Formaty plików graficznych

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.
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 systemachMicrosoft 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 formacieJPEG. 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 stronachwww.
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 formacieJPEG 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 formatPNG,
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 zarchiwizowac obrazy bez utraty ich jakości, to najlepszym
będzie format PNG.
•