1.7. Форматы графики в Интернете

Вся компьютерная графика делится на две большие ветви: растровую и векторную.

Растровый файл  представляет собой прямоугольную матрицу (bitmap), разделенную на маленькие квадратики - пиксели (pixel - picture element). Чем больше пикселей в каждом квадратном дюйме на матрице, тем выше разрешение файла, тем выше качество графики, тем больше объем файла. Данная структура характерна для всех растровых форматов. Различаются они способностью нести какую-либо дополнительную информацию, количеством информации о цвете, которую можно определить для каждого пикселя, способом архивации, другими особенностями. Растровое изображение - это изображение, где каждый пиксель на картинке задаётся числом которое представляет собой номер цвета в текущей палитре.

Векторы представляют собой  математическое описание объектов относительно точки начала координат. Чтобы компьютер нарисовал прямую, нужны координаты двух точек, которые связываются по кратчайшей, для дуги задается радиус и т.д.

Таким образом, векторная иллюстрация - это набор геометрических примитивов. Сложность при передаче данных из одного векторного формата в другой заключается в использовании программами различных алгоритмов, разной математики при построении одних и тех же объектов.

При создании графики Web-сайтов дизайнерам и программистам постоянно приходится делать выбор в соотношении объем/качество графических файлов. Учитывая невысокую скоростную способность многих интернет-каналов (например, через модем скорость обмена данными может не превышать 20 Кбит/c) чаще всего выбор делается в ущерб качеству, чтобы добиться максимального сжатия графического файла.

Рассмотрим наиболее часто используемые форматы графики и определим их сетевую пригодность.

Растровая графика

Формат BMP (BitMaP)

Формат файла BMP  - это "родной" формат растровой графики для Windows, поскольку он наиболее близко соответствует внутреннему формату Windows, в котором эта система хранит свои растровые массивы. Данный формат также читается компьютерами  Macintosh. Для имени файла, представленного в BMP-формате, чаще всего используется расширение BMP, хотя некоторые файлы имеют расширение RLE, означающее run length encoding (кодирование длины серий, когда  вместо передачи цепочки из одинаковых символов передаются символ и значение длины цепочки. Сжатие выполняется факультативно).  Например, подряд записаны пять одинаковых символов с кодом XX. Вместо записи XX XX XX XX XX, используя RLE, делается более короткая: 05 XX. Здесь 05 определяет число повторений.

Файлы BMP содержат таблицу цветов, где представлены значения основных цветов RGB (красный, зеленый, синий от red, green, blue) для используемых в изображении цветов. Информация о цвете каждого пиксела кодируется 1, 4, 8, 16 или 24 бит (бит/пиксел). Числом бит/пиксел, называемым также глубиной представления цвета, определяется максимальное число цветов в изображении. Изображение при глубине 1 бит/пиксел может иметь всего два цвета, а при глубине 24 бит/пиксел - более 16 млн. различных цветов.

В Интернете используется только в одном случае: когда требуется выложить архив графических файлов высокого качества, сжатый архиватором, например ZIP.  Применение  RLE-сжатия  не  рекомендуется,  так  как  многие программы таких файлов  не  понимают.

Формат GIF (Graphic Interchange Format)

Формат GIF  применяет те же алгоритмы сжатия, что и обычные программы-архиваторы (LZW-компрессию).

Алгоритм LZW назван по именам его создателей - математиков Лемпела - Зива - Велча (Lempel, Ziv, Welch). Используется для сжатия  графических файлов GIF без потерь. Основан  на алгоритме поиска одинаковых последовательностей во всем файле. Алгоритм LZW позволяет, просматривая файлы, записывать повторяющиеся 8-разрядные символы в создаваемый словарь. В результате создается словарь, в котором каждому повторяющемуся символу приписывается короткий код. После сжатия данных вместо 8-разрядных символов записываются их коды.

К особенностям формата можно отнести то, что GIF-формат позволяет записывать изображение "через строчку" (Interlaced), благодаря чему, имея только часть файла, можно увидеть изображение целиком, но с меньшим разрешением. Эта возможность широко применяется в Интернете на сайтах. Сначала посетитель страницы видит картинку с меньшим разрешением, что дает ему возможность понять, о чем идет речь и принять решение: следует ли дождаться конца загрузки. Это достигается за счет подгрузки сначала 1, 5, 10 и так далее строчек пикселей и растягиванием данных между ними, вторым проходом следуют 2, 6, 11 строчки и дальше. Качество изображения как бы постепенно увеличивается. В конце концов подгружается все изображение полностью. Чересстрочная запись незначительно увеличивает размер файла.

Важной особенностью GIFформата является возможность задавать прозрачный фон графических файлов. Прозрачность обеспечивается за счет дополнительных данных (Alpha-канала), сохраняемых в файле.

Второй важной особенностью является  GIF-анимация. Когда файл содержит не одну, а несколько растровых картинок, которые браузеры Интернета могут подгружать одну за другой с указанной в файле частотой. Благодаря чему достигается эффект  мультипликации.

Основное же ограничение формата GIF состоит в том, что цветное изображение может быть записано с использованием не более чем 256 цветов.

Наиболее часто в сети Интернет GIF-формат используется для создания:

-рисунков с небольшим количеством цветов,
-небольших фотографий с мелкими деталями,
-черно-белых изображений,
-рисунков с прозрачным фоном,
-анимаций,
-рекламных баннеров.

В качестве альтернативы устаревшему GIF-формату был разработан относительно недавно формат PNG (Portable Network Graphics). Использует сжатие без потерь Deflate, сходное с LZW. Алгоритм PNG возник из-за патентования в 1995 году алгоритма LZW. В отличие от ограниченной 256 цветами палитры GIF, PNG-формат позволяет хранить полноцветные изображения с любой глубиной цвета вплоть до 48 бит. Сжатые PNG-файлы в 256 цветах, как правило, меньше аналогичных GIF-ов. В отличие от двух градаций прозрачности, поддерживаемых GIF-форматом (либо есть прозрачность, либо ее нет), PNG поддерживает также полупрозрачные пиксели (в диапазоне прозрачности от 0 до 99%).

Формат JPEG  (Joint Photographic Expert Group)

Самый популярный в Интернете формат для хранения фотографических изображений. Алгоритм сжатия формата построен за счет ухудшения качества изображения, но можно выбрать такие параметры сжатия, при которых потери в качестве практически незаметны или приемлемы для нужных целей. Позволяет использовать до 16 миллионов цветов.

Строго говоря, JPEG- это не формат, а алгоритм сжатия, основанный не на поиске одинаковых элементов, как в RLE и LZW, а на разнице между пикселями. Кодирование данных происходит в несколько этапов. Сжатие JPEG основано на потере малосущественной информации (не различимые для глаза оттенки кодируются одинаково, коды могут стать короче.

 И чем выше уровень компрессии, тем больше данных отбрасывается - соответственно, тем ниже качество. Используя JPEG, можно получить файл в 10-500 раз меньше, чем ВМР. Формат аппаратно независим, полностью поддерживается на РС и Macintosh.

К недостаткам можно отнести то, что JPEG не поддерживает анимацию и прозрачность, пригоден в подавляющем большинстве случаев только для публикации полноцветных изображений.

Следует отметить, что JPEG лучше сжимает растровые картинки фотографического качества, чем логотипы или схемы. Лучше сжимаются и с меньшими потерями также большие изображения или изображения с высоким разрешением (200-300 и более dpi). При использовании данного форматом следует сохранять только конечный вариант работы, потому что каждое пересохранение приводит к новым потерям (отбрасыванию) данных и, в конечном счете, превращению исходного изображения в  груду разноцветного песка.

Формат TIFF  (Tagged Image File Format)

Формат файлов изображения, снабженных тегами. Теги хранят информацию об изображении. В спецификации формата файлов TIFF определено более 70 различных типов тегов. Например, тег одного типа хранит информацию о ширине изображения в пикселах, другого - 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 файлу дополнительных свойств достаточно лишь определить дополнительные типы тегов.

Формат TIFF был разработан как стандарт для сканированных изображений. Это широко поддерживаемый формат растровой графики.