Графические файлы

Графические файлы предназначены для хранения изображений, таких как фотографии и рисунки. Способы организации этих файлов получили наименование графических форматов. После записи в файл изображение перестает быть собственно изображением, а превращается в цифровые данные. Формат этих данных может измениться в результате операций преобразования файла. Графические форматы делятся на векторные и растровые. Большинство графических форматов реализуют сжатие данных (одни — с потерями, другие — без).
Графические файлы (Image files)  создаются с помощью компьютерных программ, которые называются графическими редакторами.

1. Растровая и Векторная графика.
Пример, показывающий разницу между растровой и векторной графикой при увеличении. Растровые изображения плохо масштабируются, при увеличении распадаются на пиксели, тогда как векторные изображения могут быть неограниченно увеличены без потери качества.

Растровая графика – это сетка пикселей — цветных точек (обычно прямоугольных) на мониторе, бумаге и других отображающих устройствах. Важными характеристиками изображения являются:
1. Размер изображения в пикселях — может выражаться в виде количества пикселей по ширине и по высоте (800×600px, 1024×768px, 1600×1200px и т. д.) или  в виде общего количества пикселей (так изображение размером 1600×1200px состоит из 1 920 000 точек, то есть примерно 2 мегапикселя).
2. Количество используемых цветов или глубина цвета.
3. Цветовое пространство (цветовая модель) — RGB, CMYK, XYZ, YCbCr и др..
4. Разрешение изображения — величина, определяющая количество точек (элементов растрового изображения) на единицу площади (или единицу длины).
Растровую графику редактируют с помощью растровых графических редакторов. Создаётся растровая графика фотоаппаратами, сканерами, непосредственно в растровом редакторе, а также путём экспорта из векторного редактора или в виде снимков экрана.
Векторная графика — способ представления объектов и изображений в компьютерной графике, основанный на математическом описании элементарных геометрических объектов, обычно называемых примитивами, таких как: точки, линии, сплайны, кривые Безье, круги и окружности, многоугольники. Объекты векторной графики являются графическими изображениями математических объектов.
При выводе на матричные устройства отображения (мониторы) векторная графика предварительно преобразуется в растровую графику, преобразование производится программно или аппаратно средствами современных видеокарт.

2. Основные форматы графических файлов.
2.1. Формат JPEG (JPG)

JPEG ( англ. Joint Photographic Experts Group, по названию организации-разработчика) — один из популярных графических форматов, применяемый для хранения фотоизображений. Файлы, содержащие данные JPEG, обычно имеют расширения .jpeg, .jfif, .jpg, .JPG, или .JPE. Алгоритм JPEG позволяет сжимать изображение как с потерями, так и без потерь.
Алгоритм JPEG, в наибольшей степени пригоден для сжатия фотографий и картин, содержащих реалистичные сцены с плавными переходами яркости и цвета. Наибольшее распространение JPEG получил в цифровой фотографии, а так же, для хранения и передачи изображений, с использованием сети Интернет.
Формат JPEG малопригоден для сжатия чертежей, текстовой и знаковой графики, где резкий контраст между соседними пикселами, приводит к появлению заметных артефактов. Такие изображения целесообразно сохранять в форматах без потерь, таких как TIFF, GIF или PNG.
JPEG (как и другие методы искажающего сжатия) не подходит для сжатия изображений при многоступенчатой обработке, так как искажения в изображения будут вноситься каждый раз, при сохранении промежуточных результатов обработки. JPEG не должен использоваться и в тех случаях, когда недопустимы даже минимальные потери, например, при сжатии астрономических или медицинских изображений.
К недостаткам сжатия по стандарту, JPEG следует отнести появление на восстановленных изображениях, при высоких степенях сжатия, характерных артефактов: изображение рассыпается на блоки размером 8×8 пикселей (этот эффект особенно заметен на областях изображения, с плавными изменениями яркости), в областях с высокой пространственной частотой (например, на контрастных контурах и границах изображения), возникают артефакты, в виде шумовых ореолов.
Однако, несмотря на недостатки, JPEG получил очень широкое распространение из-за достаточно высокой степени сжатия, поддержке сжатия полноцветных изображений и относительно невысокой вычислительной сложности.

2.2. Формат BMP

BMP (от англ. Bitmap Picture) — формат хранения растровых изображений, разработанный компанией Microsoft. С форматом BMP работает огромное количество программ, так как, его поддержка интегрирована в операционные системы Windows и OS/2. Файлы формата BMP могут иметь расширения .bmp, .dib и .rle.
Глубина цвета в данном формате, может быть 1, 2, 4, 8, 16, 24, 32, 48 бит на пиксель, но глубина 2 бита на пиксель, официально не поддерживается. При этом, для глубины цвета меньше 16 бит, используется палитра с полноцветными компонентами, глубиной 24 бита. В формате BMP, изображения могут храниться как есть, или  с применением некоторых распространённых алгоритмов сжатия. В частности, формат BMP поддерживает RLE-сжатие, без потери качества, а современные операционные системы и программное обеспечение позволяют использовать JPEG и PNG.

2.3. Формат PNG

PNG (англ. portable network graphics) — растровый формат хранения графической информации, использующий сжатие без потерь. PNG изначально был предназначен лишь для хранения одного изображения, в одном файле.
Формат PNG спроектирован для замены устаревшего и более простого формата GIF, а также, в некоторой степени, для замены значительно более сложного формата TIFF. Формат PNG позиционируется, прежде всего, для использования в Интернете и редактирования графики.
PNG поддерживает три основных типа растровых изображений:
1. Полутоновое изображение (с глубиной цвета 16 бит)
2. Цветное индексированное изображение (палитра 8 бит, для цвета глубиной 24 бит)
3. Полноцветное изображение (с глубиной цвета 48 бит)
Формат PNG хранит графическую информацию в сжатом виде. Причём, это сжатие производится без потерь, в отличие, например, от JPEG с потерями. Формат PNG обладает более высокой степенью сжатия, для файлов с большим количеством цветов, чем GIF, но разница составляет около 5-25 %, что недостаточно, для абсолютного преобладания формата, так как небольшие, 2-16-цветные файлы, формат GIF сжимает с не меньшей эффективностью.
PNG является хорошим форматом для редактирования изображений, даже для хранения промежуточных стадий редактирования, так как восстановление и пересохранение изображения, проходят без потерь в качестве.

2.4. Формат GIF

GIF (Graphics Interchange Format) — стандартный растровый формат представления изображений в WWW; был разработан в 1987 году фирмой CompuServe, отодвинул на второй план более старые форматы PCX и MacPaint.
Основные достоинства: возможность использования на многих платформах и наличие эффективного 12-разрядного LZW алгоритма сжатия, с бесплатными (до 1994 г.) реализациями. Формат позволяет хорошо сжимать файлы, в которых много однородных заливок (логотипы, надписи, схемы), записывать изображение «через строчку» (Interlaced mode), благодаря чему, имея только часть файла, можно увидеть изображение целиком, но с меньшим разрешением (GIF поддерживает разрешение до 66536х65536).
Существует одна особенность графического формата GIF, которая в PNG не реализована — поддержка множественного изображения, особенно анимации.

GIF – анимация.

GIF animation
GIF animation

Формат GIF  позволяет создавать простую анимацию, то есть чередующиеся кадры. GIF -анимация несравнима с полноценными видео форматами для хранения видео, такими как, например AVI-формат, но позволяет просто и быстро создавать компактные, качественные ролики, например, для баннеров. Широкое распространение анимированный GIF получил в Интернете. На многих веб-сайтах, размещены рекламные баннеры, заставки, логотипы и другие “живые (анимированные)” изображения, выполненные в формате GIF.
Для создания анимаций на основе GIF-файлов, существует немало специальных редакторов, называемых GIF-аниматорами.

GIF-анимация разрушения здания при землетрясении.
GIF-анимация разрушения здания при землетрясении.

В графическом редакторе Photoshop, начиная с пятой версии Photoshop, имеется  GIF-аниматор, который позволяет:
– cоздавать анимационные GIF-изображения;
– cоздавать интерактивные элементы навигации, такие как кнопки и панели;
–  оптимизировать изображения при экспорте в форматы, принятые в Internet;
– создавать карты ссылок и ролловеров, на основе изображений и многое другое.

Формат TIFF

Формат TIFF (англ. Tagged Image File Format) очень популярен для хранения изображений. Он позволяет сохранять фотографии в различных цветовых пространствах (RBG, CMYK, YCbCr, CIE Lab и пр.) и с большой глубиной цвета (8, 16, 32 и 64 бит). TIFF широко поддерживается графическими приложениями и используется в полиграфии.
В отличии от JPG, изображение в TIFF не будет терять в качестве, после каждого сохранения файла. Но, к сожалению, именно из-за этого, TIFF файлы весят в разы больше JPG.
Право на формат TIFF, в данный момент принадлежит компании Adobe. Photoshop может сохранять TIFF без объединения слоев.