zobacz - ZSNR1

Formaty plików graficznych
Stworzony obraz, czy to w grafice wektorowej czy to w rastrowej, można i należy zapisać w
pliku. Istnieje wiele różnych formatów plików, które mogą być wykorzystane do tego celu.
Część z nich dedykowana jest do grafiki rastrowej, część do wektorowej, ale są i takie, ktróre
umożliwiają zapis informacji pochodzących z obu tych typów. Wybór formatu pliku
determinuje sposób jego zapisu, co bezpośrednio przekłada się na jakość zapisanego obrazu
oraz na rozmiar powstałego pliku.
Przy wyborze formatu pliku, w którym ma zapisana będzie grafika należy przede wszystkim
zastanowić się w jakim celu taki plik jest tworzony i jak ma być później wykorzystywany.
Przykładowo; gdy w pewnym programie graficznym zostanie stworzony obraz, to najlepiej
zapisać go w natywnym (dedykowanym dla tego programu) formacie plików, ponieważ
zapisana będzie wtedy pełna informacja o tym obrazie. Praktycznie każdy bardziej
profesjonalny program do tworzenia grafiki rastrowej czy wektorowej ma swój własny format
plików. Inaczej natomiast należy postąpić gdy przygotowujemy obraz do wydruku, a inaczej
gdy chcemy go na przykład umieścić na stronie www, itp.
Nie istnieje jeden uniwersalny i odpowiedni dla wszystkich zastosowań
format plików graficznych. Należy więc wybierać odpowiedni format plików
dla konkretnego zastosowania.
W celu zachowania pełnej informacji o obrazie najlepiej zachować go we
własnym (natywnym) formacie narzędzia, w którym został on utworzony.
Nie sposób opisać wszystkie dostępne formaty plików graficznych, ponieważ jest ich zbyt
wiele. Istotna jest jednak znajomość najczęściej z nich stosowanych, różnice między nimi
oraz ich typowe zastosowanie.
BMP (Bitmap file)
Pierwotnie został zastosowany w systemie OS/2 jednak swą ogromną popularność zawdzięcza
powszechnemu stosowaniu go w systemach Microsoft Windows do przechwywania plików
grafiki rastrowej. Używany jest między innymi do: zapisu tapety pulpitu, przechowywania
obrazów utworzonych w programie Paint, itp. Wbrew swej nazwie służy nie tylko do
przechowywania map bitowych (czyli czarno - białych), ale i do barwnych map pikseli o
różnej głębi kolorów. Najczęściej dane opisujące raster przechwywane w tym formacie są
nieskompresowane przez co obrazy nie tracą na jakości, aczkolwiek mają duży rozmiar.
Dla zaawansowanych!
BMP to bardzo prosty format, ponieważ na początku takiego pliku znajduje
się specjalny nagłówek zawierający informacje o rozmiarze obrazu, głębi
kolorów itp, a później po prostu kolejne wartości liczbowe opisujące barwy
pikseli. Głębia koloru pojedynczego piksela to liczba barw opisujących ten
piksel, która przekłada się wprost na liczbę bitów opisujących go.
Przykładowo gdy jeden piksel reprezentowany jest przez pełną paletę RGB,
to każda z barw zapisana jest w pojedynczym bajcie. Daje to 3 * 8 = 24 bity
na zapis koloru pojedynczego piksela, co z kolei przekłada się na
224=16777216 barw. W tym formacie piksele mogą być reprezentowane
przez 1, 4, 8, 16, 24, lub 32 bity.
Format BMP zawiera w sobie również możliwość zapisu danych o pikselach
z bezstratną kompresją RLE co jednak jest rzadko wykorzystywane.
Zalety:



prosty i wolny od patentów format zapisu - łatwy w odczycie,
nie ma utraty jakości obrazu - brak kompresji lub kompresja bezstratna,
nadaje się głównie do przechowywania zrzutów ekranu, tapet, obrazów ze skanowania
(głównie w systemach Microsoft Windows), itp.
Wady:


popularny głównie w systemach Microsoft Windows a szczególnie w narzędziu Paint w innych zdecydowanie rzadzej wykorzystywany,
z reguły nie skompresowany - duży rozmiar pliku przez co nie nadaje się do
przechowywania obrazów publikowanych w Internecie (przykładowo zrzut ekranu w
typowej 1024x768 rozdzielczości i 24-ro bitowej gamie barw zajmuje ok. 2,3MB).
TIFF (Tagged Image File Format)
Jeden z najpopularniejszych i najbardziej rozpowszechnionych formatów przechowywania
obrazów grafiki rastrowej (aczkolwiek możliwe jest w nim również osadzanie elementów
grafiki wektorowej). Opracowany został w 1986 r. przez firmę Aldus, która jest twórcą
przełomowego w grafice DTP programu PageMaker. Firma ta została wykupiona przez
Adobe i dzisiaj ona ma prawa do formatu TIFF.
Historycznie format ten używany był do zapisu obrazu ze skanerów umożliwiając ich
wielostronicowy zapis, jednak poddany został wielu zmianom i dzisiaj jest jednym z
najbardziej rozbudowanych formatów graficznych o czym może świadczyć pełna jego
specyfikacja dostępna na stronie firmy Adobe.
Dla zaawansowanych!
Cechą charakterystyczną jego budowy jest użycie czyli odpowiednich
znaczników opisujących dane parametry (trochę podobnie jak w języku
HTML). Z tego też powodu format ten ciągle się rozwija i umożliwia
osadzanie w nim innych obiektów takich jak elementy grafiki wektorowej,
tekstu czy wręcz obrazów w formacie JPEG. Umożliwia przechowanie
pełnej (32-bitowej) informacji o kolorze piksela dla palety CMYK jak
również zastosowanie bezstratnej kompresji LZW (Lempel-Ziv-Welch).
Zalety:



szeroko stosowany w wielu narzędziach i systemach operacyjnych,
głównie używany do zapisu obrazów przeznaczonych do wydruku (w palecie CMYK),
nadaje się do archiwizacji obrazów grafiki rastrowej dzięki bezstratnej kompresji LZW
(przykładowo nieskompresowany zrzut ekranu w formacie TIFF zajmuje, tak jak i
BMP ok. 2,3MB, a skompresowany nawet i dziesięciokrotnie mniej).
Wady:


duże możliwości rozbudowy tego formatu powodują, że czasem dany program nie
potrafi poprawnie odczytać pewnych wersji tego formatu,
nie nadaje się do umieszczania grafiki w Internecie - przeglądarki raczej nie mają
wbudowanych mechanizmów jego odczytu.
GIF (Graphics Interchange Format)
Format ten został opracowany w 1986 r. przez firmę CompuServe. Ze względu na roszczenia
firm CompuServe i Unisys do praw do kompresji LZW w 1995 r. został opracowany format
PNG będący bezpośrednim następcą formatu GIF. Jendak rok temu wygasły wszelakie
roszczenia patentowe i format ten może być i jest używany w wielu programach.
Idea zapisu obrazu w formacie GIF jest bardzo prosta. Każdy piksel rastra obrazu
reprezentowany jest przez jeden z 256 kolorów palety. Paleta ta może być utworzona z
dowolnych kolorów. Innymi słowy gdy mamy do czynienia z obrazem zawierającym małą
liczbę różnych barw, to wybrane (najczęściej automatycznie przez program) zostają te barwy,
które najwierniej będą go przedstawiać. Format ten posiada wbudowaną bezstratną kompresję
co pozwala znacznie zmniejszyć rozmiary tworzonych plików. Daje również możliwość
uzyskania efektu przezroczystości oraz stworzenia animowanego obrazu, co bardzo często
jest wykorzystywane.
Dla zaawansowanych!
Efekt przezroczystości osiągany jest poprzez wybranie jednego (dowolnego)
koloru z 256 barwnej palety i "uznanie" go za przezroczysty. Następnie
podczas rysowania pikseli w tym kolorze zamiast nich rysowane jest po
prostu to co jest pod nimi.
Zastosowana w nim bezstratna kompresja to LZW.
Zalety:





doskonale nadaje się do zapisu obrazów posiadających małą liczbę kolorów takich jak
przykładowo: loga, ikony, schematy, proste obrazki, itp.,
może być wykorzystywany również do zapisu barwnych obrazów posiadających małą
różnorodność barw, a szczególnie duże obszary o jednolitym kolorze, gdyż to się
będzie bardzo dobrze kompresować,
umożliwia osiągnięcie efektu przezroczystości,
daje możliwość tworzenia animowanych obrazków,
powyższe cechy czynią go jednym z najpopularniejszych formatów używanych do
umieszczania grafiki na stronach www.
Wady:

mała (256) liczba kolorów w palecie, co uniemożliwia wierne przedstawienie obrazów
o większej różnorodności barwnej takich jak zdjęcia.
PNG (Portable Network Graphics)
Opracowany w 1995 r. jako następca popularnego formatu GIF. Można przyjąć, że jest
poszerzeniem swego poprzednika. Mianowicie paleta barw już nie musi być ograniczona do
256, ale może być zapisana nawet na 24 bitach co daje ponad 16 mln barw i pozwala na
wierne odtwarzanie każdej grafiki. Do tego potrafi obsługiwać stopniową przezroczystość.
Wykorzystany jest w nim algorytm o nazwie Adam-7, który umożliwia wyświetlanie obrazu
w poprawiającej się stoponiowo jakości w czasie pobierania danych. Ma to szczególnie
zastosowanie podczas wyświetlania obrazów na stronach internetowych.
Dla zaawansowanych!
Format PNG umożliwia (decyzję podejmuje twórca) zastosowanie
algorytmu Adam-7 dzięki czemu podczas wyświetlania obrazu pojawia się
on od razu w całości z poprawiającą się stopniowo jakością. Mianowicie
dekompresja obrazu, którą wykonuje np. przeglądarka, realizowana jest z
tych danych, które już zostały do niej przesłane. Innymi słowy wraz z
kolejno dosyłanymi danymi poprawia się jakość wyświetlanego obrazu. Jest
on bardzo często używany do tworzenia obrazów, które będą publikowane
na stronach www.
Zalety:



możliwa do użycia duża paleta barw daje możliwość zapiasania każdego obrazu,
zastosowanie bezstratnej kompresji pozwala na przechowywanie grafiki bez utraty
jakości w plikach o zmniejszonych rozmiarach - archiwizacja zdjęć,
ze względu na powyższe i wbudowane mechanizmy wyświetlania tego typu plików
we wszystkie popularne przeglądarki internetowe jest on zalecany przez konsorcium
W3C do jako najlepszy format dla grafiki rastrowej na stronach www.
Wady:

dla obrazów, które dobrze kompresują się bez zauważalnej straty jakości format JPEG
może być odpowiedniejszy, ponieważ rozmiar pliku w tym formacie będzie mniejszy
niż zapisany w PNG.
JPEG (Joint Photographic Experts Group)
Prace nad tym formatem rozpoczęto w roku 1983, a w 1986 r. powołano grupę ekspertów,
którzy w 1991 r. opublikowali standard formatu JPEG. Definiował on podstawy kompresji
stratnej (powoduje ona bezpowrotne pogorszenie jakości obrazu) zastosowanej w tym
formacie, oraz pewne rozszerzenia formatu; jak przykładowo tryb progresywnej kompresji.
Tryb ten daje efekt wyostrzających się zdjęć, co stosuje się przy wyświetlaniu zdjęć na
stronach www. W 1995 r. ogłoszono trzecią wersję standardu zawierającą kolejne
rozszerzenia. Między innymi możliwość podziału obrazu na prostokątne kawałki, które to
mogą mieć różne rozmiary, rozdzielczości, współczynniki kompresji, itp. Ze względu jednak
na różne wersje używanych algorytmów kompresji i brak ich ujednolicenia trwały prace nad
uściśleniem standardu i w 2000 r. został ogłoszony nowy zwany JPEG 2000.
Zastosowanie w formacie JPEG algorytm kompresji stratnej powoduje, że jest ona bardzo
dobra dla płynnych przejść barw, w przeciwieństwie do wiernego oddania szczegółów gdzie
mamy do czynienia ze znaczną utratą jakości. Format ten umożliwia wybranie odpowiedniego
stopnia kompresji. Z reguły programy graficzne umożliwiają podgląd zapisywanego obrazu
przed jego zapisaniem, co pozwala na optymalne dobranie współczynnika kompresji dla
danego obrazu. Najczęściej zastosowanie kompresji ta pozwala na kilkunastokrotne
zmniejszenie rozmiaru pliku bez zbytnio zauważalnej utraty jakości.
Dla zaawansowanych!
Podczas zapisu obrazu w formacie JPEG następuje zamiana 24 bitowego
koloru (paleta RGB) poszczególnych pikseli na jasność (chrominancję) i
względny kolor (luminancję), gdyż na to bardziej jest wyczulone oko
ludzkie (z tego faktu również korzysta się przy przesyłaniu sygnału wideo).
Następnie dane te poddane są stratnej kompresji. Jest ona oparta na
dyskretnej transformacie kosinusowej (DCT - Discrete Cosine Transform) ,
natomiast w nowszysm formacie JPEG 2000 została zastosowana dyskretna
transformacja falkowa (DWT - Discrete Wavelet Transform). Obie te
metody są jednak zbyt skomplikowane matematycznie by je tu wyjaśniać.
Zalety:





bardzo dobrze nadaje się do zapisu obrazów o płynnych przejściach barwnych, a więc
takich jak obrazy czy większość zdjęć,
możliwość wyboru stopnia kompresji, co pozwala na odpowiedni dobór tego
parametru dla danego obrazu,
podział obrazu na kawałki pozwala na dobór odpowiednich parametrów dla danego
fragment,
możliwość wyświetlania wyostrzającego się obrazu oraz powyższe zalety czynią
format JPEG najpopularniejszym do umieszczania zdjęć na stronach www,
jest to również najpopularniejszy format przechowywania zdjęć na pamięciach
aparatów cyfrowych.
Wady:

użyte algorytmy kompresji nie radzą sobie ze szczegółami,

nie nadaje się do zapisu obrazów takich jak loga, ikony itp, gdzie mamy ostre linie na
jednolitym tle - w takich przypadkach lepiej zasosować format PNG lub GIF - szybszy
(brak kompresji) i wiernie oddający obraz (kompresja bezstratna).
SVG (Scalable Vector Graphics)
Uniwersalny format grafiki wektorowej stworzony w 1999 r przez konsorcjum W3C
specjalnie na potrzeby publikowania obrazów na stronach www. Umożliwia on zapis
dwuwymiarowej grafiki wektorowej zarówno statycznej jak i animowanej. Ma on być
niezależny od platformy, systemu operacyjnego, narzędzi itp. Aktualnie jego obsługa jest
wbudowana w większość dostępnych przeglądarek internetowych.
Jest to dosyć rozbudowany format graficzny, ponieważ umożliwia zapis nie tylko
standardowych obiektów czy kształtów charakterystycznych dla grafiki wektorowej takich
jak: krzywe, wielokąty, elipsy, itp. ale również osadzanie obiektów rastrowych, tekstu czy
filtrów. Pełny jego opis znajduje się na stronach konsorcium W3C.
Dla zaawansowanych!
Stosowanie filtrów polega na odpowiednim opisie wskazującym jaki filtr do
którego obiektu obrazu ma być zastosowany. Filtry te są charakterystyczne
dla grafiki rastrowej i zostały dodane dla powiększenia możliwości zapisu
grafiki w tym formacie tak by umożliwiał on przechowywanie podobnych
efektów jak dla grafiki rastrowej. Przykładowo takie filtry umożliwiają
osiągniecie efektów przezroczystości, cienia, rozmywania obiektów,
powierzchni odbijających światło itp.
Zalety:




ujednolicony i prosty w opisie format wolny od patentów i niezależny od platformy
czy narzędzi,
bardzo dobrze integruje się z dokumentami HTML,
ma szansę w wielu zastosowaniach zastąpić Adobe Flash
stworzony specjalnie do umieszczaniu grafiki na stronach www.
Wady:

zapisane w tym formacie obrazy mają trochę większy format niż proste formaty
grafiki rastrowej jak np. GIF przez co tamte mogą być lepsze do zapisu obrazów
takich jak loga, ikony itp.
Porównanie obrazów zapisanych w różnych formatach graficznych.
Poniżej znajduje się typowy przykład grafiki wektorowej (oficjalne logo formatu SVG)
zapisane w trzech różnych formatach grafiki rastorwej. Każdy z obrazów ma rozmiar 300 x
300 pikseli. Niestety nie mamy możliwości zademonstrowania ogyginału, a więc obrazu w
formacie SVG, ponieważ platforma Moodle ich nie obsługuje.
Format PNG - rozmiar pliku: 28kB
Format GIF - rozmiar pliku: 20kB
Format JPEG o stopniu kompresji 50% rozmiar pliku: 12kB
Format JPEG o stopniu kompresji 90% rozmiar pliku: 20kB
Dla porównania poniżej zdjęcie posiadające dużą gamę barw z wieloma przejściami
tonalnymi. Każde ze zdjęć ma rozmiar 310 x 208 pikseli.
Format PNG - rozmiar pliku: 116kB
Format GIF - rozmiar pliku: 56kB
Format JPEG o stopniu kompresji 50% rozmiar pliku: 8kB
Format JPEG o stopniu kompresji 90% rozmiar pliku: 20kB
Gdy tworzone są zdjęcia z myślą o publikacji na tronach www to:





nie należy używać formatów nie posiadających kompresji,
ponieważ powstałe pliki będą mieć zbyt duży rozmiar przez co
spowolnią wyświetlanie strony,
grafiki wektorowej wskazany jest format SVG choć czasami jest
on jeszcze nie obsługiwany,
równie dobrze (pod względem jakości obrazów) do grafiki
wektorowej jak i rastrowej nadaje się format PNG, aczkolwiek
powstałe pliki mogą być większe niż zapisane w innych
formatach,
do zapisu prostych obiektów nie posiadających wielu kolorów
zamiast PNG można bez większej straty jakości użyć formatu GIF
zyskując na zmniejszeniu ich rozmiaru,
do zapisu bogatych w barwy (jak zdjęcia) obrazów zamiast PNG
użwa się często JPEG gdyż powstałe pliki będą mieć mniejszy
rozmiar,
Jeśli natomiast chcemy zarchiwizować obrazy bez utraty ich jakości, to
najlepszym będzie format PNG.