Растровые файлы

Организация растр-х файлов.

Базовая структура растр файлов-это заголовок,растр данные и концовка.Более сложная структура-это заголовок,палитра,растр данные и концовка.

заголовок

палитра

растр даные

концовка

Иногда палитра хран-ся на месте после растр данных,т.е. на месте концовки.Тогда в заголовке появл инф-ия о месте нахожд-ия палитры.Если файл-ый формат позвол хранить несколько изображ-й,то после заголовка в файле размещ каталог изображ-й,кот сод-т инф-ию о смещении начала изображ-й в файле.

заголовок

каталог изображ

растр данные изображ 1

растр данные изображ n

концовка

Если файл-ый формат позвол иметь к кажд изображ свою собствен палитру,то она заполняется и сохран-ся непоср-но перед данными того изобр-ия,с кот она связана.

1).Заголовок- это раздел двоичных или символьных в форматеASCIIданных.Хранит общую инф-ию о растр данных.Структура и содержимое конкретного заголовка опред-ся использ-м форматом.

Типичный набор полей заголовка:идентификатор файла,версия файла,описание изображ(кол-во срок в изображ, кол-во пикселей в строке,кол-во битов в пикселе,кол-во цветовых плоск-ей),тип сжатия,х,у-коорд начала изображ,текстовое описание,неиспользован простр-во.

заголовок

каталог изображ

палитра 1

растр данные изображ 1

палитра n

растр данные изображ n

концовка

1.1).Идентификатор файла.Во всех структуриров-х растр-х форматах заголовок начин-ся с уникалID-значения.Идентиф-р позвол программе опред-ть формат графичес файла,с кот она работает.Идентиф-р формата выбир-ся произвольно и сод-т послед-ть символовASCIIили любые числовые значения. Идентиф-р д.б. уникален даже для форматов,использ-х на различ платформах.Если значение,прочитанное в начале файла,совпадает с имеющимся идентификац-ым знач-ем,то программа,чит заголовок, предпол-ет,

что ей известен данный формат.Бывают 3 обстоят-ва,когда простой способ идентиф-ии не работает:

-в некот форматах идентиф-р файла опущен и на этом месте могут наход любые др данные

-автор формата специально воспроизвёл ID-знач др формата

-когда распространители формата добавл в него новые возможн-ти,сохран при этом идент-р и специф-ию.

1.2).Поле версии файла.Т.к. версия одного и того же формата им различ характер-ки,то после поля идент-р файла программа проверяет номер версии,чтобы опред-ть сможет ли она обработать данные,содерж в этом файле.

1.3).Инф-ия,описыв изображ-ие.Поле колич-ва строк в изображ-ии.Также это высота изображ или кол-во строк развёртки.Сод-т знач,определ кол-во строк в реал растр данных.Поле кол-ва пикселей в строке-ширина строки развёртки.Опред-т кол-во пикселей,сохран в каждой строке.Поле кол-ва бит на пиксель-опред-т размер данных,необх для описания кажд пикселя цветовой плоск-ти,т.е. поле хар-т пиксел глубину.Если растр данные были сохранены в виде цвет плоск-ей,то в поле кол-ва цветовых плоск-ей

Обычно это значение равно 1.//Кол-во битов в строке изображ-ия.

Поле тип сжатия:если с целью уменьш объёма данных(размера файла) формат поддерж какой-лиюо вид кодир-ия,то в заголовок вкл поле тип сжатия.Т.к. некот форматы поддерж несколько алгоритмов компрессии,то все они д.б. указаны в поле тип сжатия.

Поле координ изображ:х и у коорд определяют точку начала изображ на устр-ве вывода.Обычно (0,0).

Поле текстового описания-это поле,предст собой комментарий,содерж произвол символы в формате ASCII(назв изображ;имя программы,использ для создания;имя автора).

Поле неиспольз простр-ва.В конце заголовка располаг поле,наз заполнителем или зарезервированным полем.они не сод-ат данных,не описыв-ся и не структурир-ся.Но если возник необх-ть расшир-ть файловый формат,то сведения о новых данных занос в зарезервир простр-во.

2).Растровые данныев большин-ве форматов располаг-ся непоср-но после заголовка,но м.б. и в любом др месте растр файла.Т.к. после заголовка в файле м.б. палитра или какие-то др данные,в таком случае в заголовке в поле смещения данных изображ-ия или в поле каталог изображ-ий указыв-ся местоположение начала данных изображ-ия в файле.Растр данные,сост из пиксельных значений,обычно выводятся на устр-во в виде строк развёртки по всей ширине поверх-ти отображ-ия.Но иногда растр данные записаны в файл в виде плоскостей.

2.1).Организация растр данных в виде строк развёртки.При такой организ-ии пиксел данные в файле,описывающие это изображ-ие,предст собой послед-ти наборов значений,где каждый набор соответ-ет строке изображ-ия.Несколько строк представл-ся несколькими наборами,записанными в файл от начала до конца.Если известен размер каждого пикселя и кол-во пикселей в строке,то можно рассчитать смещение начала каждой строки в файле.

// Выравним по битам:

218 бит	21 24 бита
0...20	0...62
21...41	63...125
42...62	126...
63...	...
..	...

21 8 бит

0...23

24...47

48...71

Сущ-ет правило,согл кот-му строки растр данных выравнив-ся по границе байта,в таком случае рассмотр-ое выше изображ-ие будет занимать 24 байта. Пиксельные данные,организованные в виде строк развёртки,м.б. сохранены в файле тремя способами:-в виде непрерывных данных,-в виде полос,-в виде фрагментов.

Непрерывные данные- это простейший способ организ-ии данных,когда данные записыв-ся в файл непрерывно строка за строкой. При воспроизвед-ии данные читаются в том же порядке,в кот они были записаны.данные чит-ся большими порядками,быстро и легко собир-ся в памяти.

Полосы-в файлах,организ-х т.о.,изображения хранятся в виде полос,кажд из кот-х сод-т непрерывно записанные строки.Общее изображ предст-ся нескол полосами;каждая полоса может храниться в файле отдельно от других. Полосы разделяют изображ-ие на несколько сегментов,кажд из кот-х всегда имеет ту же ширину,что и оригинальное изображ-ие.Полосы облегчают управление данными на комп-х с огранич памятью.

// 1280*1024. 1 байт/пиксель≈получим изображ-ие размером 1310720 байт=1280 Кбайт=1,25 Мб.

3 байта/пиксель≈3,75 Мб.

Разбиваем изображ-ие на 8 полос по 128 строк в полосе≈1024≈нужно 160 Кб на обработку одной полосы.

Организация данных в виде полос позволяет программе визуализ-ии обработать только 1 полосу за раз. Поэтому и примен-ся на комп-х с ограниченной памятью.Форматы,треб или позвол-ие организацию данных в виде полос,сод-ат в заголовке файла инф-ию о колич-ве полос,о размере и смещении каждой полосы в файле.

Фрагменты-подобны полосам,но каждый фрагмент прямоугол(вертик-ой) области изображ-ия. Фрагменты могут им любую ширину,от 1 пикселя до ширины всего изображ-ия.Фрагменты организ т.о.,что пиксел данные,соответ-ие одному фрагменты.кратны 16 Кбайтам,а их высота и ширина кратна 16-ти пикселям.(16-ти или 8-ми Кб).Если данные изображ-ия организованы в виде фрагментов,то фрагментируется всё изображение.Все фрагменты им одинак размер,фрагменты не перекрываются. Фрагментация данных позвол оптимизировать степень сжатия путём применения к различн частям изображ-ия различных схем сжатия.Т.к. фрагменты можно раскодировать независимо от др от др, файловые форматы,позволяющие применять фрагменты,содержат в заголовке файла сведения о колич-ве фрагментов,их размере и смещении.

2.2).Организация растр данных в виде плоскостей.В таких файлах изображ делется на 2 и более плоскости и наз плоскостными файлами. Изображ,кот испол-ет несколько цветов,назсоставным изображ-ем.Сост изображ-ие м.б. представлено несколькими блоками растровых данных,причём каж блок будет содержать 1 из цветовых составляющих,использ-х в данном изображ-ии. Конструир-ие кажд блока-это разложение изображ-ия на цветовые составляющие.Блоки м.б. сохранены в файле послед-но или физтчески раздельно.Организация данных в виде плоскостей-это обычная ориентация на какое-либо устр-во вывода,констукция которого позволяет в каж момент времени управлять только одним цветом.

// Рассмотрим пример,сост из 6-ти пикселей,каж пиксель представим сначала в виде строк развёртки, потом в виде плоскостей.

Красная плоск-ть	Зелёная плоск-ть	Синяя плоск-ть
00 03 06	01 04 07	02 05 08
09 12 15	10 13 16	11 14 17

(00,01,02). В виде плоскостей:

В виде строк развёртки:

(00,01,02)(03,04,05)(06,07,08)

(09,10,11)(12,13,14)(15,16,17)

Пиксельные данные из плоскостного файла конструир-ся в отдельном буфере и программа,обслужив-ая устр-во вывода.может отражать их как плоскостями,так и попиксельно.

2.3).Дополнительные структуры данных растр файла. Растр файлы могут содержать дополнител структуры данных,используемые прогр визуализации при различных манипуляциях с данными изображ-ия. Напр-р,если в растр файле нескол изображ-й,то для хранения смещений начала каждого изображ-ия от начала файла использ-ся каталог изображ-й или таблица смещений изображ-й. Так же м.б. сохранены данные о табице строк развёртки,кот предназначены для задания начала каждой строки развёртки пиксел-х данных. В таблице строк развёртки испол-ся,если данные изображ-я сжаты, и пиксельные данные, соответ-ие отдельным строкам развёртки,кот должны считываться в произвольном порядке. Пиксели такого изображ-я упорядочив-ся после того,как они декодир-ся.Таблицы строк развёртки содержат по 1 элементу для каждой строки.Вариантами этой таблицы явл таблица расположения полос(1-н элемент на полосу) и таблицы расположения фрагментов(1-н элемент на фрагмент).

3).Концовкапредст собой структуру данных,кот дополняет основной заголовок,но располаг-ся в конце файла. Концовка исп-ся в тех сл,когда файловый формат модифиц-ся, а расширить или изменить структуру заголовка невозможно. Концовка позволяет сохр-ть совместимость формата с его предыдущими версиями.Концовка никогда не имеет постоянного смещения от начала файла,её смещение задаётся относительно конца файла. Т.к. концовка им пост длину(кратную 8-ми),то смещение концовки обычно указывается в инф-ии заголовка.если на это есть свободное неиспольз-ое простр-во. Концовка,как и заголовок,может содержать поле идентификатора,используемое программой визуализ-ии для того,чтобы отличить эту структуру от остал-х элементов растр файла.

Преимущ-ва и недостатки форматов растр файлов.

Преимущ-ва:1).растр файлы спец разрабатыв для хранения реал-х изображ-й,получен со сканир-х, фотограф или видеоаппаратуры. 2).пиксельные данные могут изменяться индивид-но или большими группами с пом палитры. 3).растр файлы легко преобраз на передачу на точечное устр-во вывода.

Недостатки:1).они им очень больш размер,особенно,если изображ многоцветно. Применение различных схем сжатия уменьшает размер,но необход-ть распаковки перед использ-ем,замедляет процесс чтения и визуализ-ии изображ-я. 2).растр форматы плохо поддаются масштабир-ию.