Растровые и векторные изображения. Сферы применения. Типы файлов изображений. Сжатие изображений
Под растровым изображением принято называть массив пикселей, расположенных в узлах регулярной сетки. Для каждого пикселя тем или иным способом задается цвет. Представление растрового изображения в памяти компьютера – это массив сведений о всех пикселях упорядоченный определенным образом. Наиболее близким аналогом такого явления виртуального мира, как пиксельное изображение, в реальном мире является мозаика.
Векторным изображением принято называть совокупность более сложных и разнообразных геометрических объектов. Важнейшая особенность векторной графики состоит в том, что для каждого объекта определяются управляющие параметры, конкретизирующие его внешний вид. Например, для окружности такими управляющими параметрами являются: диаметр, цвет и толщина линий, а также цвет внутренней области. Представление векторного изображения в памяти компьютера гораздо сложнее, чем пиксельного, хотя при этом оно намного компактней. Оно является перечнем всех объектов, из которых составлено изображение, причем для каждого объекта указанно к какому классу они принадлежат и приведены значения управляющих параметров.
Формат BMP – родной формат графических файлов Windows. Наиболее точно соответствует внутреннему формату самой системы. Формат изображения, так называемого, растрового массива зависит от количества бит, используемых для кодирования цвета каждого пикселя. Например, для изображения с 256 цветами под каждый пиксель отводится 1 байт, который содержит номер цвета в таблице цветов файла. Таблица цветов или палитра представляет собой массив, где индекс массива номер цвета палитры, а его содержимое тройка чисел, описывающих цвет по 3 основным компонентам. Файлы BMP c глубиной представления цвета 16 и 24 бит/пиксель не имеют таблицы цветов, в них значение пикселей растрового массива, непосредственно задают значение цветов RGB. Пиксели в формате изображения хранятся слева на право, начиная с нижней строчки изображения. Если число байтов в строке развертке нечетное, то к такой строке добавляется еще 1 байт, чтобы выровнять данные растрового массива.
Стандарт PSX разработан фирмой ZetSoft используется для программы PaintBrush для DOS. Это аппаратно зависимый формат, он предназначен для того чтобы информация о файле хранилась также как и в видео плате. Раньше на компьютерах были 16 цветовые EGA адаптеры, память которых делилась на непосредственные куски-плоскости. Составляющие цвета пикселя находились в соответствующих местах плоскости. Чтобы поставить точку определенного цвета требовалось в 4 местах исправить по 1 биту. Получалось, что цветная картинка состояла из 4 монохромных планок. Для поддержания совместимости со старыми программами современные видео адаптеры умеют работать в подобных EGA режимах.
При TrueColor в формате всегда есть 3 плана, а 1 план бывает только при 8 битном изображении. Формат допускает хранения в растровом массиве изображение большего, чем картинка, видимая на экране. Это было придумано для использования данного формата в факсимильных аппаратах.
GIF – это формат устроен иначе чем 2 предыдущих. Графическая информация состоит из блоков, которые следуют один за другим, поэтому говорят, что информация хранится в виде потока данных. Формат работает не более с чем 256 цветами. Зато каждый файл может содержать не одно, а несколько изображений. Существует 2 версии формата GIF87a, GIF89a. GIF87a выпущен в мае 1987 года. Каждый файл состоит из заголовка, необязательно палитры и собственной информации и картинки. Глобальная информация используется для всех изображений, находящихся в файле, если у какого-то файла нет собственной палитры. Палитра картинок и глобальная палитра устроены одинаково: 3ка битой задает красную, синюю и зеленую составляющую цвета точки.
GIF89a создана в июле 1989 года. Она дополнена новыми информационными блоками, которые называются управляющим расширением. Выделено 4 типа информационных блоков:
1. Управление графикой используется для создания движущихся картинок
2. Блок текста позволяет располагать текст поверх изображение. Это удобно когда надо поменять текст, оставив фоновое изображение
3. Комментарии пропускаются при выводе изображения, но они полезны авторам, чтобы указать информацию (дата создания)
4. Приложения, в которых храниться специальные данные, которые воспринимаются специальными программами.
К недостаткам формата можно отнести небольшую глубину цвета и то, что данные растрового массива сжимаются с помощью алгоритма LZW, т.е. если создаваемая программистом программа использует этот формат, то нужно иметь платное лицензионное соглашение с фирмой производителем формата.
JPEG – это не формат файла, а механизм сжатия файла, причем степень сжатия можно выбирать при сохранении. При сохранении файла в этом формате часть информации об изображении утрачивается. Огромным плюсом этого формата является то, что его поддерживают все браузеры без исключения. Этот формат идеально подходит для передачи изображения по почте, для хранения на компьютере (если его дальнейшее редактирование не требуется), для размещения в Интернете и при подготовке изображения к печати. Может поддерживать более 16 млн цветов, однако формат не поддерживает прозрачность изображения.
PNG существует 2 типа формата PNG: PNG-8 создан в качестве альтернативы GIF, PNG-24 (альтернатива JPEG). Формат имеет ряд преимуществ, включая поддержку прозрачности, поддержка не только TrueColor, но и 48 бит/пиксель, используется открытый алгоритм сжатия LZ77, не требующий лицензионных платежей, обеспечивающий сжатие без потерь, отлично подходит для записи рисунков и фотографий.
TIF дословно переводится, как формат изображений, снабжённых тэгами. Разработан в 1986 году для хранения черно-белых изображений со сканеров. Это наиболее распространенный формат растровых изображений, применяемых в издательстве. Версия TIF 4.0 позволяет хранить несжатые цветные изображения. Модификация 19 года позволила использовать цветовую палитру и алгоритм сжатия LZ77. Версия TIF 6.0 поддерживала не только RGB палитру, но и кодировку CMYK, YUV, а также алгоритм JPEG. Это один из самых сложных форматов, файл состоит из списка тэгов или полей растровых массивов, положение списков и массивов не фиксировано в этом и заключается сложность формата. Устройство похоже на устройство файловой системы: список – директория, каждый элемент списка – имя файла, растровый массив – данные файла. Как и в файловой системе тэг может содержать ссылку на растровые данные, а директория - указатель на следующую директорию. Формат имеет более 70 различных типов тэгов. Тэг одного типа хранит информацию о ширине, другой – о высоте, третий – таблицу цветов. Также можно определять собственные типы тэгов или игнорировать непонятные.
Оптимизация (сжатие) - представление графической информации более эффективным способом, другими словами "выжимание воды" их данных. Требуется использовать преимущество трех обобщенных свойств графических данных: избыточности, предсказуемости и необязательности. Схема, подобная групповому кодированию (RLE), которая использует избыточность. Кодирование по алгоритму Хаффмана и арифметическое кодирование, основанные на статистической модели, использует предсказуемость, предполагая более короткие коды для более часто встречающихся значений пикселов. Наличие необязательных данных предполагает использование схемы кодирование с потерями ("JPEG сжатие с потерями"). Например, для случайного просмотра человеческим глазом не требуется того же разрешения для цветовой информации в изображении, которая требуется для информации об интенсивности. Поэтому данные, представляющие высокое цветовое разрешение, могут быть исключены.