Графические файлы, их виды и особенности

В настоящее время использование полноцветной качественной графики реалистичных цветов на компьютерах класса ПК выглядит совершенно обыденным. Хотя не так давно это было привилегией издательских систем, которые обычно строились на платформах Macintosh или графических станций Silicon Graphics. Пользователи ПК довольствовались же в крайнем случае графикой с цветом, глубиной максимум 8 бит/пиксел (256 цветов) при довольно слабой разрешающей способности 320Х200 или же 16 цветами при разрешении 640Х480.

Сейчас, с развитием архитектур видеоадаптеров и удешевлением видеопамяти на различных микросхемах, среднестатистическому пользователю вполне доступны системы на платформе ПК, успешно работающие с реалистичными (TrueColor) изображениями глубиной 24 бита / пиксел (более 16 млн. цветов).

В связи с техническим прогрессом возникла потребность в перенесении на платформу ПК и адаптации различных форматов кодирования и хранения графической информации с других платформ (например Macintosh, где подобные разработки развиваются в течение уже второго десятка лет), или же разработка собственных, ориентированных на ПК графических форматов, полностью учитывающих все особенности архитектуры их видеоадаптеров.

Более того, в последние 5 лет в связи с молниеносным распространением Internet и, в частности, технологий World Wide Web, стала вставать проблема другого рода – разработка форматов изображений достаточно компактных для передачи в сети с минимальными задержками и аппаратно независимых, так как к сети подключены компьютеры самых различных архитектур.

В связи с этим, хотелось бы кратко рассмотреть несколько распространенных графических форматов и кратко охарактеризовать их возможности. Все эти сведения сведены в нижеследующую таблицу:

Кроме этого следует отметить, что наиболее компактными являются форматы JPEG, GIF, PNG, которые, к тому же, платформенно-независимы. Формат BMP является стандартным форматом Windows, однако большого распространения не получает из-за непомерных размеров файлов, особенно при сохранении графики с глубиной цвета 24 бит/пиксел. Касаемо формата TIFF следует заметить, что он, как и JPEG, GIF, является частично платформенно-независимым, однако слишком объемен для использования в сети и, что еще хуже, слишком сложен для интерпретации. Кроме того любые программные изделия, в том числе и просмотровщики графических файлов, содержащие код для кодирования / декодирования данных по алгоритму LZW должны распространяться по соответствующему лицензионному соглашению компании Unisys Corp., владельца алгоритма, что дополнительно удорожает эти продукты.

Дальнейшее рассмотрение мне хотелось бы обратить к межплатформенным форматам, принятым в Internet в качестве стандарта де-факто: JPEG, GIF, PNG.

Сразу хочу заметить, что формату PNG (Portable Network Graphic) не будет уделено много внимания, хотя, возможно, он его и заслуживает. Это является следствием того, что формат этот появился не так давно и несмотря на все свои достоинства еще не получил всеобщего признания.

Итак, фактически перед человеком или компанией, которая намерена размещать на своих дисках большое количество изображений и, возможно, предоставлять их для использования в Internet, встает дилемма: что выбрать GIF или JPEG.

Формат GIF, разработанный компанией CompuServe, и изначально предлагавшийся именно как формат для обмена изображениями в сети является форматом с достаточно высокой степенью сжатия изображения. Кроме того, GIF обладает дополнительными возможностями, которые делают его использование в сети привлекательным. Первая – это возможность изменения порядка вывода на экран строк изображения, с заполнением промежутков между ними временной информацией. Визуально это выглядит так, что по мере загрузки из сети (что происходит нередко с катастрофически низкой скоростью) изображение на экране появляется как бы «в низком качестве», а затем, по мере подгрузки дополнительной информации, восстанавливает пропущенные строки изображения. Таким образом, пользователь еще до окончания процесса загрузки может получить представление о содержимом изображения и прервать загрузку ненужного файла большого размера. Вторая возможность заключается в хранении в одном файле боле чем одного изображения, что делает возможной элементарную покадровую анимацию. Еще одной отличительной особенностью GIF является то, что один из цветов можно объявить «прозрачным», и тогда при выводе изображения те его части, которые выкрашены этим цветом не будут выводиться на экран и под ними будет виден фон, на который изображение накладывается. Самым же большим недостатком GIF является то, что он может хранить изображение, состоящее максимум из 256 цветов, что в последнее время становиться все менее и менее приемлемым. Вместе с этим, пользователей GIF преследует такая же неприятность, что и в случае с форматом TIFF: GIF также использует LZW-сжатие, а следовательно, каждое изображение может распространяться только при наличии соответствующего лицензионного соглашения.

Формат JPEG является TrueColor-форматом, то есть может хранить изображения с глубиной цвета 24 бит/пиксел. Такой глубины цвета достаточно для практически точного воспроизведения изображений любой сложности. Более глубокое представление цвета (например 32 бит/пиксел) реально оказывается практически неотличимым от данного при просмотре на современных мониторах и при распечатке на большинстве доступных принтеров. Такая глубина цвета может оказаться полезной разве только в издательской деятельности. JPEG в общем обладает более высокой степенью сжатия изображений, нежели GIF (подробнее этот аспект описан в главе «Практики использования JPEG»), но не обладает возможностью хранить несколько изображений в одном файле. Недавно была разработана модификация формата JPEG, получившая название Progressive JPEG, что приблизительно можно перевести на русский язык как «постепенный JPEG», который предназначен для тех же задач, что и чересстрочное отображение GIF-изображений. Это сделало формат JPEG еще более привлекательным в качестве сетевого стандарта. Однако, и в JPEG присутствуют свои недостатки. В отличие от GIF, который может эффективно сжимать изображения практически любого содержания, JPEG ориентирован прежде всего на реалистичные изображения, то есть изображения фотографической направленности, и качество сжатия значительно ухудшается при обработке изображений с четко очерченными линиями и границами цветов.

Таким образом, нельзя до сих пор сделать окончательного выбора в пользу одного или другого формата. Однако, мне формат JPEG представляется более интересным с точки зрения оригинального алгоритма сжатия и больших возможностей для развития в перспективе. Также формат JPEG следует считать однозначно более гибким: он позволяет выбирать между хорошим качеством изображения или хорошей степенью сжатия и находить приемлемый компромисс для каждого конкретного случая. Поэтому все дальнейшее исследование посвящено именно этому формату.