Формати графічних файлів для Веб

Знання файлових форматів та їх можливостей є одним з ключових чинників в комп'ютерній графіці і зокрема, у підготовці зображень для Веб. Сьогодні немає такого різноманіття форматів, як на початку 90-х, коли кожна компанія-виробник графічних редакторів створювала свої файлові формати, проте кожен, з усталених на сьогодні форматів, пройшов природний відбір, довів свою життєздатність і потрібність. Всі вони мають свої характерні особливості і можливості, що роблять їх незамінними в роботі.

Всі графічні дані в комп'ютері можна розділити на дві великі гілки: растрову і векторну.

Векторні файли представляють математичний опис об'єктів відносно точки початку координат. Наприклад, для того щоб відобразити пряму потрібно вказати координати двох точок, які об'єднаються за коротшим шляхом, для дуги задається радіус тощо. Таким чином, векторне зображення є набом геометричних примітивів. Більшість векторних форматів можуть містити в собі втілені у файл растрові об'єкти. Складність при переведенні чи перенесенні даних з одного векторного формату до іншого полягає у використанні в програмах різних алгоритмів, різних математичних формул для побудови векторних примітивів та опису растрових об'єктів.

Растровий файл влаштовано простіше. Він представляє прямокутну матрицю (bitmap), що поділена на піксели.

Растрові формати різняться між собою здатністю містити додаткову інформацію: різні колірні моделі, вектори, Альфа-канали, прошарки різних типів, інтерліньяж (черезрядкове підвантаження), анімація, можливості стиснення тощо.

Растрові файли можна поділити на два типи: призначені для виводу на екран і для друку.

Графічні формати, що призначені для Веб

GIF (CompuServe Graphics Interchange Format)

Апаратно незалежний формат GIF було розроблено в 1987 році (GIF87a) фірмою CompuServe для передачі растрових зображень по мережах. У 1989-му формат було модифіковано (GIF89a), до нього було додано підтримка прозорості та анімації.

GIF використовує LZW-компресію, що дозволяє добре стискати файли, в яких багато ділянок з однорідним заповненням (логотипи, написи, схеми).

Метод стиснення LZW (Lempel-Ziv-Welch) розроблено в 1978 році ізраїльтянами Лемпелом і Зівом, і допрацьовано пізніше в США. Принцип стискання полягає у пошуку однакових послідовностей - фрази у всьому файлі. Виявлені послідовності зберігаються в таблиці, їм привласнюються короткі маркери - ключі. Так, якщо в зображенні є набори з рожевого, оранжевого і зеленого пікселів, що повторюються 50 разів, LZW виявляє цей набір, привласнює йому окреме число (наприклад, 7) і зберігає ці дані 50 разів у вигляді числа 7.

Метод LZW ефективно діє на ділянках однорідних, вільних від шуму кольорів, добре стискає довільні графічні дані, але процес кодування і розпаковування відбувається відносно повільно.

GIF дозволяє записувати зображення «через рядок» (Interlaced), завдяки чому, маючи лише частину файлу, можна побачити зображення цілком, але з меншою роздільністю. Це досягається за рахунок завантаження, спочатку 1, 5, 10 і далі рядків, за другим проходом підвантажуються 2, 6, 11 рядки, і згодом зображення набуває початкового вигляду. Черезрядковий запис дещо збільшує розмір файлу, але надає більшої зручності для користувачів.

У GIF можна застосовувати прозорі ділянки, вони лишаються прозорими в браузерах та інших програмах і через них просвічується фоновий колір. Прозорість забезпечується за рахунок додаткового Alpha-каналу, що зберігається разом з файлом.

Файл GIF може містити не одну, а кілька растрових картинок, які браузери підвантажують одну за іншою із вказаною у файлі частотою. Так досягається ілюзія руху (GIF-анімація).

Особливості

· GIF використовує 8-бітовий колір і ефективно стискає суцільні колірні ділянки, при цьому зберігаючи деталі зображення.

· Кількість кольорів в зображенні може бути від 2 до 256, але це можуть бути будь-які кольори з 24-бітової палітри.

· Файл у форматі GIF може містити прозорі ділянки. Якщо використовується відмінний від білого кольору фон, він буде просвічуватися крізь прозорі ділянки в зображенні.

· GIF підтримує покадрову зміну зображень, що робить формат популярним для створення банерів і простої анімації.

· Використовує вільний від втрат метод стиснення.

Область застосування

Текст, логотипи, ілюстрації з чіткими краями, анімовані малюнки, зображення з прозорими ділянками, банери.

JPEG (Joint Photographic Experts Group)

Строго кажучи JPEG-ом називається не формат, а алгоритм стиснення, який засновано не на пошуку однакових елементів, як у LZW, а на різниці між пікселами.

Кодування даних відбувається в кілька етапів. Спочатку графічні дані конвертуються в колірний простір типу LAB, потім відкидається половина або три чверті інформації про колір (в залежності від реалізації алгоритму).

Далі аналізуються блоки 8х8 пікселів. Для кожного блоку формується набір чисел. Перші кілька чисел представляють колір блоку в цілому, в той час, як подальші числа відображають тонкі деталі. Спектр деталей базується на зоровому сприйнятті людини, тому, крупні деталі помітніші.

На наступному етапі, залежно від обраного рівня якості, відкидається певна частина чисел, що представляють тонкі деталі. На останньому етапі використовується кодування за методом Хафмана для ефективного стиснення кінцевих даних. Відновлення даних відбувається в зворотному порядку.

Метод стиснення Хафмана (Huffman) розроблено в 1952 році і використовується як складова частина в ряді інших схем стиснення, в тому числі і у LZW. В методі Хафмана аналізується набір символів для визначення частоти кожного символу. Потім, для символів, що найчастіше зустрічаються, використовується позначення у вигляді мінімальної можливої кількості бітів. Наприклад, найчастіше в англійських текстах зустрічається буква "е". Використовуючи кодування Хафмана можна представити літеру "е" лише двома бітами (1 і 0), замість вісьмох бітів, необхідних для представлення букви "е" в кодуванні ASCII.

Таким чином, чим вище рівень компресії, тим більше даних відкидається, тим нижчою є якість. Використовуючи JPEG можна отримати файл в 2-500 разів менше, ніж ВМР.

Формат JPEG є апаратно незалежним, повністю підтримується на РС і Macintosh. JPEG не підтримує індексовані палітри кольорів.

JPEG-ом краще стискаються растрові картинки фотографічної якості, ніж логотипи або схеми - в них більше півтонових переходів, в той час серед однотонних заливок з'являються небажані переходи.

Краще і з меншими втратами стискаються великі зображення для Веб з високою роздільністю (200-300 dpi і більше), ніж з низькою (72-150 dpi), оскільки в кожному квадраті 8х8 пікселів переходи виходять м'якшими, за рахунок того, що таких квадратів є більше.

Не бажано зберігати у JPEG-форматі будь-які зображення, де важливими є тонкі нюанси кольорів, оскільки під час стиснення відбувається відкидання колірної інформації. У JPEG слід зберігати лише кінцевий варіант роботи, оскільки кожне повторне збереження призводить до нових втрат (відкидання) даних і початкове зображення може бути вкрай зіпсованим.

Даний формат називають стисненням з втратами, оскільки алгоритм JPEG вибірково відкидає дані.

Формат JPEG не підтримує прозорість і при збереженні зображення з прозорими ділянками, вони зафарбовуються в певний колір.

Особливості

· В зображенні може бути понад 16 мільйонів кольорів, що цілком достатньо для збереження фотографічної якості зображення.

· Основною характеристикою формату є якість, яка визначає кінцевий розмір файлу. Слід пам’ятати, що формат застосовує стиснення з втратами. Чим вище стиснення, тим менше якість і навпаки.

· Підтримка технології прогресивного JPEG. Тоді, спочатку у вікні перегляду з'являється версія малюнка з низькою роздільністю, яка поступово набуває початкового вигляду при повному завантаженні самого зображення.

Область застосування

Використовується переважно для фотографій. Не є доцільним для зображень з прозорими ділянками, дрібними деталями чи текстом.