Тема_04_Формати графічних файлів_07

1

Тема 4. Формати графічних файлів

4.1.Параметри графічних файлів.

4.2.Основні типи графічних форматів.

4.3.Растрові формати.

4.4.Стиснення як спосіб вирішення проблеми розмірів растрових файлів.

4.5.Група форматів RAW.

4.6.Універсальні та векторні графічні формати.

4.1. Параметри графічних файлів

Як і будь-яка інша компʼютерна інформація, графічні зображення зберігаються у вигляді файлу, що має певну організацію даних, оптимальну для конкретної програми. Поряд з розширенням формат файлу має свій вплив у формування поняття якості зображення, впливаючи на такі його параметри, як розмір файлу.

Спосіб організації інформації у файлі носить назву формату. Знання файлових форматів і їх можливостей є одним з ключових факторів у додрукарській підготовці видань, створенні зображень для Інтернету та електронних публікацій, а також для редагування вихідних зображень з допомогу графічних редакторів з метою поліпшення їх якості. Ідеологія якості та стандартизації торкнулася і форматів файлів. Завдяки цьому сьогодні вже немає такого калейдоскопу розширень, як на початку 90-х років, коли кожна компанія-виробник редакторів зображень вважала своїм обовʼязком створити свій формат зображення, а то й не один. Однак це жодним чином не означає, що "всі зображення потрібно зберігати в TIFF, а стискати JPEG". Кожен з сьогодніх форматів пройшов природний відбір, довівши свою життєздатність та практичну цінність. Всі вони мають певні характерні особливості і можливості, які роблять їх незамінними в конкретних сферах використання: веб-дизайн, електронні чи друковані публікації, ретушування та поліпшення якості фотографій, створення комбінованих зображень (колажів) тощо. Тому знання особливостей їх організації, плюсів і мінусів, тонкощів технології застосування дуже важливе для підготовки професійних дизайнерів.

Розглянемо основні фактори, які слід враховувати при виборі графічного формату:

1.Поширеність. Багато програм мають власні формати файлів. Вони підтримують особливі можливості конкретних програм, але можуть виявитися несумісними з іншими програмами. Програми ілюстрування та видавничі системи можуть не вміти імпортувати такі формати або робити це некоректно. Так, якщо ви користуєтеся програмами фірми Adobe, то в якості універсального формату можна використовувати рідну формат Photoshop. Його

"розуміють" Adobe Illustrator, Adobe InDesign, Adobe PageMaker та ін. Питання поширеності стосується не тільки власних форматів програм. Деякі формати розроблялися спеціально під апаратне забезпечення (наприклад, формати Scitex, Targa, Amiga IFF). Якщо ви не маєте даню апаратуру, не використовуйте подібних форматів. Зберігаючи зображення в малопоширених форматах, ви створюєте потенційні проблеми при перенесенні їх на інші компʼютери.

2.Відповідність до галузі використання. Більшість графічних форматів орієнтоване на конкретні галузі використання. У випадку помилки при виборі формату зображення може виявитися непридатним для використання. Наприклад, збереження зображення у форматі JPEG

звеликим коефіцієнтом стиснення, ви зробите його непридатним для друку через втрату якості. При цьому повторне відкриття та збереження в іншому форматі не виправить допущеної помилки.

3.Підтримувані типи растрових зображень та колірні моделі. Вибирайте формат файлів, що підтримує задані сфери застосування, типи зображень. Наприклад, формат BMP не підтримує зображень в моделі CMYK, що використовуються в поліграфії, і, отже, не може використовуватися у цій сфері. Кожен з графічних редакторів має певний набір фільтрів, що дозволяють експортувати результати роботи в ті чи інші формати, використовувані в інших програмах. Наприклад, більшість растрових редакторів дозволяють зберігати зображення у

2

форматі PSD, який є внутрішнім (рідним) форматом Adobe Photoshop. І навпаки, більшість векторних редакторів не підтримують формат програми XARA X.

В останньому випадку векторний редактор, що ви використовуєте просто не запропонує вам такий формат в списку допустимих. Проте слід враховувати можливість подальшого перетворення типів і колірних моделей, що необхідні в обраній сфері використання. Це можна зробити шляхом переносу інформації між додатками за допомогою "універсальних" форматів.

4.Можливість зберігання додаткових колірних каналів. Якщо вам потрібні додаткові колірні канали (наприклад, для плашкових кольорів), то це істотно обмежує свободу вибору формату. По суті, їх підтримують всього два формати: DCS і PSD.

5.Можливість зберігання масок. Найчастіше маски потрібні тільки в процесі редагування. Якщо ви не завершили редагування зображення, або плануєте повернутися до нього через деякий час, зберігайте зображення разом з усіма створеними масками. Зберігання масок у вигляді альфа-каналів підтримується далеко не всіма форматами.

6.Можливість зберігання відсічних контурів. Відсічні контури створюються засобами ряду растрових редакторів (наприклад, Photoshop) і використовуються для маскування фрагментів зображення в програмах ілюстрування та видавничих системах. Якщо зображення готується для верстки, то краще вибирати формати, які підтримують відсічні контури. Зрозуміло, необхідно попередньо переконатися, що імпорт відсічних контурів у видавничу систему з обраного формату можливий та здійснюється коректно.

7.Можливість стиснення графічної інформації. Для зменшення розмірів графічних файлів багато форматів припускають стиснення даних. Вибір одного з таких форматів заощадить місце на жорсткому диску і на тих носіях, які ви, можливо, використовуєте для передачі файлів замовникам або підрядникам.

8.Спосіб стиснення. Формати файлів, які підтримують стиск, використовують для цього різні алгоритми. Всі алгоритми стиснення діляться на ті, що не призводять до втрат якості, і ті, що знижують якість зображень. Останні дозволяють досягти на порядок більш високих коефіцієнтів стиску. Вибирайте формат, алгоритм стиснення в якому повністю відповідає сфері застосування зображень. Якщо ви плануєте використовувати їх тільки для екранного перегляду, то можете пожертвувати якістю зображення (зрозуміло, в розумних межах). Підготовка зображень для типографського друку не допускає зниження якості.

9.Можливість зберігання калібрувальної інформації. Для точного відтворення кольорів в поліграфії використовуються системи управління кольором. У рамках наскрізного управління кольором колірні профілі вбудовуються у файли зображень. Якщо ваш виробничий процес використовує управління кольором, то при збереженні файлів слід вибирати формати, що підтримують впровадження колірних профілів.

10.Можливість зберігання параметрів растрування. Якщо ви готуєте зображення для поліграфічного тиражування і використовуєте особливі параметри растрування, то вибирайте формати файлів, що підтримують зберігання цієї інформації.

11.Можливість зберігання параметрів зйомки. Ця інформація зберігається в форматах

RAW, що забезпечує можливість підвищення якості таких знімків шляхом корекції параметрів зйомки в спеціальних програмах-конверторах.

Не намагайтеся знайти "кращий" серед численних форматів файлів. Орієнтуватися слід на той формат, який найбільш підходить для вашої роботи. Ще раз підкреслимо – формати, призначені для підготовки зображень до друку, не використовуються в Інтернеті, і навпаки. Нижче ми приведемо короткий опис найбільш поширених форматів графічних файлів. Він дозволить вам зробити розумний вибір виходячи з можливостей формату і кола задач, що розв’язуються.

4.2. Основні типи графічних форматів

Велике різноманіття форматів, що використовуються для запису зображень, можна

3

умовно розділити на категорії:

–зберігають зображення в растровому вигляді (BMP, TIFF, PCX, PSD, JPEG, JPEG2000,

PNG, GIF);

–зберігають зображення у векторному вигляді (WMF);

–універсальні, що поєднують векторний та растровий формат (EPS, PICT, CDR, Al, FH9, FLA та ін.);

–спеціалізовані, що позиціонуються під імʼям RAW – "сирий". Ці формати широко використовуються для збереження зображень в професійних та напівпрофесійних камерах, фактично представляючи "цифровий негатив" зображення.

Якому формату віддати перевагу? Основні критерії вибору – це сумісність програм і компактність запису.

Професіонали знають, що краще зберігати результати роботи у форматі, який є "рідним" для програми з якою буде відбуватися обробка зображення. Наприклад, в Photoshop – PSD, CorelDRAW – CDR, Flash – FLA. Це дозволить максимально ефективно реалізувати можливості програми і застрахуватися від неприємних сюрпризів. Однак далі ми приділимо увагу в основному найбільш поширеним універсальним форматам, які підтримуються не тільки графічними програмами, а й іншими типами прикладних програм, включаючи програми верстки, системи автоматичного проектування тощо.

4.3.Растрові формати

Упорівнянні з векторним растровий файл має простішу будову (принаймні для розуміння). Він являє собою прямокутну таблицю або матрицю (bitmap), в кожній клітинці або клітці якій встановлено піксель (рис. 4.1). Тому зчитування інформації з файлу растрового зображення за допомогою компʼютера зводиться до виконання ряду послідовних процедур, у ході яких визначається наступне:

1. Розмір зображення у вигляді добутку числа пікселів по горизонталі на кількість пікселів по вертикалі.

2. Розмір пікселя (іншими словами, просторова роздільна здатність зображення).

3. Бітова глибина, характеризує інформаційну ємність пікселя в бітах або кольорову роздільну здатність зображення (палітру або кількість кольорів).

Рис. 4.1. Растрове зображення (растр) нагадує сітку або таблицю пікселів, яка в найпростішому чорно-білому варіанті складається з двох типів клітин: білі або чорні, які можуть бути закодовані відповідно нулем або одиницею

На відміну від однобітового монохромного зображення, представленого на рис. 4.1, в кольоровому RGB-зображенні кожен піксель кодується 24-бітовим числом, тому в кожній клітинці бітової матриці зберігається число з 24 нулів та одиниць. Розглянемо найбільш поширені формати растрових зображень.

PCX. Формат PCX (PC eXchange) – один з перших растрових форматів, створених компанією Zsoft для програми PC Paintbrush. Згодом він був використаний багатьма компаніями, що спеціалізуються в галузі програмного забезпечення. Даний формат ідеально підходить для запису колірних зображень оскільки менш складний, ніж формат TIF.

4

Починаючи з пʼятої версії, він підтримує можливість роботи з кольоровими зображеннями (24бітовими). Серйозним недоліком формату PCX є наявність численних версій. Останнє обумовлено тим, що PCX-стандарт є відкритим і тому широко використовується багатьма незалежними розробниками програмного забезпечення. В результаті він постійно оновлюється.

Зображення у форматі PCX можна подивитися більшістю програм під DOS, в тому числі і внутрішнім переглядачем Norton Commander. До теперішнього часу цей формат значною мірою застарів і підтримується сучасними графічними програмами виключно для сумісності з антикварним програмним забезпеченням.

BMP. Формат BMP (від слова bitmap) – це "рідний" формат Windows. Він підтримується всіма графічними редакторами, що працюють під управлінням цієї операційної системи. Застосовується для зберігання растрових зображень, що призначені для використання в Windows, наприклад, як фон вашого робочого столу. За допомогою цього формату можна задати глибину кольору від 1 до 32 біт. У BMP дані про колір зберігаються тільки в моделі RGB. В принципі в ньому надається можливість застосування стиснення інформації за алгоритмом RLE (Run Length Encoding – кодування з змінною довжиною рядка). Однак робити це не рекомендується, тому що дуже багато програм не розуміють таких файлів (вони можуть мати розширення RLE).

Вся "мультиплатформеність" формату полягає лише в підтримці Windows і практично зовсім вже зниклої OS/2. Завдяки примітивний алгоритму запису зображення при обробці файлів формату BMP витрачається дуже мало системних ресурсів, тому цей формат дуже часто використовується для зберігання логотипів, екранних заставок, значків та інших елементів графічного оформлення програм. Інформація в цьому форматі зберігається як би у вигляді "знімка з екрану". Переваги – дуже швидкий вивід зображень, основний недолік – величезні розміри файлів:

розмір BMP-файлу = розмір по горизонталі × розмір по вертикалі × глибина пікселя.

Використання формату BMP не для потреб Windows є поширеною помилкою новачків. Ні на що інше він не годиться: ні для Інтернету, ні для друку, ні для простого перенесення та зберігання інформації.

TIFF. Формат TIFF (tagged image file format, TIF) є одним з найпоширеніших на сьогодні. Йому доступний весь діапазон колірних моделей – від монохромного до RGB та CMYK. Він був розроблений спільно фірмами Aldus Corporation та Microsoft як універсальний відкритий формат, що допускає модифікації. Тому файл TIF-формату, створений на IBM PC або сумісному компʼютері, підтримується операційною системою MacOS та більшістю Unixподібних платформ. Він також підтримується практично всіма основними пакетами растрової та векторної графіки, програмами редагування та верстки тексту.

На відміну від розглянутих форматів BMP і PCX, формат TIFF підтримує ряд додаткових функцій.

1.Використання додаткових каналів (альфа-каналів, або, як їх ще називають, каналів масок). Збереження зображення з альфа-каналами зручно, якщо необхідно продовжити виконання редагування окремих частин зображення в період між первісним розміщенням його на сторінці та остаточним завершенням редагування.

2.Використання стиснення. Ця властивість дозволяє зменшувати розмір файлу до 50% від вихідного за допомогою LZW-алгоритму стиснення, що виконується без втрати інформації.

3.Можливості виконання попереднього кольороподілу. Ця функція реалізується шляхом запису результатів кольороподілу в окремий файл в колірній моделі CMYK, що спрощує подальшу процедуру розміщення файлу зображення на сторінці та виведення документа на друк. Причому підтримується не тільки традиційна модель CMYK, а й її варіант Hexahrome компанії Pantone, що дозволяє використовувати шість базових кольорів.

5

На сьогоднішній день формат TIF є кращим вибором при імпорті растрової графіки в векторні програми та видавничі системи.

Формат TIFF постійно розвивається. Доказом тому є розробка фірмою Adobe нової модифікованої версії, що зробила його справді універсальним форматом для використання в додрукарському процесі.

PCD. Формат PCD (Photo CD) був розроблений фірмою Kodak для зберігання відсканованих фотографічних зображень. Сканування виконується на спеціальній апаратурі (робочих станціях Kodak, PIW), а його результат записується на компакт-диск особливого формату, Kodak Photo CD. Його можна переглядати за допомогою промислових відеоплеєрів та ігрових приставок на звичайному телевізорі.

На практиці Photo CD частіше застосовується у видавничих технологіях як джерело зображень. Більшість виробників бібліотек фотознімків використовують саме цей формат на своїх компакт-дисках. Формат PCD має ряд корисних особливостей, які роблять галузь його використання дуже широкою.

Файл PCD містить зображення відразу в декількох варіантах роздільної здатності. Базова роздільна здатність (Base) 512 х 768 пікселів, використовується для перегляду на телевізорах NTSC і PAL. Крім нього є більш низькі варіанти роздільної здатності Base/4, Base/16 і більш високі 4Base, 16Base та 64Base. Останній варіант роздільної здатності 64Base, рівний 4096 х 6144 пікселів, є тільки на дисках стандарту Pro Master. При відкритті зображень у форматі PCD ви можете вибрати будь-яке з наведених дозволів, що позбавляє від тривалих процесів завантаження та подальшого масштабування в Photoshop. Слід зазначити, що наявність в одному файлі шести варіантів одного зображення не збільшує його розмір. Справа в тому, що копії з високою роздільною здатністю представлені у вигляді різниць з базовою роздільною здатністю зображення. Таким чином вдається уникнути дублювання графічної інформації.

Зображення на Photo CD представлені в особливій колірній моделі YСC, розробленої фахівцями Kodak і багато в чому аналогічної моделі Lab. YCC теж має три базові компоненти, яркостний і два хроматичних. Оскільки очей більш чутливий до яркостям, ніж до кольору, половина колірної інформації відкидається при скануванні: на кожні два пікселя доводиться тільки одне значення хроматичних компонентів. Завдяки цьому вдається скоротити обсяг графічних даних і розмір PCD-файла. Для подальшого зменшення розмірів файлу використовується звичайна схема стиснення без втрат якості LZW.

PICT. Даний файловий формат, створений компанією Apple в якості графічного стандарту для програмного забезпечення компʼютера Macintosh. Проте в даний час цей формат є доступним для багатьох програм обробки і малювання (наприклад, CorelDRAW) і на PCплатформі. Позитивним моментом при збереженні кольорових файлів у форматі PICT є те, що їх розмір часто менше, ніж у багатьох інших форматах.

Якщо ви будете створювати зображення, яке маєте намір завантажувати в Macintosh-

версії програм Macromedia Director, Adobe Premiere або Adobe Effects, то слід зберегти зображення як PICT-файл. Програми Adobe Premiere і Corel Painter дають можливість завантажувати і зберігати анімаційні та цифрові відеопослідовності у вигляді файлів Numbered PICT (нумерованих). Цей формат виводить кадри як окремі, послідовно пронумеровані PICTфайли для подальшого використання в програмних засобах мультимедіа.

PSD. PSD (Adobe Photoshop document) – це "рідний" формат програми Adobe Photoshop.

Останнім часом він отримує підтримку все більшого числа програм, що фактично робить його універсальним. У порівнянні з уже розглянутими форматами PCD дозволяє зберігати зображення з масою додаткових атрибутів, включаючи шари, їх маски, додаткові альфа-канали, канали плашечних кольорів (починаючи з пʼятої версії), контури і все інше, що може зробити

Photoshop.

Цей формат постійно розвивається, вбираючи в себе все нові і нові можливості, що

6

зʼявляються у чергових версіях Photoshop. От тільки деякі віхи в історії розвитку цього формату:

–у версії 3.0 зʼявилися шари, контури та можливість використання RLE-алгоритму стиснення;

–в четвертій версії цей алгоритм поліпшений – в результаті файли стали більш компактними. Крім того, додана підтримка коригувальних шарів;

–в пʼятій версії реалізований принципово інший підхід до управління кольором за рахунок впровадження системи управління кольором на базі IСС-профілів;

–шоста версія доповнена можливостями повноцінної роботи з текстом і векторними елементами зображень;

–у восьмій версії – підтримка формату RAW;

–у девʼятій – підтримка Smart-обʼєктів та HDR-зображень,

–у десятій – підтримка неруйнуючих Smart-фільтрів, що дозволяють в будь-який момент внести корекції в параметри фільтрів, що використовуються.

І незважаючи на всі перераховані нововведення, всі версії формату з 3 по 12 зберігають повну сумісність (тобто файли, збережені в попередніх версіях, підтримуються більш пізніми).

У даний час вдосконалений формат PSD з підтримкою зберігання кількох шарів можуть імпортувати програми Illustrator та InDesign. Програми Corel Painter, Corel PHOTO-PAINT та

Corel Paint Shop Pro дозволяють відкривати багатошарові документи Photoshop для виконання подальшого їх редагування.

Різновидом формату PSD є формат Large Document Format (PSB), вперше введений у версії 8. Він підтримує практично всі можливості традиційного формату, дозволяючи зберігати зображення великого розміру (понад – 2 Гбайт), лінійні розміри якого можуть перевищувати 30 000 пікселів.

4.4.Стиснення як спосіб вирішення проблеми розмірів растрових файлів

Упопередньому питанні, було показано, що для отримання растрових зображень фотографічної якості потрібна висока роздільна здатність. Це, в свою чергу, позначається на розмірах графічних файлів, що займають (якщо не вживати спеціальних заходів) до декількох десятків мегабайт памʼяті.

На підтвердження цього проведемо дослідження. Спочатку оцінимо розміри файлу растрового зображення.

Візьмемо журнал мод і виберемо в ньому ілюстрацію побільше. Припустимо, що її лініатура дорівнює 100 lpi (це ще далеко не межа). Оцінимо розміри ілюстрації, вважаючи, що для реалізації такої лініатури досить сканувати ілюстрацію з роздільною здатністю 150 ppi (100

х 1,5).

1.Виміряємо розмір сторінки в дюймах і переведемо його в пікселі. Згадаймо, що в режимі True Color кожен колір має 256 градацій яскравості, а основних кольорів – 4 (оскільки друк на папір відбувається у форматі CMYK). Тому на кодування одного пікселя витрачається 4 байти.

2.Підрахуємо кількість байтів. Якщо у вас вийшло щось близько 5-8 Мбайт – ви близькі до істини.

Звичайно, після стиснення розмір файлу із зображенням рази в два зменшиться, але все одно одна кольорова картинка середньої якості з товстої книжки (правда, на всю сторінку) займає приблизно в три рази більше компʼютерної памʼяті, ніж взагалі весь текст з цієї ж самої книжки! Приголомшливий факт, однак він наочно показує всю відмінність у сприйнятті і обробці інформації людиною та машиною.

Тепер порівняємо розміри файлів одного і того ж зображення, збереженого в різних форматах. Для цього можна використати наступне.

Відкрийте одну з програм растрової графіки, наприклад Photoshop, і завантажте в неї

7

зображення. У даному прикладі використаний файл models.tif (рис. 4.2). Далі за допомогою команди (Файл ► Сохранить как) збережіть вихідне зображення в різних форматах. Ми отримали результати, що представлені в табл. 4.1.

Рис. 4.2. Тестове зображення models.tif, що використовується для порівняння розмірів файлу зображення, збереженого в різних растрових форматах

Таблиця 4.1.

Розміри файлів різних растрових форматів

Як видно з табл. 4.1, файл зображення у форматі JPG має мінімальний розмір, a PCX – максимальний (з різницею майже в 12 разів). Така відмінність повʼязана з тим, що у форматі JPG використовується технологія стиснення (компресії) зберігаємої в графічному файлі інформації.

Поки ми з вами торкнулися розмірів тільки растрових файлів. Проте "технічний прогрес" у компʼютерній графіці не обмежується ними. Сьогодні все частіше виникає необхідність обробляти величезні масиви інформації, причому в пристроях майже побутового рівня. У режимі мультимедіа, все ширше застосовується не тільки вдома, але і в офісах, використовують дуже великі графічні чи звукові файли – обсягом у десятки мегабайтів. Ці величезні двійкові обʼєкти (binary large object, BLOB) заповнюють весь робочий простір, а якщо їх доводиться передавати по лініях звʼязку, то вони "зʼїдають" не тільки пропускну здатність мережі, а й ресурси мережевих накопичувачів. Єдиний вихід з положення – стиснення інформації.

Спробуємо розібратися в алгоритмах стиснення зображень.

Алгоритми стиснення зображень. Оскільки будь-яка інформація, яку ми використовуємо (у тому числі і графічна) має таку властивість як надмірність (особливо це стосується відеофайлів), стиснення дозволяє значно зменшити її обсяг. Ступінь стиснення може коливатися від 4:1 до 200:1 – це залежить від типу даних та алгоритму, що використовується. Більш ніж пʼятдесятикратному стиснення можна застосовувати для звукових та відеофайлів, але воно повʼязане з втратою якості.

8

Існує безліч різних алгоритмів стиснення, що враховують ті або інші особливості стисливою інформації. Однак алгоритму, який однаково добре стискає файли будь-яких форматів, поки не створено.

Із самих загальних позицій усі існуючі алгоритми стиснення можна розбити на два великі класи:

–стиснення з втратами;

–стиснення без втрат.

Стиснення без втрат. Більшість схем стиснення без втрат засноване на пошуку в растровому зображенні повторюваних піксельних візерунків. Такий візерунок можна запамʼятати один раз і згодом повторити його необхідну кількість разів. Подібні схеми стиснення повністю – піксель за пікселем – відновлюють початкове зображення. При цьому з вихідних даних нічого не відкидається та не втрачається. Метод стиснення без втрат (наприклад, такий, що використовується в форматах GIF або TIF) дуже ефективний для растрових малюнків, що містять великі області однотонного зафарбування, відбувається повторюваних растрових візерунків. У таких випадках найчастіше досягається коефіцієнт стиснення 10:1.

В основі алгоритмів стиснення без втрат лежать кілька методів. Тут ми розглянемо найбільш поширені з них.

Метод стиснення RLE (run length encoding) – кодування з змінною довжиною рядка. Цей алгоритм є одним з найпростіших. В основі його принципу дії закладений механізм пошуку однакових пікселів в одному рядку. Для ілюстрації цього скористаємося фрагментом розглянутого нами раніше рис. 4.1.3. Застосування RLE-стиснення до сьомої рядку, що містить 4 пікселя білого кольору і 4 чорного кольору, дозволить не запамʼятовувати кожен з них (8 пікселів), а записати як послідовність з 4 білих і 4 чорних. Аналогічно для восьмий рядки це буде 3 білих і 5 чорних, для першої – 8 білих тощо. Алгоритм RLE добре працює з штучними і пастеризованими картинками і погано – з фотографіями. Насправді якщо малюнок деталізований, RLE може навіть збільшити розмір файлу. В даний час цей алгоритм використовується для стиснення інформації в PSD-форматі.

Метод стиснення LZW (Lempel-Ziv-Welch) розроблений у 1978 р. ізраїльтянами Лемпеля і Зівом та допрацьований пізніше в США. Цей метод стискає дані шляхом пошуку однакових послідовностей (так званих фразами) у всьому файлі. Потім виявлені послідовності зберігаються в таблиці, де їм присвоюються коротші маркери (ключі). Наприклад, якщо в зображенні є набори з пурпурного, помаранчевого і зеленого пікселів, що повторюються 50 разів, LZW виявляє це, присвоює даному набору окреме число (наприклад, 7) і потім зберігає ці дані 50 раз у вигляді числа 7. Метод LZW, так само як і RLE краще працює на однорідних ділянках, вільних від колірного шуму. Однак у порівнянні з RLE-алгоритмом він більш ефективний при стисненні довільних графічних даних, хоча процес кодування та розпакування в цьому випадку відбувається повільніше. Механізм LZW-компресії використовується в форматі TIF, а також в одному з основних форматів мережі Інтернет – GIF.

Одним з найпоширеніших графічних форматів, які засновані на алгоритмах стиснення без втрат, є формат GIF.

Стиснення з втратами. Як уже зазначалося, використання алгоритмів стиснення без втрат виявляється неефективним для растрових зображень фотографічної якості, в яких кожен піксель відрізняється від сусідніх. Застосування механізму стиснення візерунків до зображень, на яких повторюваних візерунків немає, часто призводить до нікчемних результатів при великих витратах часу. Процес стиснення, що триває хвилини, може зменшити розмір файлу всього лише на 1-5%, а іноді навіть збільшити розмір файлу!

Стиснення з втратами, навпаки, краще всього працює з тими зображеннями, на яких немає повторюваних візерунків або великих областей однотонної зафарбування. У растровому малюнку, який містить багато пікселів, що злегка відрізняються один від одного, великі області можуть заповнюватися пікселями одного кольору або піксельним візерунком, що імітує вид вихідної області.

9

Ключовим моментом у застосуванні стиснення з втратами є визначення "прийнятного рівня" втрат. Рівень цей субʼєктивний і залежить від зображення-оригіналу і від того, як він буде використовуватися. Якщо ваше оригінальне зображення – малюнок музейного якості, призначена для публікації в високохудожньому виданні, то ні про які "прийнятних втрати" не може бути й мови. Малюнок повинен бути відтворений якомога точніше. Інша справа – електронна публікація на веб-сторінці, де одним з головних критеріїв є малий розмір файлу.

JPEG. На сьогоднішній день формат JPEG є одним з найбільш поширених графічних форматів для стиснення файлів.

Назва даного формату – абревіатура від Joint Photographic Expert Group, ініціативної групи, що утворена з експертів ITU (International Telecommunication Union) та ISO (International Organization for Standartization). Саме тому в її назві присутнє приставка Joint. У 1992 р. JPEG

був оголошений міжнародним стандартом в галузі графічних зображень.

Як уже зазначалося, в JPEG реалізований алгоритм стиснення з втратами. Це означає, що в процесі стиснення зображення відбувається часткова втрата зберігаємої у файлі інформації. При цьому завжди є вибір: віддати перевагу якості на шкоду обсягу (розмір файлу стиснеться приблизно в три рази) або ж навпаки, добитися мінімального розміру зображення, при якому воно ще залишиться впізнаваним (ступінь компресії може досягати 100). Ущільнення, при якому різниця в якості між отриманим зображенням і оригіналом ще залишається непомітним, дає 10-20-кратне скорочення розміру файлу.

JPEG краще всього підходить для компресії повнокольорових та монохромних зображень фотографічної якості. Якщо ж потрібно зберегти картинку з індексного палітрою, то спочатку вона конвертується в повнокольорову. При компресії методом JPEG потрібно мати на увазі, що все залежить від характеру зображень: набагато менший обсяг будуть займати ті, де зміни кольору незначні і немає різких колірних переходів. JPEG застосовується всюди, де потрібно зберігати фотозображення: в цифрових фотоапаратах, поліграфії (EPS DCS 2.0), немислимий без нього та Інтернет.

Існує кілька різновидів JPEG-компресії, ми ж розглянемо тільки дві з них, що використовуються в стандартному пакеті для роботи з растровими зображеннями Adobe

Photoshop, – baseline і progressive. Два інших способу – ariphmetic і loseless – екзотика, в силу ряду причин не одержала широкого поширення.

Строго кажучи, JPEG не формат, а алгоритм стиснення, в основі якого лежить не пошук однакових елементів, як у випадку RLE і LZW, а пошук різниці між колірним тоном пікселів.

Алгоритм кодування інформації в JPEG. Кодування даних за допомогою алгоритму стиснення, що використовується в JPEG здійснюється в кілька етапів.

Перший етап полягає в конвертуванні колірної моделі зображення (зазвичай RGB) в модель типу Lab, де яскравісна та колірна складові рознесені (наприклад, YCbCr або YUV), що дозволяє оптимально підійти до вибору ступенів компресії для кожного каналу (з урахуванням особливостей сприйняття оком). Перетворення відбувається наступним чином:

Y = 0,299 × R + 0,587 × G + 0,114 + B,

Cb = (B – Y)/0,866/2 + 128,

Cr = (R – Y)/0,701/2 + 128.

На наступному етапі відбувається так звана префільтрація, при якій сусідні пікселі групуються попарно в горизонтальному і вертикальному напрямках окремо в кожному з каналів Cb і Cr, а яскравісний канал Y залишається без змін. Після цього вся група з чотирьох пікселів отримує усереднене значення відповідних компонент Cb та Cr.

Для стислості таку схему можна позначити як 4:1:1 (така ж форма подання прийнята в CorelDRAW та Corel PHOTO-PAINT – вікно експорту в JPEG). З урахуванням того, що кожен піксель кодується 3 байтами (по 256 рівнів для кожного з трьох каналів), в результаті обсяг даних автоматично скорочується в 2 рази (замість 12 байт для передачі 4 пікселів достатньо передати всього 4 + 1 + 1 = 6 байт). З точки зору математики таке перетворення призводить до

10

суттєвої втрати інформації, але людське око втрати не сприймає, оскільки у звичайних фотографічних зображеннях присутня суттєва надмірність.

Отримана інформація, що пройшла стадію первинної "очищення", окремо в кожному каналі знову ґрунтується в блоки, але вже розміром 8x8, після чого для них застосовується основне стиснення – так зване дискретне косинусне перетворення, для стислості – DCT (discrete cosine transform). У результаті інформація про розподіл яскравості пікселів перетворюється в інший вид, де вона описується розподілом, що заснований на частоті появи тієї чи іншої яскравості пікселів. DCT має ряд переваг перед іншими перетвореннями (наприклад, перед перетворенням Фурʼє), забезпечуючи краще відновлення інформації.

У результаті замість масиву з 64 значень (8 x 8 пікселів) для кожного блоку. з яких складається зображення, ми отримуємо масив з 64 частот. Незважаючи на значну точність, деяка втрата інформації на даному етапі все ж таки відбувається – саме тому JPEG завжди призводить до втрати якості.

Наступний етап – видалення малопомітної для ока інформації з блоку, або квантування (quantization). Всі складові поділяються на різні коефіцієнти, що визначають значимість кожної з них для якісного відновлення вихідного зображення, і результат округлюється до цілого значення. Саме ця процедура приносить найбільші втрати якості, знижуючи кінцевий розмір зображення. Високочастотні складові квантуються грубо, а низькочастотні – точніше, оскільки найбільш помітні. Щоб дещо згладити зниження якості, в каналі яскравості використовуються менші коефіцієнти розподілу, ніж в каналах кольоровості. Але частіше (це робиться для прискорення розрахунків) замість спеціально підібраних значень береться всього одне – те, яке вводить користувач при виборі ступеня компресії.

Ось, наприклад, як виглядає в Photoshop вікно діалогу JPEG Options (Параметри JPEG) (рис. 4.5) при збереженні зображення за допомогою команди Сохранить как (Save As). Тут параметр Качество (Quality) (вірніше, що залежить від нього) – той самий коефіцієнт округлення.

Рис. 4.3. Вікно діалогу Параметри JPEG (JPEG Options) у програмі Adobe Photoshop

Незважаючи на таку операцію, для більшості зображень результат виходить цілком прийнятним. І лише в особливих випадках, коли мова йде про оптимізацію зображення з великою кількістю дрібних деталей або ж де великі площі зайняті одним кольором, даний механізм працює погано.

У результаті квантування виходить набір складових, за якими вихідне зображення відновлюється з заданою точністю (рис. 4.4).

Після виконання основної роботи зі стиснення зображення подальші перетворення зводяться до другорядних завдань: складові, що залишилися збираються в послідовність таким чином, щоб спочатку розташовувалися складові, що відповідають за великі деталі, а потім – за