Formaty plików graficznych

Transkrypt

1 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.

2 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 2 24 = 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. 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. 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.

3 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). 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). 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

4 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. 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. 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

5 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. 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. 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 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

6 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. 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. 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.

7 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. 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. 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.

8 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.

9 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.