Сжатие растровых изображений

Пиксел является неделимой точкой в графическом изображении растровой графики на экране монитора. Проблема растровых файлов в том, что они большие, даже очень большие. Если пренебречь заголовками файла и другими неграфическими данными, его размер пропорционален количеству пикселов в изображении и количеству битов, требуемых для представления каждого пиксела. Полноцветная картинка размером 1024х768 пикселов занимает более двух мегабайт памяти. Используя метод, называемый сжатием изображений, можно резко уменьшить в размере графические файлы. Существует два способа сжатия:

без потерь информации
с потерями. Если мы сохраняем чертеж, то, естественно сжатие с потерями нас не устроит, сохраняя же какую-то картинку, обобщение оттенков ее цветов вполне допустимо, а иногда приводит и к удачным спецэффектам.

Одним из способов сжатия с потерями является JPEG (Joint Photographic Expert Group – имя группы, которая его разработала). JPEG широко используется при сжатии статических изображений, особенно фотографий. Основная идея метода JPEG состоит в разделении информации по уровню важности, и затем отбросить менее важную ее часть, уменьшая тем самым общий объем хранимых данных. Строку или столбец пикселов изображения тоже можно представить амплитудами и частотами. Речь здесь идет не о спектральном составе света, а о форме воображаемых кривых, которые образуют графики, если значения пикселов служат ординатами. Отметим, что формула преобразования матрицы пикселов в матрицу амплитуд совсем не проста. JPEG-сжатие отбрасывает часть высокочастотных компонент изображения, оставляя компоненты с низкими частотами. Человеческий глаз менее чувствителен к высокочастотным вариациям цвета, поскольку общий вид изображения определяется низкими частотами. Значение пиксела, полученное при восстановлении изображения, несколько отличается от исходного значения, хотя обычно они очень близки, причем пользователь может регулировать степень сжатия.

Растровый графический файл обычно содеpжит инфоpмацию двух видов:

гpафическую;
негpафическую.

В гpафических данных указываются цвета пикселов, негpафические данные содержат другую инфоpмацию, необходимую для восстановления изображения, напpимеp его высоту и шиpину. (Если изобpажение содеpжит 1 миллион пикселов, то как гpафической пpогpамме узнать размеры: pисовать ли ей изобpажение 500 на 2000 или 1000 на 1000 пикселов?) Негpафическая часть файла может также включать дpугую инфоpмацию, такую как номеp веpсии или сведения об авторских пpавах. Все зависит от фоpмата и от того кто (или какой пpогpаммный пакет) создал этот файл. В каждом фоpмате гpафические и негpафические данные структурируются.

Основные форматы растровых файлов

1. PCX

2. BMP – сокpащение от bitmap, т.е. битовый, растровый

3. JPEG

4. GIF (Graphics Interchange File – файл графического обмена),

5. PNG

6. PCD

7. PSD

8. TIF – сокpащение от TIFF или Tagged Image File Format.

9. EPS

10. DCS

11. PDF

12. Десятки других

Разработчики многих прикладных пакетов создают собственные форматы хранения данных с необнародованной структурой. Конвертируйте для использования их в других приложениях в распространенных форматах.

Краткая характеристика наиболее распространенных растровых форматов

1. Формат PCX ( PCExchange), разработан PCPaintBrush, является одним из самых известных и старых. Практически любое приложение легко импортирует его. Он не позволяет хранить цветоделенные CMYK-изображения и цветовые профили, что делает невозможным его применение при создании цветных публикаций. Является устаревшим, вытеснен усовершенствованными форматами GIF и TIFF.

2. Формат BMP (Bitmap) предназначен для Windows, и поддерживается всеми приложениями, работающими в этой среде. Позволяет хранить полноцветные изображения в цветовой модели RGB и индексированные изображения. Не поддерживает цветовых профилей и обтравочных контуров. Не применяется в издательской деятельности, но широко используется в оформлении прикладных программ.

3. Формат JPEG (JointPhotographicExpertsGroup) предназначен для сохранения растровых файлов со сжатием. Сжатие по этому методу уменьшает размер файла от десятых долей процента до ста раз (практический диапазон – от 5 до 15), но при этом происходит потеря качества (в большинстве случаев эти потери находятся в пределах допустимых). Распаковка JPEG-файла происходит автоматически во время его открытия. Формат поддерживает только полутоновые и полноцветные изображения в моделях RGB и CMYK. Допускается сохранение контуров обтравки и цветовых профилей. Очень эффективный алгоритм сжатия обусловил широчайшее распространение JPEG в среде WorldWideWeb. Формат не позволяет использовать анимацию и прозрачность. Обычно формат JPEG применяется для хранения высококачественных фотографий. Формат JPEG позволяет использовать до 16 миллионов цветов. Использование этого формата в полиграфии не рекомендуется

4. Формат GIF (GraphicsInterchangeFormat) в издательских целях не применяется, однако очень широко распространен на Web. Допускает хранение в одном файле нескольких изображений. Web-браузер демонстрирует изображения, находящиеся в файле GIF последовательно. Если каждое изображение представляет собой фазу мультипликации, то вы увидите маленький мультфильм. Формат способен хранить только индексированные изображения. Стандартный фильтр экспорта в. формат GIF поддерживает единственную особенность формата- чересстрочную развертку. Чересстрочная развертка используется браузерами: по мере загрузки в изображении появляется все больше деталей. Это дает возможность пользователю еще в процессе загрузки изображений решить, стоит ли дожидаться ее завершения или перейти к следующей странице.

5. Формат PNG (PortableNetworkGraphics) предназначен для передачи изображений в сетях. Поддерживает полноцветные изображения RGB и индексированные изображения. Возможно использование единственного дополнительного канала для хранения маски прозрачности. Имеет эффективный алгоритм сжатия без потери информации. Этот формат тоже применяется на Web.

6. Формат PCD (Photo CD). Изображения запоминаются всегда в альбомной ориентации. Дает при импорте определять разрешение изображения. Используется в редакционных издательских системах.

7. Формат PSD (Adobe Photoshop Document) является внутренним форматом программы AdobePhoroshop. Удобен для общения с другими продуктами фирмы Adobe. Поддерживает все сведения о документе, но пока недостаточно распространен.

8. Формат TIFF (Tagged Image File Format) создан как универсальный формат для сканированных изображений. Переносим на разные платформы. Импортируется практически во все издательские системы. Поддерживает алгоритмы сжатия без потерь.

9. Формат EPS (Encapsulated PostScript) описывает изображение на универсальном языке PostScript. Описывает не только растровые, но и векторные изображения, а также текст. Предпочтителен для полиграфических целей. Имеет большой размер файла.

10. Формат DCS позволяет вставлять изображения, разделенные на плашечные цвета. Является вариантом формата EPS.

11. Формат PDF (Portable Document Format) предложен фирмой Adobe как независимый от платформы формат, в котором могут быть сохранены иллюстрации (векторные и растровые) и текст, причем со множеством шрифтов и гипертекстовых ссылок. Для достижения продекларированной в названии переносимости (portable), размер PDF-файла должен быть малым. Для этого используется компрессия – к каждому виду объектов применяется свой способ. Для работы с этим форматом компания Adobe выпустила пакет Acrobat. Acrobat Distiller переводит в PDF PostScript-файлы, Acrobat Exchange позволяет их редактировать: устанавливать внутренние ссылки, ссылки на внешние звуковые и видеофайлы, Web-ссылки. Ряд программ также позволяют создавать PDF-ы. Первоначальная задача PDF – передача по сети в сжатом виде проиллюстрированных и отформатированных документов – сегодня значительно расширена. Кроме того, в PDF можно быстро передавать клиенту полноценные эскизы. PDF позволяет не заботиться о наличии необходимых шрифтов у получателя – все подгружается прямо в файл.

Статьи к прочтению:

ЗАДАНИЕ 9. ЕГЭ по Информатике 2017. Кодирование графической информации. ДЕМО

Похожие статьи: