Форматы растра

в системах обработки растра используется много стандартных форматов, и постоянно создаются новые. Многие из них сделаны для использования в далеких от геоинформатики областях ( мультимедиа).

Ограничения в применении некоторых стандартов в области ГИС связаны с тем, что в ряде форматов (JPEG - Joint Photographic Experts Group, MPEG - Movie Photographic Experts Group, некоторые подтипы других форматов) применяют упаковки изображений с потерями информации. Такие форматы ориентированы на фотоизображения и позволяют уменьшать объем файлов в сотни и тысячи раз. Упакованные изображения неотличимы при восприятии человеческим глазом от исходных (JPEG). Они применяются в цифровых фотограмметрических системах при сборе информации для быстрого перемещения изображения по экрану и масштабирования. Однако, потери геометрических элементов и цветовой информации не позволяют применять их при подготовке материалов для печати, и для хранения данных дистанционного зондирования.

Методы упаковки без потерь в форматах PCX, GIF, подтипах TIFF облегчают работу, значительно сокращая размеры файлов.

Растровые форматы для PC IBM- совместимых на 14.07.2006 по алфавиту со множ. добавлениями ( 13_4_11 в конце текста лекции также)

AFX, ATT, ADRG, ADRG/I

BMP(microsoftBitmap), BIL, BIP, BBM, BSQ

CAL, CALS-1, CEL, CIF, CLP, COT (CON ?), CAP,

DCM, DCX, DIB, DEM (US GS DEM) , DIMAP

EPS, ECW ERDAS,

FLIC, FPX, FastC,

GIF (Graphic Interchange Format), GX2, G3, G4, GeoSpot, GeoTiff,

HDF

ICA, ICO, IFF, IG4, IGS, IMG(Erdas Imagine Images), IMT, Integraf,IRS(1C,1D/PAN,

JFIF, JPEG, JP2, JPEG 2000,

KFX,

LV, LZWLBM (IFF), Dp2e-LBM

MAC, MPEG, MSP, MrSID, MOSS,

NCR, NTF (NITF)

PBM, PCC, PCS, PCX, PCD, PCT , Photo CD, PDD, PDF, PGM, PIC, PICT,PNG(PortableNetworkGraphics), PIX(PCI DSK), PNM, PPM, PSD,

RAS, RLE, RAW, RLC 1, RLC 2,

TARGA, TIFF, TIFF/GeoTIFF, TIFF/LZW, TIFF/World TGA,

SunRaster, SGI, SISA(сканеры), SuperStructured

WMF, WPG,

Xbm, xpm, xwd,

USGS DOO

301,

PDF(portable document format)

Bitmaps (*.bmp)

Icons (*.ico)

DirectX Surface (*.dds)

Graphics Interchanged Format (*.gif)

High Dynamic Range (*.hdr)

IFF Interleaved Bitmap (*.iff;*.lbm)

JPEG-2000 codestream (*.j2k;*.j2c)

JPEG Network Graphics (*.jng)

JPEG-2000 File Format (*.jp2)

JPEG - JIFF Compliant (*.jpg;*.jpeg;*.jif;*.jpe)

Kodak PhotoCD (*.pcd)

ZSoft PaintBrush (*.pcx)

Portable Network Graphics (*.png)

Adobe Photoshop (*.psd)

Silicon Graphics Image format (*.sgi)

TrueVision Targa (*.tga;*.targa)

Tagged Image File Format (*.tif;*.tiff)

(В Интернете имеются описания или поименования множества форматов на сайте)

Существует множество модификаций форматов, например, TIFF4, TIFF5, tiledTIFF.

Отдельно создано много форматов для видео.

Из растровых широко применяют для ГИС формат TIFF (Tagged Image File Format или Tag Information FF). Этот формат предоставляет гибкие возможности передачи растра и связанной с ним информации. TIFF Geotie Tag Initiative, расширяет стандарт-спецификацию TIFF, для хранения информации о географической привязке передаваемого изображения, что полезно при работе с космо- и аэро-фотоснимками, сканированными образами карт (компании SPOT Image Corp., и Jet Propulsion Laboratory NASA (USA) (Ruth m., 1995). TIFF обеспечивает возможность расширения для новых применений. Преимущество формата в его полной независимости от аппаратной платформы.

Вся информация в файле TIFF идентифицируется при помощи тегов (tag - ярлык). Например, определены теги для хранения количества столбцов и колонок изображения, глубины пиксела и др. Теги подразделяют на категории базовых, которые определены в стандарте формата, расширенных (extended) и специальных (private или unsupported). Теги графической привязки относятся к специальным. Стандарт позволяет использовать базовые, расширенные и специальные теги для программного обеспечения. Фирма ESRI (США) использует специальные тэги для хранения данных географической привязки растровых изображений. Нечто подобное применяется и компанией Intergraph. Однако, в обоих случаях спецификации закрыты, их не могут применять потребители.

Важным преимуществом формата TIFF является открытость его спецификации и отсутствие каких-либо патентных ограничений, что важно после предпринятой в конце 1994г. компаниями CompuServe и Unisys попытки ввести плату за широко распространенный формат растровых изображений - GIF. Этот расширенный формат позволяет потребителю растровой географической информации получать изображения, не требующие операции пространственной привязки. По команде отображения космический снимок появится на экране в нужном положении и месте векторной карты из ГИС. Внутри файла хранится положение изображения в реальных координатах и описание картографической проекции. Само изображение должно быть преобразовано в одну из поддерживаемых проекций. На первой фазе проекта стандарт охватывал наиболее распространенные проекции, такие как UTM, State Plane, British Ordnance и Гаусса-Крюгера, намечено расширить спецификацию для поддержки практически любой системы географических координат.

Ныне для хранения данных дистанционного зонди-рования часто применяют открытые форматы файлов конкретных спутников и бортовых сканеров, чьи спецификации можно получить у поставщиков данных дистанционного зондирования. Иногда используют форматы BIL, BIP и стандартный TIFF.

Формат JPEG Mike Melnikov (cherry-design@mail.ru) Web-studio "Cherry-Design" Знание некоторых принципов возмещает незнание многих фактов. Процесс сжатия по схеме JPEG содержит несколько шагов. На первом шаге изображения преобразуются из цветового пространства RGB в пространство YUV, основанное на характеристиках яркости и цветности. Вся дальнейшая работа идет именно с этим цветовым пространством, которое благодаря некоторым своим характеристикам позволяет получать большие степени сжатия.

Red/Green/Blue в Hue/Saturation/Value. Представление цвета в YUV по сравнению с RGB наиболее близко к "естественному", тому, которое неосознанно выполняет человек. Y-компонента, или яркость, тесно связана с качеством картинки. Точнее сказать Y - это и есть картинка, только черно-белая. Компоненты U и V содержат информацию о цвете и позволяют нам раскрашивать Y-картинку.

На следующем после преобразования шаге изображение разделяется на квадратики размером 8х8 пикселов (плитки). Для данных каждой плитки выполняется дискретное косинус-преобразование (ДКП). При этом идет анализ каждого блока, разложение его на составляющие цвета и подсчет частоты появления каждого цвета.

глаз Человека устроен так, что наиболее чувствителен именно к яркостной составляющей изображения (Y-компонента) и наименее к цветовым. Причина этого феномена лежит в физиологии. Зрачок, представляет собой оптическую линзу, которая фокусирует изображение на глазное дно, покрытое палочками и колбочками. Палочки - это сенсоры, воспринимающие именно яркостную составляющую, а колбочки - цветовую. Причем палочек на порядок больше, чем колбочек, и они гораздо более чувствительны к свету. Вспомните поговорку "Ночью все кошки серы". Почему вечером все теряет цвет из-за того, что количества падающего на зрачок света не хватает для того, чтобы вызвать реакцию колбочки. чувствительность человеческого глаза к разным цветам величина не постоянная. Зрачок более чувствителен к нижней части цветового спектра, нежели к верхней. Формат JPG учитывает эти особенности.

Анализируя частотную информацию о появлении цветов, избавляются от части информации уже в процессе квантования. цвета в верхней части спектра исключаются, что практически не сказывается на зрительном восприятии образа. Также исключается часть яркостной информации. Грубо говоря, JPG просто отбрасывает от яркостной составляющей половину полезного сигнала, а от цветовой 3/4. Это, конечно, приближенно, т.к. существуют градации и более сложные схемы сжатия.

Количество информации, исключаемой при сжатии, зависит от требуемого качества изображения. При максимально-высоких уровнях сжатия детали полностью стираются, и блок становится серым. При средних и низких уровнях сжатия в файле сохраняется _приближенная_ информация о цвете данного участка. Эта "приближенность" напрямую зависит от степени сжатия. В отличие от форматов, сохраняющих изображение по-точечно, JPG сохраняет цвета приближенно. JPG использует для сохранения ряды Фурье и при больших степенях сжатия просто отбрасывает члены ряда высшего порядка. При воспроизведении изображения на экране компьютер каждый раз производит его синтез. Причем, достаточно ресурсоемкий и заметный на медленных компьютерах. Сохраненный в формате JPG рисунок восстановить обратно до последнего пиксела невозможно. Поэтому формат называется "форматом с потерями", и именно поэтому не рекомендуется пересжимать JPG-образыя, т.к. они обязательно будут еще хуже.

Следующий шаг. Кодируется информация о яркости и цвете так, что сохраняются только различия между соседними блоками. В результате блоки представляются строками чисел, которые можно сжимать дальше. В результате обработки блоки содержат много нулей, поэтому

Следующий шаг - последняя стадия кодирования (выполняется по алгоритму Хаффмана - подобного тому, что применяется в архиваторах). Поэтому сжимать JPG-файл архиватором не имеет смысла, он уже сжат. Полученный архив будет больше, чем исходная фотография.

В результате первоначальные 24 бита на элемент изображения или 1536 бит (192 байта) на блок (плитку) превращаются в горстку бит, которые описывают зрительные характеристики всего участка изображения.