Д4. Формат графического файла

Любой документ очень украсят толково подобранные иллюстрации. Нас, как авторов документа, в первую очередь интересует смысловая составляющая иллюстрации (что изображено на картинке). Но для прикладной программы любая иллюстрация является кусочком (файлом) информации, записанной определенным кодом. Чтобы грамотно работать с иллюстрациями немного теории.

По окончании урока вы сможете:

  1. Рассказать, что такое формат файла
  2. Рассказать, что такое расширение файла
  3. Рассказать об особенностях и отличиях векторной и растровой графики
  4. Перечислить основные понятия растровой графики
  5. Дать рекомендации по применению форматов графических файлов

1. Форматы файлов

Файлы бывают разных типов: текстовый, табличный, исполняемый (используемый для программ, которые вы можете запустить), графический и т.д. Вид файла определяется его форматом.

Формат файла − спецификация структуры данных, записанных в компьютерном файле. Идентификатор формата файла, как правило, указывается в конце имени файла в виде «расширения». Расширение имени файла помогает идентифицировать формат данных, содержащихся в файле, программам, которые могут с ним работать. Иногда формат данных дополнительно указывается в начале содержимого файла. Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана

Операционная система использует расширения файлов для определения: какие приложения связаны с типами файлов или, какое приложение открывается при двойном щелчке по файлу.

Например, файл с именем «машинка.jpg» имеет расширение файла «jpg». Когда вы открываете этот файл, операционная система ищет любое приложение, связанное с файлами JPG, открывает это приложение и загружает файл.

Строго говоря, формат и расширение не одно и тоже

Вид расширенияТип (формат) файла Программа\утилита
*.exeИсполняемый файл (программный бинарный файл)Любая рабочая программа Windows, DOS, Symbian, OS/2
*.doc(docx)Документ Word (Word 2007 и выше)MS Word
*.xls(xlsx)Таблца ExcelMS Excel
*.txtТекстовый файл простого формата (документ)Блокнот
*.ppt(pptx)Файл презентаций PowerPointMS PowerPoint
*.mp3, *.waw, *.wma, *.m4aзвуковой (цифровой) файлЛюбой аудио-плеер
*.bmp, *.jpg(jpeg), *.png, *.gif, *.tiff, *.ico, *.rawГрафический файлПрикладной графический редактор или менеджеры изображений
*.avi, *.wmw, *.mkv, *.3gp, *.flv, *.mpeg, *.mp4, *.mov, *.vobВидео файлыРазличные плееры
*.rar, *.zip, *.7z, *.tar, *.gzip, *.gz, *.jarАрхивный контейнерWinRar и 7-Zip
*.html, *.htm, *.phpВеб-страницаБраузеры
*.pdfФайл электронного документаAdobe Reader, Foxit PDF Reader

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана

2. Расширения файлов

Увидеть или не увидеть расширения файлов – это нам решать.

Шаг 1. Вызываем диалоговое окно «Параметры папок» (Файл → Изменить параметры папок и поиска):

Расширение файла

Шаг 2. Вторая закладка «Вид» → вниз по полосе прокрутки → снять галочку «Срывать расширения для зарегистрированных типов файлов»:

Расширение файла

ОК:

Расширение файла

После имени файла появилась точка и буквы латиницей. Эти буквы в количестве 2÷4 являются расширением файла. Иногда возникает необходимость изменить имя файла (например, вы допустили опечатку. Щелчок ЛМ по имени:

Расширение файла

Но будьте осторожны! Если вы случайно сотрёте расширение, то операционная система не сможет идентифицировать формат файла и не сможет его открыть ни одной прикладной программой. В этом случае просто вручную восстановите расширение, вводя буквы с клавиатуры.

3. Векторная и растровая графика

Компьютерная графика бывает двух видов: векторная и растровая.

Изображение в векторном формате строится с помощью математических формул (точки, линии, кривые Безье).

Векторный файл с изображением окружности содержит следующую информацию:

  1. координаты центра окружности
  2. радиус
  3. цвет и толщина контура
  4. цвет заливки

Растровое изображение, как детская мозаика, складывается из множества маленьких ячеек − пикселей, где каждый пиксель содержит информацию о цвете. Определить растровое изображение можно увеличив его масштаб: на определённом этапе станет заметно множество маленьких квадратов — это и есть пиксели. Круг размером 120×120 пикселей состоит из 14400 пикселей, каждый из которых должен быть описан. Следовательно, растровый круг будет «весить» значительно больше своего векторного аналога.

 Векторная графикаРастровая графика
ПреимуществаПри масштабировании сохраняется четкость изображенияПрименяется гораздо чаще векторной и ее проще просматривать.
 Любое изображение можно легко править без потери качестваСпособна воспроизводить изображение любой сложности, вне зависимости от количества цветов и мягких переходов градиента.
НедостаткиИзобразить можно только простые элементы в отличие от растраСамое простое растровое изображение имеет больший размер чем векторное
 Перевести вектор в растр – просто, а перевести растр в вектор – сложноПри масштабировании пропадает четкость
Векторная и растровая графика
  1. Линия в векторном круге при масштабировании не меняет свою толщину, потому что толщина её задана математически.
  2. Линия в растровом круге при масштабировании меняет свою толщину в соответствии с коэффициентом масштабирования

Векторная графика используется для иллюстраций, иконок, логотипов и технических чертежей, но сложна для воспроизведения фотореалистичных изображений. Редактор векторной графики  Adobe Illustrator, CorelDraw, Visio. Распространённые векторные форматы это: *.svg, *.pdf, *.eps, *.ai и *.cdr. Последние два разработаны специально для программ Adobe Illustrator и CorelDraw соответственно, и максимально верно поддерживаются именно ими. Формат изображения Visio − *.vsdx

Но вздумайте вставлять в документ рисунок, созданный в векторном редакторе. При отсутствии на вашем компьютер соответствующих векторных редакторов, вы просто не сможет это сделать. Исключение составляет изображения , так как он является частью пакета Office.

Растровая графика позволяет создать (воспроизвести) практически любой рисунок, вне зависимости от сложности, в отличие, например, от векторной, где невозможно точно передать эффект перехода от одного цвета к другому.

Растровая графика:

  1. фотографии, созданные цифровым фотоаппаратом,
  2. сканированные изображения
  3. изображения, созданные в растровых графических редакторах
  4. изображения, созданные в векторных редакторах и экспортированные в растр.

К слову сказать, я люблю рисовать в векторных редакторах CorelDraw и Visio и неплохо умею это делать. Примеры моих работ вы можете видеть на страничке моего сайта «Примеры выполненных работ». Но эти рисунки я обязательно превращу (экспортирую) в растровых формат.

Форматы растровых файлов: bmp, gif, jpeg, jpeg 2000, pcx, png, tga, tiff.

А теперь вопрос: как не запутаться в них?

4. Основные понятия растровой графики

PIXEL (Пиксель) – сокращение от Picture Element (Элемент изображения) – обозначает наименьший элемент изображения, который может быть отображён на экране или при печати.

Формат графического файла

Разрешение изображения (графическое разрешение) определяет плотность пикселов в изображении.

Плотность пикселов – количество пикселов на единицу длины и измеряется чаще всего в пикселах на дюйм (ppi).

Объем файла определяется общим количеством пикселов в изображении.

При печати более высокое разрешение позволяет воспроизводить более мелкие детали изображений.

Формат графического файла

Благодаря использованию бо́льшего числа пикселов, высокое разрешение позволяет получать в изображении более мелкие детали и более тонкие цветовые переходы.

Увеличение исходного разрешения (с которым изображение было отсканировано или создано) обычно не приводит к повышению качества изображения, поскольку в этом случае не создаётся новая графическая информация, а лишь перераспределяются прежние данные между большим количеством пикселов.

Выбор оптимального разрешения для изображения зависит от того, каким образом вы собираетесь его отображать или тиражировать

Выбор неоправданно высокого разрешения (превышающего физические возможности выводного устройства) приводит к увеличению объёма файла, что в свою очередь не может не сказаться на скорости его обработки, печати или передачи по сети

Использование слишком низкого разрешения для книжной или журнальной иллюстрации неизбежно приведёт к резкому падению качества печатных оттисков, вызванному чрезмерным увеличением размера пикселов

Глубина цвета

Количество бит необходимое для описания этого самого цвета пиксела, и называется глубиной цвета.

1 bit минимальная единица измерения объема информации.

Бит может иметь только два значения:

  • 0, или «Выключен»,
  • 1, или «Включен».

Комбинация из двух битов может иметь уже четыре значения: 00, 01, 10, 11. Комбинация из трех восемь, так далее по степеням двойки

Существует несколько базовых вариантов изображений.

Монохромные (Bitmap)

Все клетки делятся на черные и белые.

Для описания цвета каждого пиксела такого изображения достаточно одного бита:

  • если он выключен (0) – пиксел чёрный,
  • если включён (1) – пиксел белый.

Глубина цвета в 1 бит является минимальной; естественно, что в этом формате невозможно передать какие-либо оттенки цвета

Формат графического файла

Индексированный цвет (Indexed Color, или Palette Color)

На каждый пиксел приходится от до 8 бит, которые позволяют передать соответственно от 22=4 до 28=256 оттенков цвета

Формат графического файла

256 оттенков не могут воспроизвести всю цветовую гамму

Сама палитра может содержать от 4 до 256 цветов и оттенков, в зависимости оттого, сколькими битами кодируется каждый пиксел

Реальные цвета изображения огрубляются до ближайших похожих оттенков из цветовой палитры.

Графически изображение с индексированной палитрой можно представить так:

Формат графического файла

Полутоновые (градации серого Grayscale)

Для того, чтобы передать оттенки серого цвета на черно-белой фотографии или в любом другом полутоновом черно-белом изображении, на каждый пиксел выделяется уже 8 бит, то есть 1 байт

Формат графического файла

Это позволяет передать 256 оттенков серого в промежутке от чисто чёрного (0) до чисто белого (255)

256 оттенков серого вполне достаточно, чтобы человеческий глаз не различал переходов между соседними оттенкам

В этой схеме значение, присваиваемое каждому пикселу, характеризует его цвет напрямую.

Так, если данному пикселу присвоено значение «50», то его цвет будет темно-серым

Полноцветные RGB

На каждый пиксел отведено уже по три байта (24 бита), каждый из которых передаёт оттенок одной из цветовых составляющих в данной точке красной (R, Red), зелёной (G, Green) и синей (В, Вlue).

Формат графического файла

Можно рассматривать изображения в этом формате, как состоящие из трёх слоёв:

  1. первом слое цвета изменяются от чёрного (0) до чисто красного (255),
  2. во втором – от чёрного до чисто зелёного
  3. и в третьем – от чёрного до чисто синего.

Сочетание чистых красного, зелёного и синего цветов даёт белый.

Каждый компонент может иметь 256 оттенков, а общее число цветов, отображаемое данной моделью, составляет
256(R)×256(G) ×256(B)=16777216 цветов

Полноцветные четырехкрасочные (триадные, CMYK)

В данном формате на каждый пиксел приходится уже по 4 байта (32 бита): по одному для голубой (С, Суап), пурпурной (М, Magenta), жёлтой (Y, Yellow) и чёрной составляющих (К, back).

СМК-файл состоит из четырёх слоёв:

  1. от белого до голубого
  2. от белого до пурпурного
  3. от белого до жёлтого
  4. от белого до чёрного

Эта цветовая схема позволит воспроизвести 256(С) × 256(М) × 256(Y) × 256(K) =4 294 967 296 цветов. Именно эти четыре цвета используются в полиграфии для печати полноцветных изображений.

Понять и запомнить!Разрешение растровой графики – это совокупность размера картинки в пикселах плюс глубина цвета.
Например 800×600 RGB (или 800×600, 24 bit что одно и то же).

5. Форматы графических файлов

Графический формат ‒ это система хранения растрового изображения на носителе

Кроме самого изображения, графический формат обычно содержит информацию о нем, например, размеры, физическое разрешение, тип принтера для печати, имя создателя

Часто уникальность формата состоит только в возможности хранения дополнительной информации (к примеру, специальный правительственный формат для хранения фотографий, полученных со спутников, содержит, кроме изображения, такую специфическую информацию, как время и дату фотографирования, тип спутника, вид оборудования, которым был произведен снимок и т. п.)

Сжатие (compression)

Однако кроме специфической системы хранения растровых данных и информации, большинство графических форматов имеет еще одну полезную особенность: они обеспечивают сжатие (compression) изображения, т.е. могут запаковывать картинки как архиваторы

Графическое сжатие может сохранять исходное качество изображения (loss-less compression), но может его и портить (lossy compression)

В зависимости от использованного в формате алгоритма и коэффициента сжатия изображение может занимать иногда в тысячу раз меньше места, чем в исходном виде

Алгоритмы сжатия с потерями качества (СПК)

Алгоритмы сжатия с потерями качества основаны на поиске и выделении не бит или байт, а каких-то аналоговых деталей, отсутствия которых человек не замечает, и удаления их.

Например, самое распространенное сжатие СПК фрактальное (от англ. fraction, что означает дробь, часть) – основано на выделении одинаковых текстур (фракталов) и кодировании их математически.

Поэтому алгоритмы сжатия СПК могут быть применены только к фотографическому изображению, звуку или видеоролику, т. е. там, где такие детали могут присутствовать.

Алгоритмы сжатия СПК за счёт потерь сжимают изображений гораздо сильнее, чем БПК: они могут превратить 2-Мбайтное изображение в 20-Кбайтное, почти не ухудшив качества.

Microsoft Windows Bitmap (ВМР)

Поддерживает только 1-, 4-, 8- и 24-битные изображения.

По умолчанию изображение в формате не сжимается, однако при желании можно задействовать реализованное в ВМР сжатие RLE (правда, сжимать можно только 256- и 16-цветные изображения).

Хотя формат графического файла ВМР со всеми его разновидностями полностью разработан корпорацией Microsoft, ни одно из ее приложений не поддерживает сжатые ВМР-файлы, но многие программы могут с ним работать.

Windows ВМР-файлы имеют расширения *.ВМР, *.RLE (Run Length Encoded Bitmap) и *.DIB(Device Independent Bitmap).

Примечение: при загрузке палитровых ВМР-файлов в Windows в 16- или 256-цветном режиме некоторые цвета могут быть искажены.

Zoft PC PaintBrush Picture (PCX)

Формат графического файла PCX имел достаточно сильный и быстрый алгоритм сжатия БПК – разновидность RLE и среди приложений под DOS приобрёл огромную популярность:

  • поддерживается практически всеми растровыми редакторами и графическими пакетами,
  • используется во многих инструментальных библиотеках программиста

Формат поддерживается средой Windows наравне с ее «родным» форматом BMP

РСХ-файлы имеют большой заголовок, содержащий информацию о графическом режиме, программе, которой создан этот файл и т. п.

Graphie Interchange Format (GIF)

Формат графического файла GIF имеет сильное сжатие LZW и поддерживает палитровые изображения.

Такая система показа позволяет понять, что изображено на картинке еще до того, как она будет полностью выведена на экран

В формате версии GIF89a могло храниться несколько изображений или даже анимационный ролик

Он также поддерживал прозрачный цвет для наложения

Формат уже начал устаревать, поскольку не поддерживает цветные фотографические изображения

Tag (Tagged) Image File Format (TIFF)

Формат графического файла TIFF используется в издательских системах

Формат поддерживает множество алгоритмов сжатия (LZW, CCITT RLE, PackBits, Group IV Fax, NeXT, Thunderscan, PICIO, SGI RLE и даже JPEG), типов изображений (включая нестандартные палитровые) и два вида записи − IBM PC и Macintosh

Со сжатием LZW TIFF-файл занимает почти столько же места, как GIF, только в отличие от GIF формат поддерживает полноцветные изображения и хранит в файле много информации об изображении:

  • разрешении, тип принтера и другие детали,
  • необходимые для профессиональной работы

Portable Network Graphics (PNG)

Формат графического файла PNG основан на вариации алгоритма сжатия без потерь качества LZ77 – Deflate, известной пользователям по архиватору PKZip

В отличие от GIF и TIF он сжимает растровые изображения и по горизонтали, и по вертикали, что обеспечивает степень сжатия в среднем в полтора-два раза превосходящую GIF

В отличие от GIF формат графического файла PNG поддерживает цветные фотографические изображения до 48-битных включительно и не поддерживает анимацию

Поддерживает прозрачность, то есть изображения с прозрачным фоном

Все остальные функции GIF в PNG реализованы, и некоторые развиты в нем даже лучше

Joint Photographic Experts Group (JPEG)

Формат графического файла JPEG использует алгоритм сжатия с потерей качества. Алгоритм сжатия сокращает количество плавных тоновых переходов

Сжиматься этим алгоритмом могут только 24-битные цветные или 8-битные черно-белые (серые) изображения

В изображениях JPEG деформирует и размывает чёткие грани и текст, добавляя «призрачные» контуры, и заполняет закрашенные одним цветом зоны помехами.

Поэтому при сжатии изображений формату JPEG предпочитают GIF или PNG.

Степени сжатия алгоритмом JPEG

Формат графического файла

Поэтому, если кто-то вам предложит сохранить схему в формате JPEG, откажитесь наотрез.

Формат графического файла. Сводные характеристики

Формат графического файла

Как выбрать формат графического файла?

  1. Чертежи, планы или другие контурные рисунки хранить в формате PNG или GIF
  2. Если нет уверенности в совместимости какого-либо пакета с форматом изображения, запишите его: в формате ВМР (без сжатия), если это пакет под Windows, TIFF, если это издательская система, и GIF или PCX – если пакет под DOS
  3. Если вы храните большие архивы фотографических изображений, которые уже не подлежат дальнейшей обработке, используйте формат JPEG(JFIF)
  4. Если вам необходимо постоянно высокое качество фотографических изображений, используйте PNG, TIFF-LZW, без потерь качества.
  5. Если вас интересует скорость показа контурных изображений лучшего формата, чем PCX, вам не найти

Что касается моих пристрастий, то: Да здравствует формат PNG!

Интересные факты о сжатии

Протестировано сжатие форматов на «пустой» картинке, все пространство которой окрашено в белый цвет.

В этой ситуации форматы расположились по размерам в таком порядке:

  1. JPEG (самый маленький),
  2. GIF,
  3. PNG,
  4. TIFF,
  5. РСХ.

Теперь урока вы сможете:

  1. Рассказать, что такое формат файла
  2. Рассказать, что такое расширение файла
  3. Рассказать об особенностях и отличиях векторной и растровой графики
  4. Перечислить основные понятия растровой графики
  5. Дать рекомендации по применению форматов графических файлов

Оставьте первый комментарий

Комментировать