бюро появилась
значительно позже), PDF — это переносимый
формат документов (portable document format),
созданный Adobe как средство
межплатформенного обмена данными.
81

81. PDF (Portable Document Format)

PDF
Формат не накладывает никаких
ограничений на внешний вид
документа — текст, векторная и
растровая графика могут быть
объединены произвольным
образом. Реализуется принцип
«все мое ношу с собой» — для
просмотра PDF-файла не нужно
ничего, кроме самого файла и
программы Acrobat Reader.
Таким образом, изначально
PostScript создавался как
интерпретируемый «на лету»
язык передачи данных на вывод,
PDF — как формат хранения
данных в виде, «читабельном» на
любой компьютерной платформе.
82

82. PDF

PDF создавался как формат электронного
документа. Необходимость быстрого перемещения
по страницам и объектам документа обусловила
иерархическую структуру данных PDF. В начале
файла находится оглавление, показывающее где
и какие объекты расположены в файле, затем
идут сами данные. Для того, чтобы что-либо
делать с PDF-файлом, его нужно иметь целиком,
поскольку фрагмент данных, который
понадобится первым, может находиться в любой
части файла — в том числе и в самом конце.
83

83. PDF

В обоих языках для описания
контуров символов в шрифте и в
векторной графике используются
кривые Безье; в обоих присутствует
один и тот же внутренний формат
шрифта и примерно одинаковый
набор операций над геометрическими
примитивами.
84

84.

PDF
Итак, обобщим: PostScript является
языком программирования,
оперирующим графическими
данными, тогда как PDF — форматом
хранения графических данных,
включающим описание, позволяющее
связать их в единый документ. Все
остальные различия являются
следствиями.
85

85.

ПРЕИМУЩЕСТВА PDF
PDF компактнее;
PDF стабильнее и надежнее, чем PostScript;
PDF универсальнее, чем PostScript;
PDF-файлы могут содержать элементы,
обеспечивающие поиск и просмотр электронных
документов, в частности гипертекстовые ссылки и
электронное оглавление.
86

86. ПРЕИМУЩЕСТВА PDF

WMF (Windows Metafile)
Векторный формат WMF использует
графический язык Windows и, можно
сказать, является ее родным
форматом. Он предназначен для
передачи векторных рисунков через
буфер обмена (clipboard). Этот формат
понимается практически всеми
программами Windows, так или иначе
связанными с векторной графикой.
Однако, несмотря на кажущуюся
простоту и универсальность,
пользоваться форматом WMF стоит
только в крайних случаях для
передачи «голых» векторов. WMF
искажает (!) цвет, не поддерживает
ряда параметров, которые могут быть
присвоены объектам в различных
векторных редакторах. Кроме того, он
не может содержать растровых
объектов и не понимается очень
многими программами на Macintosh.
87

87. WMF (Windows Metafile)

Al
(Adobe Illustrator Document)
Adobe Illustrator — это векторный редактор
фирмы Adobe. Он был создан сразу же
после выхода языка PostScript Level 1,
созданного этой же фирмой. Поэтому его
можно назвать интерфейсом для PostScript
(многие программы даже определяют
формат Adobe Illustrator как Generic EPS).
AI — родной формат редактора Adobe
Illustrator, напрямую открывается
растровым редактором Photoshop, его
поддерживают почти все программы,
связанные с векторной, растровой
графикой на платформах Macintosh и
Windows. Все, что создает Adobe Illustrator,
поддерживается языком PostScript.
Формат AI является наилучшим
посредником при передаче векторов из
одной программы в другую, с PC на
Macintosh и обратно.
88

88. Al (Adobe Illustrator Document)

Сравнение размера файла,
сохраненного в разных
форматах
Формат
Размер (КБ)
Bmp
591
Eps
358
Gif
64
Ico
189
Jpeg
28
Png
168
Ps
360
Tga
271
Tif
590
Xbm
158
xcf
287
89