Основные форматы пиксельных графических файлов
В практических приложениях информационная модель пиксельного изображения реализована в виде графических документов, структура которых будет рассмотрена в следующей главе. Эта глава посвящена форматам графических файлов. Форматом пиксельного графического файла называется стандарт представления информационной модели пиксельного изображения в виде файла, хранящегося на носителе. В процессе развития компьютерной графики и по мере разработки новых программ число этих стандартов росло. В настоящее время только широко применяемых форматов насчитываются десятки. Далее в этой главе рассмотрены особенности распространенных форматов пиксельных графических документов, а также методы сжатия данных.
Сжатие данных пиксельной информационной модели
Одно из свойств визуальной информации, представленной пиксельной информационной моделью изображения, — ее частичная избыточность. Например, если посередине белого листа бумаги расположен небольшой графический фрагмент, то в растре пиксельной модели большинство дескрипторов пикселей будут содержать одинаковые данные, занимающие большую часть графического файла.
Сжатием, или компрессией изображения называется преобразование пиксельной информационной модели в компактную форму путем изъятия из нее избыточной информации. Все алгоритмы сжатия отыскивают в изображении повторы и скрытые закономерности повторения, после чего заменяют дескрипторы пикселей более крупными информационными элементами. Существуют алгоритмы сжатия без утраты графической информации (неразрушающие) и с контролируемой степенью утраты (разрушающие). Неразрушающие алгоритмы позволяют впоследствии выполнить преобразование, обратное сжатию, и в точности восстановить исходный растр. Разрушающие алгоритмы сжатия не дают такой возможности, но формируют более компактное представление изображения, иногда в десятки и сотни раз меньше исходного по размерам занимаемой памяти.
Важно помнить, что сжатие изображений как неразрушающими, так и разрушающими алгоритмами преобразует их в формат, с которым программы графического редактирования работать не могут. При открытии файлов со сжатыми изображениями всегда выполняется процедура обратная сжатию, и в памяти компьютера появляется несжатая информационная модель изображения, над которой и выполняются операции редактирования. При повторном сохранении изображения в графическом файле вновь выполняется компрессия.
ПРИМЕЧАНИЕ
Если в формате графического документа предусмотрено применение алгоритма разрушающего сжатия, каждый новый цикл открытия и последующего сохранения графического документа будет разрушать дополнительные объемы графической информации, ухудшая качество изображения.
Алгоритм rle
Простейшая (и самая старая) методика сжатия изображения — алгоритм RLE (Run Length Encoding — кодирование с переменной длиной строки). При сжатии по этому алгоритму в каждой строке пикселей исходного растра выявляются непрерывные последовательности одного цвета. Затем каждая такая последовательность замещается дескриптором, который состоит из коэффициента повторения и дескриптора повторяющегося пикселя. Например, если строка исходного растра состоит из 30 пикселей белого цвета, 50 — синего и 20 — зеленого, то в сжатом варианте вместо 100 дескрипторов каждого пикселя строка будет содержать всего три дескриптора непрерывных последовательностей. Конечно, длина каждого из дескрипторов последовательности будет больше, чем у дескриптора отдельного пикселя (в полноцветной модели с глубиной цвета 8 — 32 против 24 битов). Но в сумме получится значительный выигрыш по объему — в 25 раз (96 против 2400 битов).
Алгоритм RLE обеспечивает значительную степень сжатия изображений, созданных при помощи графических редакторов, и низкую (зачастую отрицательную) — при обработке фотографий. Если на фотографии имеется много мелких деталей, то после сжатия алгоритмом RLE графический файл становится не меньше, а больше. Алгоритм RLE неразрушающий, он допускает точное восстановление исходного растра.