При этом JPEG является просто інкапсуляцією формата JPEG в формат TIFF. Формат TIFF позволяет сохранять изображения, сжатые по стандарту JPEG, без потерь данных (JPEG-LS).
Приложение Е. Описание форматов графических файлов | Одна из современных информационных технологий заключается в хранении и обработке файлов растровой графики (bitmap file). В файле растровой графики содержится информация, необходимая компьютеру для воспроизведения изображения. В конце концов биты и байты в битовом массиве (bitmap) сообщают компьютер, в какой цвет окрасить каждый пиксель изображения. Затем компьютер превратит цвета растрового массива в формат, совместимый с адаптером его дисплея, и передает этот формат аппаратуре вывода видеоизображения[11]. Вызывает интерес та часть процесса, где происходит преобразование данных в растровый массив. Существует несколько форматов файлов растровой графики, и каждый формат предусматривает собственный способ кодирования информации об пикселы и другой присущей компьютерным изображением информации..
Рассмотрим шесть наиболее популярных в ПК форматов графических файлов.
Распространенные форматы файлов растровой графики
| Формат | Макс. число бит/пиксел | Макс. число цветов | Макс. размер изображения, пиксел | Методы сжатия | Кодирования нескольких изображений |
| BMP | 24 | 16'777'216 | 65535 x 65535 | RLE* | - |
| GIF | 8 | 256 | 65'535 x 65535 | LZW | + |
| JPEG | 24 | 16'777'216 | 65535 x 65535 | JPEG | - |
| PCX | 24 | 16'777'216 | 65535 x 65535 | RLE | - |
| PNG | 48 | 281'474'976'710'656 | 2'147'483'647 x 2 147 483 647 | Deflation (вариант LZ77) | - |
| TIFF | 24 | 16'777'216 | всего 4'294'967'295 | LZW, RLE і другие* | + |
* Сжатие выполняется факультативно.
|
|
|
Файлы PCX|
PCX стал первым стандартным форматом графических файлов для хранения файлов растровой графики в компьютерах IBM РС. На этот формат, применявшийся в программе Paintbrush фирмы ZSoft, в начале 80-х гг. фирмой Microsoft была приобретена лицензия, и затем он распространялся вместе с изделиями Microsoft. В дальнейшем формат был преобразован в Windows Paintbrush и начал распространяться с Windows. Хотя область применения этого популярного формата сокращается, файлы формата PCX, которые легко узнать по расширению PCX, все еще широко распространены сегодня.
Файлы PCX разделены на следующие три части: заголовок PCX, данные растрового массива и факультативная таблица цветов. 128-байт заголовок PCX содержит несколько полей, в том числе поля размера изображения и числа бит для кодирования информации о цвете каждого пиксела.
Информация растрового массива сжимается с использованием простого метода сжатия RLE; факультативная таблица цветов в конце файла содержит 256 значений цветов RGB, определяющих цвета изображения. Формат PCX изначально был разработан для адаптеров CGA - и EGA-дисплеев и в дальнейшем был модифицирован для использования в адаптерах VGA и адаптерах действительных цветов. Кодирования цвета каждого пикселя в современных изображениях PCX может проводиться с глубиной 1, 4, 8 или 24 бит.
|
|
|
Файлы GIF|
Большинство ведущих специалистов-графиков, имеющих дело с алгоритмом LZW, сталкиваются с аналогичными юридическими проблемами при использовании популярного міжплатформеного формата файлов растровой графики GIF (Graphics Interchange Format - формат обмена графическими данными, произносится "джиф"), разработанного компанией CompuServe. Обычно для имени файлов GIF используется расширение GIF, и тысячи таких файлов можно получить в CompuServe.
Структура GIF-файла зависит от версии GIF-спецификации, которой соответствует файл. В настоящее время используются две версии, GIF87a и GIF89a. Первая из них проще. Независимо от номера версии, файл GIF начинается с 13-байт заголовка, содержит сигнатуру, которая идентифицирует этот файл как GIF-файла, номер версии GIF и другую информацию. Если файл хранит всего одно изображение, вслед за заголовком обычно располагается общая таблица цветов, что определяет цвет изображения. Если в файле хранится несколько изображений (формат GIF, аналогично TIFF, позволяет в одном файле кодировать два и более изображений), то вместо общей таблицы цветов каждое изображение сопровождается локальной таблицей цветов.
|
|
|
В файле GIF87a вслед за заголовком и общей таблицей цветов размещается изображение, которое может быть первым из нескольких расположенных подряд изображений. Каждое изображение состоит из 10 байт описателя изображение, расположенной вслед за ним локальной таблице цветов и бит растрового массива. Для повышения эффективности использования памяти данные растрового массива сжимаются с помощью алгоритма LZW.
Файлы GIF89a имеют аналогичную структуру, но они могут содержать факультативные блоки расширения с дополнительной информацией о каждое изображение. В спецификации GIF89a определены четырех типов блоков расширения. Это блоки расширения для управления графикой, которые описывают, как изображение должно выводиться на экран (например, оно накладывается на предыдущее изображение подобно діапозитива или просто заменяет его); блоки расширения с обычным текстом, содержащие текст, что отображается вместе с графикой; блоки расширения для комментария, содержащие комментарии в коде ASCII; и блоки расширения прикладных программ, в которых хранится информация, принадлежащая только создала этот файл программе. Блоки расширения могут находиться практически в любом месте файла после общей таблице цветов.
|
|
|
Основные достоинства GIF заключаются в широком распространении этого формата и его компактности. Но ему присущи два достаточно серьезных недостатка. Один из них заключается в том, что в изображениях, хранящихся в виде GIF-файла, не может быть использовано более 256 цветов.
Второй, возможно, еще более серьезный, заключается в том, что разработчики программ, форматы GIF, что используют в них, должны иметь лицензионное соглашение с CompuServe и вносить плату за каждый экземпляр программы; такая ценовая политика была принята CompuServe после того, как Unisys объявила, что начнет добиваться соблюдения своих прав собственности и потребовала от тех, КТО пользуется алгоритмом сжатия LZW, вносить лицензионные платежи. Возникшее в результате этого запутанное юридическое положение тормозит внедрение программистами в свои графические программы средств для работы с файлами GIF.
Файлы PNG|
Формат PNG (Portable Network Graphic - переносимый сетевой формат, произносится "пинг") был разработан для замены GIF, чтобы обойти юридические препятствия, стоящие на пути использования GIF-файлов. PNG унаследовал много возможностей GIF и, кроме того, он позволяет сохранять изображения с реальными цветами. Еще более важно, что он сжимает информацию растрового массива в соответствии с вариантом пользующегося высокой репутацией алгоритма сжатия LZ77 (предшественника LZW), которым любой может пользоваться бесплатно.
Файлы JPEG|
Формат файла JPEG (Joint Photographic Experts Group - Объединенная экспертная группа по фотографии, произносится "джейпег") был разработан компанией C-Cube Microsystems как эффективный метод хранения изображений с большой глубиной цвета, например, получаемых при сканировании фотографий с многочисленными едва уловимыми (а иногда и неуловимыми) оттенками цвета. Самое большое отличие формата JPEG от других рассмотренных здесь форматов состоит в том, что в JPEG используется алгоритм сжатия с потерями (а не алгоритм без потерь) информации. Алгоритм сжатия без потерь так сохраняет информацию об изображении, что распакованную изображение в точности соответствует оригиналу. При сжатии с потерями приносится в жертву часть информации об изображении, чтобы достичь большего коэффициента сжатия. Распакованную изображение JPEG редко соответствует оригиналу абсолютно точно, но очень часто эти различия столь незначительны, что их едва можно (если вообще можно) обнаружить.
Процесс сжатия изображения JPEG достаточно сложен и часто для достижения приемлемой производительности требует специальной аппаратуры. Сначала изображение разбивается на квадратные блоки со стороной размером 8 пиксел. Затем производится сжатие каждого блока отдельно за три шага. На первом шаге с помощью формулы дискретного косинусоидального преобразования фуры (DCT) производится преобразование блока 8х8 с информацией о пиксели в матрицу 8x8 амплитудных значений, отражающих различные частоты (скорости изменения цвета) в изображении. На втором шаге значения матрицы амплитуд делятся на значения матрицы квантования, которая смещена так, чтобы отфильтровать амплитуды, изображения, незначительно влияют на общий вид. На третьем и последнем шаге квантована матрица амплитуд сжимается с использованием алгоритма сжатия без потерь.
Поскольку в квантованій матрицы отсутствует значительная доля высокочастотной информации, имеющейся в исходной матрице, первая часто сжимается до половины своего первоначального размера или даже еще больше. Реальные фотографические изображения часто совсем невозможно сжать с помощью методов сжатия без потерь, поэтому 50%-ное сжатие следует признать достаточно хорошим.
С другой стороны, применяя методы сжатия без потерь, можно сжимать некоторые изображения на 90%. Такие изображения плохо подходят для сжатия методом JPEG.
При сжатии методом JPEG потери информации происходят на втором шаге процесса. Чем больше значения в матрице квантования, тем больше отбрасывается информации из изображения и тем более плотно сжимается изображение. Компромисс заключается в том, что более высокие значения квантования приводят к худшему качеству изображения. При формировании изображения JPEG пользователь устанавливает показатель качества, величине которой "управляет" значениями матрицы квантования. Оптимальные показатели качества, обеспечивающие лучший баланс между коэффициентом сжатия и качеством изображения, различны для разных изображений и обычно могут быть найдены только методом проб и ошибок.
Файли TIFF|
Если PCX - один из самых простых для декодирования форматов растровой графики, то TIFF (Tagged Image File Format-формат файлов изображения, снабженных тегами) - один из самых сложных. Файлы TIFF имеют расширение TIFF. Каждый файл начинается 8-байт заголовка файла изображения (IFH), важнейший элемент которого - каталог файла изображения (Image File Directory, IFD) - служит указателем структуры данных. IFD является таблицей для идентификации одной или нескольких порций данных переменной длины, называемых тегами; теги хранят информацию об изображении. В спецификации формата файлов TIFF определено более 70 различных типов тегов. Например, тег одного типа хранит информацию о ширину изображения в пикселах, другой - информацию о его высоте. В теге третьего типа хранится таблица цветов (при необходимости), а тег четвертого типа содержит сами данные растрового массива. Изображение, закодированное в файле TIFF, полностью определяется его тегами, и этот формат файла легко расширяется, поскольку для придания дополнительных свойств файла хватает лишь определить дополнительных типов тегов.
Так что же делает TIFF настолько сложным? С одной стороны, составление программ, различают всех типов тегов, - это непростое дело. В большинстве программ для чтения файлов TIFF реализуется лишь подмножество тегов, именно поэтому созданный одной программой файл TIFF иногда не может быть прочитан другой. Кроме того, программы, которые создают файлы TIFF, могут определять собственных типов тегов, имеющих смысл только для них. Программы чтения файлов TIFF могут пропускать непонятные для них теги, но всегда существует опасность, что это повлияет на внешний вид изображения.
Еще одна сложность заключается в том, что файл TIFF может содержать несколько изображений, каждому из которых сопутствуют собственные IFD и набор тегов. Данные растрового массива в файле TIFF могут сжиматься с использованием любого из нескольких методов, поэтому в надежной программе для чтения файлов TIFF должны быть средства распаковки RLE, LZW (LempelZivWelch) и несколько других. Ситуацию еще больше ухудшает то обстоятельство, что пользование программами распаковки LZW должно осуществляться в соответствии с лицензионным соглашением с фирмой Unisys Corp на право пользования алгоритмом LZW и часто за плату. В результате даже самые лучшие программы считывания TIFF нередко задаются", когда сталкиваются с кратким по методу LZW изображением.
Не смотря на свою сложность, файловый формат TIFF остается одним из лучших для передачи растровых массивов с одной платформы на другую, благодаря своей универсальности, что позволяет кодировать в двоичном виде практически любое изображение без потери его визуальных или каких-либо других атрибутов.
Структура TIFF|
Файлы формата TIFF, как правило, имеют расширение .tiff или .tif.
Структура формата гибкая и позволяет сохранять изображения в режиме цветов с палитрой, а также в различных цветовых пространствах:|простір-час|:
1. Бинарном (двуцветном, иногда неправильно называемом черно-белым)
2. Півтоновому
3. С индексированной палитрой
4. РГБ
5. Модель CMYK
6. YCbCr
7. Лаборатория МКО
Поддерживаются режимы 8, 16, 32 и 64 бит на канал при целочисленном, а также 32 и 64 бит на канал при представлении значения пиксела числами с плавающей запятой.
Есть возможность сохранять изображение в файле формата TIFF с сжатием и без сжатия. Степени сжатия зависят от особенностей изображения, что самого хранится, а также от используемого алгоритма. Формат TIFF позволяет использовать следующие алгоритмы сжатия:
1. PackBits| (RLE|)
2. Lempel-Ziv-Welch| (LZW|)
3. LZ77|
4. ZIP|
5. JBIG|
6. JPEG|
7. CCITT| Group| 3, CCITT| Group| 4
При этом JPEG является просто інкапсуляцією формата JPEG в формат TIFF. Формат TIFF позволяет сохранять изображения, сжатые по стандарту JPEG, без потерь данных (JPEG-LS).
Алгоритмы CCITT Group 3 и 4 предназначены для кодирования бинарных растровых изображений. Сначала они были разработаны для сетей факсимильной связи (поэтому иногда их называют Fax 3, Fax 4). Сейчас они также используются в полиграфии, системах цифровой картографии и географических информационных системах. Алгоритм Group 3 напоминает RLE, поскольку кодирует линейные последовательности пикселова Group 4 — двумерные поля пикселей.
TIFF является теговым форматом и в нем имеются следующие виды тегов:
Дата добавления: 2018-10-27; просмотров: 174; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!